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撂荒地自然恢复是黄土高原生态系统修复重建的重要措施,具有生态固碳和稳定土壤碳库的功能,在全球碳循环和减缓气候变化等方面扮演着重要角色。探讨不同气候变化情境对撂荒草地土壤碳库和碳循环关键过程的影响及调控机制,对于理解脆弱生境土壤碳循环过程具有重要的科学意义,并可为提高气候变化背景下植被恢复的碳汇效应和碳库稳定性提供重要的参考依据。基于此,本研究以黄土丘陵区恢复12年的撂荒草地为研究对象,通过人工模拟增温、增减雨25%、增减雨50%以及增温与降雨改变的交互作用,采用野外监测和室内分析相结合的方法,探究不同气候变化条件下撂荒草地土壤碳库的稳定性差异,阐明气候变化对生态系统碳收支、土壤有机碳组分变化和土壤碳排放三个关键碳循环过程的影响及其与碳库稳定性的联系,并结合植被特征和土壤特性揭示气候变化影响土壤碳库稳定性的机制。主要研究结果如下:（1）增温、增雨以及两者的交互效应增加了土壤有机碳活性组分的含量和分配比例,提高了土壤碳库活度指数和碳库管理指数,但降低了土壤碳库稳定性。土壤有机碳各组分的含量在增温处理下显著增加且总体上随降雨量增加而增加,反之则降低。其中,增温增加了活性碳组分的分配比例,增雨处理下活性碳组分的分配比例显著高于减雨处理,而惰性有机碳则相反。增温增雨的交互处理对土壤有机碳组分的影响程度高于单一因子的主效应,而减雨基础上增温可进一步降低有机碳组分的含量和分配比例。增温处理下土壤碳库活度（碳库活度和碳库活度指数）和质量（碳库指数和碳库管理指数）高于对照7.66%-32.71%。相比之下,增雨25%和50%处理下土壤碳库活度和质量分别较对应的减雨处理增加了1.64%-22.24%和6.66%-45.69%;而降雨改变与增温交互处理下,这种差异提高到25.53%-59.10%和51.94%-139.18%。这说明增雨及其与增温交互处理的土壤碳库稳定性低于减雨和增温减雨处理。（2）降雨减少及其与增温的交互处理减少了撂荒草地生态系统的净碳收入,且主要受菊科和豆科植物占比变化的影响。生态系统净CO2交换（NEE）受气候变化的影响显著且存在明显的年际差异。与对照相比,2018年和2019年增温分别降低和提高了植被生长旺盛季的NEE。增雨及其与增温交互处理的NEE显著低于减雨和增温减雨处理。2018年各处理的NEE均为负值,说明整个撂荒草地表现为净碳吸收。次年,生态系统的固碳能力整体下降,特别是减雨和增温减雨处理下生态系统由碳汇转变为碳源。2019年增雨的同时增温对撂荒草地碳汇功能的提升程度更高,而减雨基础上增温可减少生态系统的净碳排放。植物多样性、科组成和植物碳、氮、磷含量共同解释了生态系统碳收支变异的95.71%。其中,NEE与菊科植物占比、植物多样性和均匀度显著正相关,而与豆科植物占比和叶片碳、氮含量显著负相关。相较于植物多样性和养分含量,不同气候变化条件下菊科和豆科植物的占比差异是影响生态系统碳源/汇功能的主导因素,并且可通过改变NEE和叶片碳、氮含量间接影响土壤有机碳组分。（3）增温和降雨增加可促进撂荒草地土壤向大气释放CO2,而土壤微生物代谢特征是土壤碳排放变化的主要驱动力。各处理下土壤碳排放的季节动态均呈“双峰型”曲线,夏季最高,冬季最低。增温、增雨及两者的交互处理显著促进了土壤碳排放,而减雨和增温减雨则相反。土壤碳排放与降雨量呈正相关,降雨改变的基础上增温对土壤碳排放有抑制效应。此外,增温、增雨及两者交互处理显著提高了土壤可溶性有机氮和速效磷含量、β-1,4-木糖苷酶和微生物氮、磷获取酶的活性、微生物碳利用效率（CUE）和生物量周转速率（BTR）;而减雨和增温减雨显著提高了β-1,4-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、氧化酶的活性以及微生物氮、磷利用效率。土壤碳排放与有机碳各组分的含量显著正相关,且受土壤酶活性、CUE和BTR等微生物代谢特征的协同调控。结构方程模型显示,水分而非温度是影响碳排放的关键气候因子;气候变化可直接影响或通过改变植被特征间接影响土壤理化性质,进而作用于土壤酶活性、CUE、BTR和有机碳组分来改变土壤碳排放。（4）增温和降雨改变条件下,撂荒草地土壤碳库稳定性受土壤有机碳组分、土壤碳排放和生态系统碳收入的协同调控,且有机碳组分对碳库稳定性的影响最大。表征土壤碳库稳定性的碳库活度、碳库活度指数、碳库指数和碳库管理指数与NEE和惰性有机碳的分配比例显著负相关,而与生态系统呼吸、生态系统总生产力、土壤有机碳组分含量、易氧化有机碳（ROOC）的分配比例以及土壤碳排放显著正相关。土壤有机碳组分的含量和分配比例解释了74.83%的碳库稳定性变化,其中,ROOC的含量和分配比例解释率最高（58.00%）。碳循环关键过程对土壤碳库稳定性的影响表现为土壤有机碳组分>土壤碳排放>生态系统碳收支。NEE不直接影响土壤碳库稳定性,而是通过改变土壤有机碳组分和碳排放间接影响碳库的稳定性。本研究发现降雨量而非增温是影响黄土丘陵区撂荒草地土壤碳库稳定性的关键气候变化因子。气候变化可直接改变土壤有机碳及其组分的含量而影响碳库稳定性,或者通过影响NEE、土壤酶活性、CUE和BTR间接影响土壤碳组分和碳排放,进而改变土壤碳库的稳定性。