未来降水变化以及氮沉降量不断增加将会对陆地生态系统的植物个体、群落结构、碳循环过程以及初级生产力产生不可忽视的影响，尤其是对于那些水分和氮素比较缺乏的干旱、半干旱区域。在全球变化背景下，对典型草原生态系统还缺乏深入的研究，尤其是对潜在降雪变化的响应。　　水分和氮素可获得性是限制植物光合作用和生态系统碳循环，以及进一步影响陆地生态系统生产力的重要因素。然而干旱和半干旱草原，降水包括降雨和降雪以及氮素可获得性是如何影响以上过程的机制尚不明确。因此，本研究采用野外控制实验的手段，对我国北方一个典型草原群落进行了连续4年(2010-2013)春季增雪、夏季增雨和氮素添加的处理。主要研究结果和结论如下:　　(1)羊草最大光合速率在2011年到2013年对春季增雪的响应不显著，而针茅最大光合速率在2012年春季增雪处理下显著提高5.8％;夏季增雨在2011年到2013年分别使羊草最大光合速率显著提高22.8％、18.7％和20.3％;在2012年和2013年分别使针茅最大光合速率显著提高15.1％和17.4％。在增雪处理下，氮素添加仅在2011年使得羊草最大光合速率提高13.9％，在2012年和2013年使得针茅最大光合速率显著提高8.9％和8.8％。在增雨处理下，氮素添加在2012年和2013年使得羊草最大光合速率分别提高5.4％和13.5％，针茅最大光合速率分别提高11.4％和9.9％。结果说明不同植物物种对水分和氮素添加的响应存在差异，同时也说明降雨对于植物生长影响程度较降雪的大，这主要是由于该地区年降雨量占总降水量的90％以上。　　(2)水分添加，尤其是夏季增雨在自然降水量小于或接近年均降水量时显著促进生态系统二氧化碳交换（2011年和2012年），但是当自然降水量高于年均降水量时，效果不显著甚至表现为抑制作用（2013年），而春季增雪的影响效果较弱。当降水量较低时，氮素添加对生态系统二氧化碳交换的作用不显著或者是抑制作用（2011年），但当降水量高于年均降水量时氮素添加表现为促进作用（2012年和2013年），说明氮素的作用受水分可获得性的影响。本研究结果表明水分和氮素可获得性共同控制着生态系统二氧化碳交换，未来降水的变化和氮沉降增加对二氧化碳循环的作用将依赖于它们在半干旱草原生态系统是如何协同变化的。　　(3)春季增雪能显著提高土壤含水量，进而促进土壤呼吸，但是这种作用仅发生在相对较低的自然降雪量并且降雪全部融化完的时间较晚时（2012年增加10.9％）。夏季增雨分别在2011年到2013年使土壤呼吸增加了46.5％、21.8％、16.1％，主要通过提高植物根的生长和微生物活性促进土壤呼吸，但促进程度依赖于降水量和前一年降水潜在的滞后效应。氮素添加对土壤呼吸作用仅在2013年显著，在春季增雪和夏季增雨处理下土壤呼吸分别降低了5.4％和6.9％，这主要是由于长时间氮素添加对根的生物量和土壤微生物存在潜在的毒害作用。研究结果表明，春季降雪和夏季降雨对土壤呼吸的影响受外界降水的调控。　　(4)春季增雪在2010年到2013年对地上生物量影响较弱，但夏季增雨使得地上生物量显著提高4.4％，主要是由于多年生根茎禾草生物量显著增加99.4％。氮素添加在增雪处理下使得地上生物量显著提高16.6％，主要归因于多年生丛生禾草生物量增加25.5％。然而，氮素添加在增雨处理下使得地上生物量显著提高24.7％，主要归因于多年生根茎禾草生物量提高了27.9％和多年生丛生禾草生物量提高了19.3％。春季增雪仅在2012年使得总地下生物量显著提高25.1％;夏季增雨在2011年到2013年使得总地下生物量分别显著提高22.5％、18.4％和16.7％，但在2010年作用效果不显著;氮素添加对总地下生物量的影响在2010年到2013年均不显著。水分添加通过改变土壤含水量和氮素添加通过改变土壤氮素的可利用性影响植物的生长，改变不同物种组成的多度，使得不同功能群的相对生物量发生改变，进一步影响地上和地下生物量的分配。