2005年开始，于内蒙古农牧交错区中国科学院植物研究所多伦恢复生态学实验站建立了一项野外控制实验，采用野外观测、调查取样为主、结合室内分析的方法，开展水分和氮磷添加下草地群落组成及动态、物种周转与生态系统稳定性、生物多样性及生态系统功能、植物功能性状、土壤有效养分供应与植物养分利用效率等方面的研究。本实验以过度放牧后被围封的天然草地和农田弃耕后自然演替形成的草地作为研究对象。从2005年开始分别在天然草地和弃耕地进行添加氮素和磷素的处理，分别为对照（CK），添加氮（N5，N10，N15）， 添加磷（P），添加氮+磷素（NP），并分别在以上增肥处理基础上另外设增水（W）的处理，共12个处理。氮素添加以尿素（含46%的N）的形式每年每平米添加10克氮，于每年5月中旬和7月初分两次进行，每次添加一半。增水的处理采用喷灌的方式进行，于每年6月中旬至8月上旬每周增加15mm降水，分8周共增加降水120mm。每个处理设7次重复，小区面积为8m×8m。各小区之间留有1 m 的缓冲带和过道，样地边缘设5m以上的防护带；实验为裂区设计。
2009－2011年，此试验样地由中国科学院植物所转移至沈阳应用生态所土壤生态研究组负责维持与日常管理，2012年始，由土壤化学研究组负责维持和管理。依托该基地，先后获得国家重点基础研究发展计划（973）子课题“温带草原土壤碳截获能力对降水与氮沉降变化的响应”（2011CB403204，2011-2015）、国家自然科学基金青年基金项目“降水及氮沉降增加对不同土地利用历史的草地群落结构和稳定性的影响”(31000200，2011-2013)、“利用15N自然丰度法和15N示踪法揭示内蒙古典型草原植物的氮吸收喜好（31300387，2014-2016）”、面上项目“草地群落系统发育及功能性状多样性对长期水分和氮素添加的响应及其与生态系统功能和稳定性的关系”（31370009，2014-2017）、“氮水添加对北方退化草地土壤阳离子交换性能影响”（41371251，2014-2017）等的资助，自2012年，依托本试验平台，已发表研究论文13篇。近期主要研究进展如下：
模拟大气氮沉降和降水增加影响半干旱草原群落稳定性：基于多伦野外控制实验，研究了长期增加降水及氮沉降对干旱区草原植物群落相对及绝对抵抗力、恢复力及弹力的影响。发现增加降水条件下，植物群落表现出较高的抵抗力和较低的恢复力，但对植物群落弹力无显著影响；氮沉降降低了植物群落的抵抗力，但对其他稳定性指标没有显著影响。稳定性指标对降水及氮沉降增加的响应在群落、功能群及物种水平均呈现一致的规律（Oecologia, 2014）。
环境变化通过改变物种不同步响应驱动半干旱草原稳定性：基于8年的野外控制实验数据，发现增加降水提高物种多样性及群落稳定性，而增加氮沉降降低物种多样性及稳定性。和预期相反，物种多样性并非半干旱草原群落稳定性的驱动因子。氮、水有效性主要通过改变物种的不同步响应驱动着群落稳定性，优势物种的稳定性也直接影响群落的稳定性。这些结果突出了限制性资源在调节自然生态系统稳定性中的重要作用，表明未来降水增加将在一定程度上抵消氮沉降增加对物种多样性及群落稳定性的负面影响（Journal of Ecology，2015）。
氮素与水分有效性对半干旱草原群落相似度具相反影响：氮素添加降低了天然草原和弃耕草地的物种组成相似度，水分添加增加了两种类型的草地物种组成相似度。这些实验处理的效应与土壤水分及有效氮含量、物种多样性特征、优势物种及功能群的多度都有密切关联。研究显示，资源有效性在调节群落组成变化中具有重要作用，在大气氮沉降增加情景下，天然草原和弃耕草地的演替轨迹趋于分化，而生长季降水的增加将使两种草地的演替方向趋同。氮素增加使天然草地和弃耕草地的物种组成相似度降低，这种变化在一定程度上被降水的增加效应抵消（Plant and Soil，2015）。
模拟氮沉降和降水增加对草地土壤碳氮及相关酶活性具有显著影响：氮水添加可提高内蒙古半干旱草原地上初级生产力，而地下土壤碳、氮库以及微生物活性对氮、水添加的响应尚不明确。本研究依托内蒙古多伦草地氮、水添加长期定位试验，研究了土壤有机碳、全氮、易氧化有机碳、无机氮以及土壤pH的响应；以表征微生物呼吸的土壤脱氢酶，表征有机质分解的β-葡糖苷酶及酸/碱性磷酸单酯酶的活性，探讨了土壤碳氮库的变化。研究结果表明：在0-10cm土层，氮添加对土壤有机碳含量的影响不显著，而10-20cm土层，氮添加显著降低了有机碳含量，水添加同时提高了两层土壤的有机碳含量；土壤无机氮库对氮添加的响应比全氮更敏感，而水添加条件下两者均没有显著变化。氮添加显著降低了土壤pH、脱氢酶活性和碱性磷酸酶活性，而水添加则显著提高了土壤pH和微生物酶活性。本研究显示，在水分添加条件下土壤有机碳的累积，可能缘于植物凋落物输入超出残落物降解的输出；氮添加对酶活性的抑制，主要是土壤pH下降及植物-微生物争氮导致。研究结果表明，半干旱草原水分有效性对土壤碳氮累积的重要性要大于氮素的有效性（Plant and Soil, 2014）。
模拟氮沉降和降水增加改变草地土壤团聚体组成及碳氮动态：依托9年控制试验，通过筛分大（>2000μm）、小（250-2000μm）和微团聚体（<250 μm），测定重量比例、土壤有机碳、和全氮、水溶性无机氮和自然丰度碳氮稳定性同位素（δ13C和15N），探究了氮水处理下土壤的团聚作用和团聚体内碳氮动态。结果表明，降水增加使土壤大团聚体的比例平均增加了33%，微团聚体减少了42%。氮水添加处理均增加了总无机氮含量，并且交互作用显著。水处理显著降低了土壤δ13C值，而氮处理升高了δ15N值。无水分处理条件下，大团聚体和小团聚体内δ13C与土壤有机碳均呈显著负相关，大微团聚体和微团聚体内δ15N与水溶性无机氮均呈显著正相关；增水处理下，δ13C与土壤有机碳在三个团聚体内均表现负相关关系。研究结果指示，水添加处理加速了植物残体向土壤有机质的转换（δ13C所指示），氮处理潜在增加氮素的气态损失(δ15N所指示)。相比于氮添加处理，模拟降水增加处理有益于改善土壤结构。该研究为探明利用自然丰度碳氮同位素指示不同土壤颗粒内有机质对全球变化背景下氮水条件耦合变化的敏感性，具有一定的借鉴意义（Soil Science Society of America Journal，2015）。
氮水添加草地对土壤团聚体酶活性具有显著影响：对土壤团聚体酶活性的研究表明，微团聚体比小团聚体分布有较高的β-葡萄糖苷酶和酸性磷酸单酯酶活性，大团聚体内分布有最高的N-乙酰基-氨基葡萄糖苷酶活性。酶活性的团聚体分布趋势说明，快速生长微生物更多地分布于微团聚体内。氮添加条件下，β-葡萄糖苷酶和酸性磷酸单酯酶活性受到抑制，而N-乙酰基-氨基葡萄糖苷酶活性升高；该现象说明，氮输入增加导致的土壤pH下降有利于真菌而不利于细菌的生长。水添加使β-葡萄糖苷酶和酸性磷酸单酯酶活性分别增加了高达103.4%和75.4%。氮添加使β-葡萄糖苷酶与N-乙酰基-氨基葡萄糖苷酶以及N-乙酰基-氨基葡萄糖苷酶与酸性磷酸单酯酶的比值降低，说明微生物出现了氮素缺乏而非碳磷缺乏。我们的研究结果表明，在生产力受到氮水限制的干旱和半干旱草原，氮水输入的增加会导致微生物活性在不同团聚体内重新分布；从而，影响团聚体内有机质的稳定性和土壤生物的养分限制状况（Soil Biology & Biochemistry，2015）。
上述研究结果已在相关生态学及土壤学国际期刊发表。在上述研究的同时，研究团队还系统开展了模拟氮沉降和降水增加对多伦草地生产力、植物遗传多样性、土壤微生物多样性、土壤缓冲性能、交换性能、土壤－植物系统微量元素循环、生态系统生源要素CNPS耦合、地上－地上生态关联等研究，部分数据正在整理中，有望获得较为系统的研究结果，以期为我国北方半干旱退化草地在未来气候变化情景下的生态管理提供数据支撑。
附 近期发表研究论文：
[1] Xu ZW*, Ren HY, Cai JP, Wang RZ, Li MH, Han XG*, Lewis BJ, Jiang Y*. 2014. Effects of experimentally enhanced precipitation and nitrogen on resistance, recovery and resilience of plant cover in a semi-arid grassland following a natural drought. Oecologia, 176: 1187-1197. Doi: 10.1007/s00442-014-3081-9.
[2] Xu ZW？, Ren HY？, Li MH, van Ruijven J, Han XG, Wan SQ, Li H, Yu Q, Jiang Y*, Jiang L*. 2015. Environmental changes drive the temporal stability of semi-arid natural grasslands through altering species asynchrony. Journal of Ecology, Doi: 10.1111/1365-2745.12441.
[3] Xu ZW？, Ren HY？, Cai JP, Wang RZ, He P, Li MH, Lewis BJ, Han XG, Jiang Y*. 2015. Antithetical effects of nitrogen and water availability on community similarity of semiarid grasslands: Evidence from a nine-year manipulation experiment. Plant and Soil, Doi: 10.1007/s11104-015-2634-y.
[4] Wang RZ, Filley TR, Xu ZW, Wang X, Li MH, Zhang YG, Luo WT, Jiang Y*. 2014. Coupled response of soil carbon and nitrogen pools and enzyme activities to nitrogen and water addition in a semiarid grassland of Inner Mongolia. Plant and Soil, 381(1): 323-336. Doi : 10.1007/s11104-014-2129-2.
[5] Wang RZ, Dungait JAJ, Creamer CA, Cai JP, Li B, Xu ZW, Zhang YG, Ma YN, Jiang Y*. 2015. Carbon and nitrogen dynamics in soil aggregates under long-term N and water addition in a temperate steppe. Soil Science Society of America Journal, 79: 527-535 Doi:10.2136/sssaj2014.05.0201.
[6] Wang RZ, Dorodnikov M, Yang S, Zhang YY, Filley TR, Turco RF, Zhang YG, Xu ZW, Li H, Jiang Y*. 2015. Responses of enzymatic activities within soil aggregates to 9-year nitrogen and water addition in a semi-arid grassland. Soil Biology & Biochemistry, 81: 157-169. Doi:10.1016/j.2014.11.015.
