尽管氮、磷是植物生长和生态系统生产力最常见的限制性元素,但人类活动已经显著改变了陆地生态系统的氮、磷循环,而生态系统氮、磷循环的改变会显著地影响陆地生态系统的物种组成、生产力以及其他许多生态系统过程。科尔沁沙地位于我国北方半干旱地区,是我国北方典型的农牧交错区和生态脆弱区,人类活动对其影响频繁,因此,科尔沁沙质草地对于人类活动引起的养分输入增加的响应会更为敏感。然而,有关科尔沁沙质草地生态系统物种组成以及关键生态系统过程对养分输入增加的响应及其机制研究还鲜见报道。　　 本研究以科尔沁沙质草地生态系统为对象,开展了氮(20 g N m-2year-1)、磷(10 g P2O5m-2year-1)连续添加5年对草地群落物种组成以及主要生态系统过程的影响研究,重点调查了氮、磷添加对沙质草地群落植物物种组成和多样性、土壤化学和微生物性质、凋落物分解、植物养分再吸收特性、生态系统碳和氮储量等生态系统过程的影响,得到以下主要结论:　　 (1)氮添加和氮、磷同时添加均显著改变了群落植物物种组成、群落中的优势种以及植物的功能群组成。氮添加后,多年生C4植物和豆科植物优势度显著降低,一年生C3植物优势度显著增加。另外,氮添加也显著增加了植被高度和盖度,其中氮添加和氮、磷同时添加比对照的植被高度分别提高了64.5 cm和66.8 cm,植被盖度分别提高了17.1％和18.1％；磷添加对群落物种组成和群落结构影响不显著。　　 (2)氮添加显著降低了土壤pH值,增加了土壤净硝化速率,但对净氮矿化速率没有显著影响。氮添加、磷添加以及二者的交互作用对微生物基础呼吸均没有显著影响。另外,氮添加显著降低了微生物生物量碳和氮,氮添加导致的土壤pH值的降低可能是造成土壤微生物生物量降低的因为,微生物生物量碳的降低导致微生物熵的降低和微生物代谢熵的增加。磷添加对土壤微生物性质没有显著影响。在半干旱区沙质草地上,中期时间尺度的高水平氮素输入可改变土壤微生物性质,最终可能导致土壤质量的下降。　　 (3)氮添加增加了植物地上活立部分生物量约1倍,减小了根/冠比,而磷添加对地上生物量和根/冠比均没有显著影响。氮添加增加了植物叶片氮含量,而降低了叶片磷含量。磷添加对植物叶片氮含量没有显著影响,而显著增加了叶片磷含量。对照样方中,植物平均叶片N/P比为5.6,氮添加样方中平均叶片N/P比也仅为7.5。说明该沙质草地植物生长受氮素限制,而不受磷素限制,另外,以往研究中判断氮、磷限制的N/P比的临界值(14,16)在本沙质草地上不适用。　　 (4)凋落物分解速率种间差异较大。在凋落物分解的初始阶段,凋落物分解速率与凋落物的全氮含量呈显著正相关,而在分解的后期,与凋落物的全氮和全磷含量呈显著负相关。说明在凋落物分解初期,凋落物氮浓度是估算凋落物分解速率的重要指标,而在分解后期,凋落物磷浓度也起到很重要的作用。另外,分解期间,凋落物分解释放的CO2-C累积量与土壤性质的关系种间差异较大。表明在养分富集条件下,群落物种组成的变化与土壤养分有效性的改变共同影响凋落物的分解。　　 (5)除了芦苇,氮添加显著降低了其他物种的氮再吸收效率,氮添加也降低了所有被调查植物的氮再吸收水平,而磷添加对氮再吸收特性的影响取决于植物种类。另外,植物的磷再吸收效率对氮、磷添加的响应也是种间差异较大,而磷添加显著降低了所有被调查植物的磷再吸收水平。植物的养分再吸收效率对养分添加响应的种间差异表明,在研究养分富集条件下植物对养分循环的控制时,需要重视物种组成的变化对其造成的影响。　　 (6)添加氮素后物种组成的变化以及地上植被生产的增加促进了碳在地上部分的积累,地上部分碳储量增加近1倍。尽管土壤(0～30cm)碳储量没有显著变化,但氮添加显著降低了根系碳储量。因此,氮添加对生态系统总的碳储量没有显著影响。另外,氮添加也显著增加了植物地上部分氮储量,但仅有5.1％的氮被固定在地上部分氮库中,且对地下和生态系统总的氮储量均没有显著影响。　　 在科尔沁沙质草地生态系统的经营和管理过程中,可通过施加氮肥促进植物生长,但过量施肥可能造成物种的损失、物种组成的改变和土壤质量的下降等负面影响,因此,应考虑合理的氮肥施用量。