El intercambio de CO en los ecosistemas desérticos puede desempeñar un papel importante en el ciclo global del carbono. Sin embargo, aún no está claro cómo responden los flujos de CO de los ecosistemas desérticos dominados por arbustos a los cambios en la precipitación. Realizamos un experimento de adición de lluvia a largo plazo de 10 años en un ecosistema desértico en el noroeste de China. En las temporadas de crecimiento de 2016 y 2017, con tres tratamientos de adición de lluvia (precipitación natural +0%, +50% y +100% de la precipitación media anual), se midieron la fotosíntesis bruta del ecosistema (GEP), la respiración del ecosistema (ER) y el intercambio neto de CO del ecosistema (NEE). El GEP respondió de manera no lineal y el ER de manera lineal a la adición de lluvia. El NEE presentó una respuesta no lineal a lo largo del gradiente de adición de lluvia, con un umbral de saturación por adición de lluvia entre +50% y +100%. La media del NEE de la temporada de crecimiento varió de -2.25 a -5.38 mol CO m s, mostrando un efecto de captura neta de CO, con un aumento significativo (más negativo) bajo los tratamientos de adición de lluvia. Aunque la lluvia natural fluctuó considerablemente en las temporadas de crecimiento de 2016 y 2017, alcanzando el 134.8% y el 44.0% del promedio histórico, los valores de NEE se mantuvieron estables. Nuestros hallazgos destacan que la captura de CO en la temporada de crecimiento en los ecosistemas desérticos aumentará en el contexto de niveles crecientes de precipitación. Las diferentes respuestas del GEP y el ER de los ecosistemas desérticos bajo regímenes de precipitación cambiantes deben ser consideradas en los modelos de cambio global.