凋落物的分解是生物地球化学循环的重要组成部分，在陆地生态系统的碳循环中起着关键作用。在全球变化背景下，未来降雨格局和氮沉降将进一步发生改变，人类活动（化石燃料燃烧以及氮肥的滥用）导致的土壤酸化进一步加剧，土地利用方式也将进一步发生改变。目前，对这些因子如何影响受氮、水限制的干旱半干旱地区的凋落物分解过程还缺乏深入的探讨和了解。本研究通过从2007年到2012年在我国北方半干旱的温带典型草原开展的野外控制实验，针对凋落物分解研究中的几个关键问题进行了探讨。研究内容包括凋落物的化学性状，氮素供应，降水量及其形式，凋落物放置位置，以及土壤酸化对凋落物分解的影响，取得了如下主要研究结果和结论:　　(1)典型草原的10个物种经过1065天的分解后，非禾草类的叶、细根凋落物比禾草类的叶、细根分解快（叶:11.3％，细根:13.0％），而非禾草类的茎凋落物比禾草类的分解慢(6.7％)。非禾草类叶、茎、细根凋落物中分解最快的是叶凋落物，分解最慢的是茎凋落物;在禾草类中分解最快的是叶凋落物，分解最慢的是细根。凋落物的初始化学性质与3年的分解量的相关关系表明，与结构相关的植物性状(C/N， C/P)通常对凋落物的分解有负作用，而与植物营养相关的性状(K，S，N，P)却往往对凋落物的分解产生正作用。同时，分别代表营养和结构的性状之间呈负相关关系，且营养与结构的权衡能解释器官内功能性状的主要变异。与分解正相关的因子在分解较快的凋落物中含量较高，而与分解负相关的因子含量较低。功能性状对凋落物分解的预测作用在很大程度上取决于内在的功能性状之间的联系以及代表营养与结构的性状间的权衡。　　(2)夏季增雨（6-8月）显著促进了凋落物的分解，而春季增雪（3月底）对分解的作用微弱甚至有一定的抑制作用，氮素添加(N)显著抑制了凋落物的分解。夏季增雨显著降低了土壤中无机氮含量以及磷含量，表明养分可利用性的改变并不是水分对分解促进作用的原因。夏季增雨在实验的初始阶段降低了10-20cm的土壤微生物生物量碳，但在后期对微生物生物量无显著作用。N添加显著增加土壤中无机氮的含量，但同时显著降低了0-10 cm的土壤pH值以及0-10cm微生物碳含量（2010年10月），上述结果表明施氮会造成土壤的酸化，并降低分解微生物的生物量，进而抑制分解。三年的分解实验研究结果表明N、水之间没有显著交互作用，进一步说明该生态系统的凋落物分解过程对N、水格局的响应与生产过程的响应并不一致。因此，该生态系统碳储存和氮素循环对未来降雨和氮沉降变化的响应还需要综合考虑。N、水处理并没有显著改变每种器官凋落物在非禾草类与禾草类功能群之间的分解速率的差异，但是改变了非禾草类植物阿尔泰狗娃花与大籽蒿叶、茎、根凋落物的分解差异。说明在预测N沉降增加与降水量以及降水季节分配变化对半干旱典型草原C循环的影响时，不同器官凋落物的响应程度不能忽视。　　(3)典型草原的羊草和大针茅叶、细根凋落物在沿着自然降水梯度上四个景观类型（分别是年均降雨量115 mm的典型荒漠，336 mm的典型草原，360mm的沙地草地，560mm高寒草地）的分解结果显示，四种凋落物类型在沙地草地的分解快于其它几个景观类型中的分解（P＜0.0001）。分解初期土壤中的细根比放置在地表的叶片分解快，但在分解末期叶片比细根分解快。四个系统中的凋落物分解速率与凋落物的初始氮浓度均有显著的正相关关系，但在年降水最高的高寒草地相关关系最强(r2=0.81，P＜0.0001)，说明生态系统的初始水分条件作用于凋落物质量对分解的控制。线性回归结果表明叶片凋落物的分解速率与年降水量有显著的正相关关系，而细根的分解速率与年降水量无显著的相关性。多元逐步回归分析表明年降雨量、年均温共同解释58％地上凋落物的分解变化。而对于地下细根的分解，年降雨量，年紫外(UV)辐射，年均温三者共同解释地下凋落物62％的变异。此外，气候因子对地上和地下分解过程的控制可能存在明显的差异，表明在未来气候变化研究中需要重视地上和地下的联系与差异。在四个系统中，水分和N素添加均表明夏季增雨会显著促进凋落物的分解，春季增雪作用较弱，而N素添加在不同系统类型的作用不同。N素添加抑制了羊草根凋落物在典型草原，沙地草地的分解，但促进了羊草根在高寒草地的分解，以及大针茅根在典型荒漠的分解。N素和水分的交互作用不显著，但N与物种间的交互作用显著，物种的分解与分解时间有显著的交互作用，对于不同的交互作用产生的原因还需要在以后的研究中进一步探讨。　　(4)地上、地下分解位置对叶片凋落物的分解产生了显著作用，且分解位置与凋落物类型以及分解时间有显著的交互作用。在1282天的分解过程中，叶片凋落物在地下比在地上分解快。除了凋落物质量最高的轴藜，它在分解初期表现出在地下的分解比地表的分解快，但在分解后期地表的分解比地下分解快，说明地下环境对可分解性相对较低的凋落物将产生更大的作用。添加小量的水(0.5mm)对半干旱典型草原凋落物的分解作用微弱。在分解结束时，地表分解的11种凋落物（4种单种凋落物，7种混合物）的分解存在很显著的差异，而在地下处理以及地下和增雨处理并没有显著的差异，说明地下的分解环境能改变具有不同质量凋落物的分解速率差异。在地表分解时，11种叶凋落物的分解速率与初始氮浓度的正相关关系在整个分解阶段都有体现，而在地下分解相关关系仅出现在分解初期。凋落物在地表分解时，混合物中拥有质量最高的单种凋落物相比没有该种凋落物的混合物分解更快，而质量最低的凋落物的存在则抑制混合凋落物的分解。但在地下以及地下和增水处理下，质量最高的凋落物或者质量最低的凋落物对混合凋落物的分解没有产生显著的影响。从混合凋落物的实际观测值与预测值的差异来看，混合凋落物的混合作用并不强。但在地表分解的凋落物容易产生负的混合作用，而在地下以及地下增雨的情况下比较容易产生正的混合作用。因此在受水分限制的半干旱区，需要关注土壤覆盖造成分解位置从地表到地下的的改变对分解过程以及C循环的影响。　　(5)半干旱典型草原优势种的叶片凋落物在土壤pH梯度从3.9-7.7(0-10cm土壤)的地表分解结果表明，酸化对凋落物后期的分解有显著的抑制作用，而这种抑制作用主要是因为酸化降低了微生物生物量(MBC:31.2～234.75mg.kg-1)。分解过程中的氮一直表现为释放状态，尤其是在分解第一年释放速度很快，但在各处理间氮素释放并没有显著差异。另外，可溶性有机碳(DOC)，有机氮(DON)，无机氮(NH4+)和土壤氧化还原电位均与土壤pH值有显著的负相关关系。结果也进一步显示在酸化较强的地方分解较低，有机质残留更多，会进一步导致凋落物覆盖下的土壤酸化。因此在探讨酸化对凋落物的分解的作用时，可能需要关注更长时间里的分解动态，不同阶段的分解响应可能依赖于不同阶段主导的分解酶及其活性，与此同时也需要关注凋落物分解对土壤的进一步反馈作用。