人类活动导致大气氮沉降显著上升以及全球降水格局发生改变,这些全球变化驱动因子如何影响土壤碳周转被生态学者认为是碳循环研究的关键环节。在土壤有机质分解过程中,微生物通过分泌胞外酶将复杂的有机物分解成可供其吸收的可溶性小分子物质进行代谢转化,并释放出二氧化碳,因此,土壤胞外酶通常被认为是有机质分解的限速步骤。然而,目前关于土壤胞外酶活性对全球变化因子的响应及其对土壤有机质分解调节机理的研究仍然非常缺乏。本研究依托于内蒙古多伦县长期多水平的氮添加控制实验和基于大型原状土块移植（沿自然降水梯度的三种温带草地）的降水改变控制实验,测定土壤碳、氮、磷获取水解酶、氧化酶活性、微生物生物量、理化性状、异养呼吸等指标,以探讨氮沉降和降水格局的改变对草地生态系统胞外酶活性的影响及对呼吸的调控。基于多梯度氮添加模拟氮沉降控制试验的研究结果表明,随着氮添加量增加,土壤p H值、微生物呼吸、微生物生物量、碳和氮获取水解酶活性均呈现下降趋势,磷获取水解酶活性在高氮添加水平(32 g N m^-2 y^-1和64 g N m^-2 y^-1)下增加106.9%和67.2%。氧化酶活性随着氮添加量增加呈现先增加后降低的非线性趋势。此外,研究结果发现土壤胞外酶碳氮和碳磷比值随着氮添加量增加呈现指数下降趋势。通过进一步的结构方程模型分析,发现β-葡萄糖苷酶活性和土壤pH共同解释土壤异养呼吸变化的63%,揭示了氮沉降对土壤微生物呼吸的抑制作用是由于其对β-葡萄糖苷酶活性的抑制和土壤酸化作用所导致,而不是归因于传统认为的微生物生物量降低的直接作用。该研究结果阐明了氮沉降导致土壤微生物呼吸降低的另外一个途径和机制。基于降水改变控制实验的研究结果发现,降水改变对土壤胞外酶活性的影响与草地类型之间具有交互作用。在典型草地减少降水使得土壤碳、氮、磷获取水解酶以及氧化酶活性分别降低了34.9%、41.6%、38.2%和54.6%;在荒漠草地,减少降水使得土壤磷获取水解酶和氧化酶的活性分别降低23.3%和44.8%;减少降水对草甸草地土壤酶活性没有影响。与减少降水的效应不同,增加降水在草甸草地导致土壤碳、氮、磷获取水解酶以及氧化酶活性分别提高40.7%、30.0%、41.6%和70.6%;在荒漠草地仅提高土壤氧化酶活性;但是对典型草地土壤胞外酶活性没有任何影响。本研究表明降水改变对土壤胞外酶的化学计量学没有影响。结构方程模型结果发现土壤异养呼吸变异的91%归因于土壤β-葡萄糖苷酶活性和土壤温度的变化,表明土壤异养呼吸对降水改变的响应是通过土壤β-葡萄糖苷酶活性和温度来调控。本实验研究结果有助于我们深入了解土壤胞外酶活性对氮沉降和降水改变的响应及其机理,并拆分了全球变化下土壤微生物对呼吸调控的酶驱动路径,量化了酶调控土壤有机碳分解的贡献。未来研究应该结合土壤微生物群落特征和酶功能特征,以揭示全球变化下土壤碳循环的微生物调控过程。