陆地生态系统其结构以及功能都常常受到水分和养分的共同限制。降水格局改变和氮沉降极大地改变了陆地生态系统水分和养分有效性，会对生态系统生产力和多样性产生深远影响。过去大量研究是从功能性状、生活史等特性解释物种、群落到生态系统水平对水分和养分变化的适应及响应机制，但对其生物学机制，尤其是细胞水平的元素需求和水分调节的差异还缺乏研究。植物的核遗传物质是细胞内含氮磷总量最高的结构，植物的基因组大小(Genome size)衡量物种在细胞水平的遗传物质总量，它和从细胞核到植物个体水平的诸多植物性状如细胞体积、分裂速度、气孔大小和密度、幼苗生长速率、入侵能力关系密切。植物物种间基因组大小的巨大差异，可能造成植物对养分和水分的不同响应。为此，本研究于2017年，对位于内蒙古草原多伦草原试验站内一项长期施氮、磷和增水实验处理下的典型草原出现的共56种植物的基因组大小进行了测量，对处理期间的植物地上生物量和物种丰富度进行统计分析，并按照基因组大小对2012年调查的区域尺度中国北方草原植物生物量、土壤理化和干旱度的关系进行分类模拟，研究基因组大小与植物生物量、物种丰富度响应养分水分添加的关系。主要结论如下:　　(1)在典型草原生态系统，基因组大小是预测植物生物量对水分养分有效性响应的重要指标。大基因组(C＞5pg)植物生物量对养分添加的响应具有水分依赖性。自然降水下，氮和氮磷共同添加的处理，显著增加群落中小基因组植物(C≤5pg)的地上生物量，降低大基因组植物(C＞5pg)的生物量比例。增水处理（生长季增水180mm），氮和氮磷共同添加都能够显著提高大基因组植物的生物量。无论是否增水，氮磷共同添加对植物生物量增加的效应都高于单独氮添加的效应。小基因组植物受水分限制低，养分添加（N和N+P）会显著增加其生物量。大基因组植物受水分限制强，自然降水下养分添加对生物量的促进作用有限，只有当水分限制解除后，N和N+P处理才会显著增加大基因组植物生物量。在自然降水条件下，N和N+P添加对小基因植物生物量有显著促进作用。　　(2)N+P会同时降低大、小基因组植物的物种丰富度，N只降低小基因组植物的物种丰富度，对大基因组植物物种丰富度没有显著影响。在氮沉降背景下，可预测，典型草原的小基因组植物的物种丰富度可能继续降低。　　(3)增水显著提升了群落的生物量加权基因组大小(Biomass weight C-value，BWC)。增水前提下，不同的氮磷添加组合和对照相比，BWC没有显著差异。不增水时，氮磷添加对BWC有交互作用，单独施氮处理下BWC要显著低于对照水平。　　(4)区域尺度中国北方草地的大小基因组植物生物量及干旱度指数、土壤理化（包括Soil C、Soil N、Soil P、Soil pH）的关系表明:空间区域尺度基因组大小影响内蒙古草原植物生物量对自然养分和水分有效性梯度的响应;随土壤全N含量增加，湿润条件大基因组植物生物量增幅高于干旱条件;养分(N)水平一定，小基因组生物量响应的水分阈值远低于大基因组植物。该研究将处理实验的结论在空间区域尺度自然条件的规律统一起来，表明养分和水分是限制中国北方草原大基因组植物生物量的重要因素。　　综上所述，在内蒙古草原，养分添加对不同基因组大小植物的生物量影响与水分存在显著的交互作用，水分限制主要表现为限制大基因组植物生物量;氮磷在土壤中的有效性同时提高，在促进大、小基因组植物生物量的同时，更有利于大基因组植物生物量和群落中物种丰富度比例的提高。养分水分添加对不同基因组大小植物生物量和物种丰富度多样性的影响，可能与核内遗传物质DNA对N、P的元素需求、气孔大小、密度等与基因组大小有关的生理和细胞性状有关，这些性状会影响植物对水分和养分等环境变化的适应能力，进而影响群落结构，该研究对预测未来气候变化下的生态系统组成与功能有重要意义。