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以建立于1979年的黄土旱塬黑垆土长期肥料试验为基础，研究了小麦、玉米一年一熟轮作条件下旱地作物产量变化及土壤有机碳库演变特征。结果表明，随着试验期限内降水量趋势性减少，各肥料处理小麦产量下降，而玉米产量保持稳定。无论气候年份如何，作物平均产量大小依次为：有机无机结合(MNP)＞秸秆还田与化肥配合(SNP)＞单施化肥(NP)＞单施农家肥(M)＞单施化肥氮(N)＞不施肥(CK)。旱地粮食增产中化肥的贡献率51.8％，有机肥48.2％，但化肥N的作用随降水减少而下降，磷肥的作用却增加。秸秆还田小麦、玉米平均产量较单施化肥提高0.5-0.6tha-1。长期不施肥地力对小麦产量的贡献率从1981的41％下降到2007年的25％。作物产量随着耗水量增加而增加，却随水分胁迫加剧而下降。长期施肥后，投入土壤C的显著差异是土壤SOC变化的关键。不施肥仅靠少量的根茬来维持较低的旱地农田生产力，SOC并不下降，单施化肥增加SOC；但与M、MNP相比较，秸秆还田高投入的C并没有显著增加土壤SOC。随着试验年限的延长，增施有机肥或秸秆SOC呈明显的线形增加关系，有机碳的固定速率0.31-0.36tCha-1a-1。随着C输入的增加，土壤固C速率提高，每投入1tCha-1中13.4％的C以SOC形式固定在土壤中，即增加化肥或秸秆还田，将促进大气中碳向旱地农田土壤的转移，为国家固碳和温室气体减排做出贡献。长期增施有机物后，旱地1m土层有机碳贮量90-93tCha-1，较单施化肥提高18-20％，增加的SOC主要是高活性有机碳，集中在耕层，并且大部分固定在砂粒+OM和大团聚体中。长期施肥后由于C的激发效应，土壤有机质矿化系数明显不同，Jenny模型可以较准确的预测SOC的变化。