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本论文以我国内蒙古锡林河流域温带半干旱草原生态系统为主要研究对象，对植物生长季期间沿海拔梯度不同水热条件以及不同利用方式草地类型土壤矿质氮含量进行了测定，分析了不同类型草地土壤矿质氮含量的季节变化特征，并对不同类型草地土壤的净氮矿化与矿化速率进行了2个生长季的连续测定，同时对不同培养时间的土壤净氮矿化进行了对比分析，分析阐明了土壤净氮矿化与土壤水分之间的相关性。对温室气体N2O通量进行了连续2年的野外定位观测，分析了沿降水梯度4种草地类型土壤N2O的源汇特征；统计分析了不同环境因子对N2O源汇特征的影响；建立了N2O通量与环境因子间的数值关系模式；并利用两年连续完整的观测数据对不同类型草地N2O年排放量进行了估算。在上述研究的基础上，对研究区域两个代表性典型草原群落进行了土壤-植被系统氮循环的定量研究，分析了氮在草地土壤-植被系统各分室的贮量及流通状况，初步建立了土壤-植被系统氮循环的分室模型，主要研究结论如下：
1)沿海拔梯度4种主要草地类型土壤矿质氮的垂直分布与季节变化特征表现为：0-10 cm土壤矿质氮含量最高、季节变化最明显，矿质氮含量随深度增加而降低；生长季期间土壤矿质氮含量与土壤水分呈正相关关系。各草地类型土壤矿质氮含量的最高值一般出现在6月上旬，最低值一般出现在8月下旬；4种草地在生长季初期(4～6月上旬)和生长季末期(9月下旬～10月)NH4+-N含量均高于NO3--N的含量；生长季期间土壤矿质氮含量与土壤水分呈显著正相关关系。人类活动显著改变了土壤氮素的存在形态，草地经放牧后降低了土壤矿质氮含量，农垦由于有外源氮肥的施入，在一定程度上改变了土壤氮素的存在形态。
2)内蒙古温带半干旱草地土壤净氮矿化量和矿化速率主要是由硝化量和硝化速率引起的，NH4+-N是土壤硝化作用的基质；在相同的培养时间内，分阶段培养和连续培养所得土壤的净氮矿化量和净氮矿化率存在明显差异。野外培养7d时间较短，培养14 d土壤的累计净氮矿化量和净氮矿化速率都达到了最大值(贝加尔针茅草原除外)，而培养28 d的结果表明已对培养管中土壤的进一步矿化产生了抑制作用；土壤净氮矿化速率与土壤水分变化量呈现一定的正相关关系。除贝加尔针茅草原较为特殊外，其余草地群落土壤净氮矿化量基本上呈现出沿降水梯度递减的趋势，4种草地类型的挣氮矿化量分别为贝加尔针茅草原为46.608 mg·kg-1，羊草草原为63.218mg·kg-1，大针茅草原为45.988 mg·kg-1，克氏针茅草原为34.08 mg·kg-1；净氮矿化量大小依次为羊草草原＞贝加尔针茅草原≥大针茅草原＞克氏针茅草原。
3)沿降水梯度各草地类型群落及土壤N2O年(或生长季)通量均为正值，不同草原类型均为大气N2O的排放源。各采样点群落和土壤N2O通量的季节变化规律均表现为春季最高，夏季、秋季次之，冬季最低，在冬季土壤冻结期间还出现土壤吸收N2O的现象。就年排放量而言，除贝加尔针茅草原外，各草地类型原状群落和土壤N2O年排放总量呈现沿降水梯度递减的趋势。综合连续2年的结果得出，4种草地类型N2O年排放总量大小顺序为羊草草原＞大针茅草原＞贝加尔针茅草原＞克氏针茅草原。各草地类型全年或非生长季N2O通量与气温及各层土壤温度呈现显著或极显著的正相关关系，与土壤水分没有相关关系。而在植物生长季，各草地类型N2O通量与各层土壤水分表现出一定的正相关关系，与气温和土壤温度呈现一定的负相关关系。
4)在土壤-植被系统中，羊草草原和大针茅草原中的氮主要集中在0-10 cm的土层，在植物生长季初期含量最高，生长末期含量最低，但生长季期间土壤中氮含量变化不显著；两类草原中地下根系生物量及根系氮贮量的季节变化规律一致，表现为从5月份开始逐渐降低，6月份达到最低值，然后逐渐升高，8月上旬达到最大值，然后又逐渐降低。
5)2006年羊草样地净初级生产力为1093.94 g·m-2，其中地上部为174.00 g·m-2，地下部为919.94 g·m-2；大针茅样地净初级生产力为907.69 g·m-2，其中地上部为142.08g·m-2，地下部为765.62 g·m-2，羊草草原大于大针茅草原；两类草原在土壤-植被系统中，土壤均是系统最大的氮贮存库，土壤分室约占整个系统氮贮量的95％左右。植被系统中氮素主要贮存于死根中，这对于保持生态系统的相对稳定起了很重要的作用。除土壤分室和立枯分室的氮输入大于氮输出外，其它分室输入均小于输出。羊草草原土壤和立枯分室的净输入分别为7.08 g·m-2和1.78 g·m-2，大针茅草原土壤和立枯分室的净输入分别为6.05 g·m-2和1.13 g·m-2。