全球气候变化影响草地生态系统碳、氮、磷等元素的循环过程。土壤呼吸在调节碳循环对自然和人为扰动的响应中起着关键作用。土壤酶是生态系统的生物催化剂,控制养分循环的过程和速率,对土壤微生物群落和植物养分供应至关重要。虽有大量研究指出,降水格局和植物多样性变化是影响草地生态系统元素循环的重要全球变化要素。但是,关于草地植物群落的土壤呼吸和土壤酶活性对降水格局和植物多样性变化以及二者交互作用的响应机制尚不十分清楚。本实验以松嫩草地常见的6种多年生草本植物,即羊草(Leymus chinensis)、兴安胡枝子(Lespedeza daurica)、山野豌豆(Vicia amoena)、光稃茅香(Gramineae hierochloeglabra)、寸草苔(Carexduriuscula)和全叶马兰(Kalimeris integrtifolia)构建的植物群落为研究对象,并通过模拟降水和植物多样性变化,研究土壤呼吸和土壤水解酶活性对降水梯度和植物多样性梯度变化以及二者交互作用的响应。本实验采用的降水处理梯度为:W0(近20年的平均自然降水量)、W1(减少30%的自然降水量)、W2(增加30%的自然降水量)。植物多样性梯度为:无植物、1种植物(羊草)、3种植物(羊草、山野豌豆、兴安胡枝子)和6种植物(羊草、光稃茅香、山野豌豆、兴安胡枝子、全叶马兰、寸草苔)。检测土壤呼吸以及土壤中的7种水解酶活性,包括α-1,4-葡萄糖苷酶(αG)、β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-木糖苷酶(βX)、纤维二糖水解酶(CBH)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(αP)。同时测定了土壤理化特征和植物群落数量特征。拟回答以下问题:(1)降水量与植物多样性变化以及二者互作对土壤呼吸和土壤酶活性有何影响?(2)降水量与植物多样性变化以及二者互作对土壤理化特征有何影响?(3)影响植物群落的土壤呼吸和土壤酶活性的关键因子是什么?(4)土壤呼吸与土壤水解酶活性的关系如何?实验历经2年,得出主要结论如下:(1)增水处理具有提高土壤呼吸速率的趋势,但仅在1种植物条件下显著高于平均降水和减水处理(p<0.05)。高的植物多样性导致较高的土壤呼吸速率。但是,植物多样性和降水二因素的交互处理对土壤呼吸速率的影响不显著。(2)植物多样性处理对7种土壤水解酶活性的影响均达到了极显著水平(p<0.01),但是,不同种类的酶活性对多样性处理的响应规律各异。除LAP以外,降水处理对其他6种酶活性的影响均达到显著(p<0.05)或极显著水平(p<0.01),其中增水处理抑制了 αG、βG、βX和NAG的活性。植物多样性与降水处理互作对βG、βX、αP、CBH活性的影响达到了显著(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)。因此,土壤水解酶活性对于植物多样性和降水变化总体上都是比较敏感的,其中,高植物多样性与降水处理的交互作用对土壤水解酶活性影响更大。(3)植物多样性处理对土壤温度、土壤水分、pH、全氮(TN)、速效氮(AN)、速效磷(AP)和土壤微生物生物量碳(MBC)的影响均达到极显著水平(P<0.01),高植物多样性处理(6种植物)呈现降低电导率(EC)、TN和MBC的趋势。降水处理对EC、全碳(TC)、MBC的影响达到显著(P<0.05)或者极显著水平(P<0.01)。植物多样性与降水的交互处理对pH、TN具有极显著(P<0.01)的影响。(4)多元逐步回归分析结果表明,土壤AN是影响土壤呼吸的关键因子;MBC是影响αG、βX、NAG活性变化的关键因子;TN和EC是影响LAP活性变化的主要因子;αP是7种水解酶中影响土壤呼吸速率的关键酶。综上所述,模拟降水、植物多样性以及二者互作对土壤呼吸、7种土壤水解酶活性和土壤理化特征均产生了不同程度的影响。总体上,增水处理具有提高土壤呼吸速率的趋势,高的植物多样性支持较高的土壤呼吸速率;土壤水解酶活性对植物多样性处理和降水处理的响应均是敏感的。另外,不同种类的酶活性和土壤理化参数对植物多样性与降水二因素的交互作用的响应规律较为复杂。这暗示着在全球变化研究中重视多因子交互作用的必要性。本研究提供了植物多样性与改变降水处理对土壤呼吸和酶活性影响的实验证据,对于预测未来草原生态系统对全球降水和植物多样性变化的响应趋势及其机制的阐述具有重要的参考价值。