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本研究于2013年和2014年在山东农业大学农学试验站进行,基于12年长期定位秸秆还田和保护性耕作农田(始于2002年),系统探讨了秸秆处理(秸秆还田P和无秸秆还田A)和冬小麦季长期不同耕作方式(常规翻耕C、免耕N、深松S和旋耕R)对夏玉米田土壤呼吸、微生物特性和有机碳及其组分的影响。试验采用田间原位监测和室内模拟水热碳(25、30和35℃;55%、65%和75%湿度;添加秸秆和不添加秸秆)培养相结合的方法,对比分析秸秆还田和耕作处理对土壤CO2释放量和有机碳及其组分的贡献,从而选择出适合该地区农业经济效益和生态效益协同发展的秸秆处理和耕作组合。主要研究结果如下:1.秸秆还田和耕作方式对土壤呼吸和微生物特性的影响对不同土层土壤剖面呼吸研究得出,除0-10 cm土层外,其余各土层的土壤CO2浓度均随着土层深度的增加而增加。在0-40 cm土层,拔节期和大口期的土壤CO2浓度高于其他时期,随着土层的深入,土壤CO2浓度峰值出现在开花期和灌浆期。秸秆还田处理土壤剖面CO2浓度高于秸秆不还田,随着土层的深入,差异逐渐减小,且在拔节期和开花期提高土壤呼吸,而在大口期、灌浆期和成熟期降低土壤呼吸。在0-40 cm土层,深松和免耕土壤剖面CO2浓度低于常规翻耕和旋耕,而在40-200 cm土层免耕较为活跃。秸秆还田和保护性耕作主要在0-10 cm土层对土壤微生物起作用。秸秆还田能明显提高土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物活性,降低呼吸商;在相同秸秆处理条件下,深松和免耕比常规翻耕能显著降低土壤呼吸商,增加MBC和微生物活性。在整个生育期,秸秆还田结合保护性耕作能显著提高土壤MBC和微生物活性,降低呼吸商。在0-10cm土层,深松秸秆还田(PS)和免耕秸秆还田(PN)MBC比常规翻耕无秸秆还田(AC)分别平均显著提高了95.81%和74.28%,微生物活性提高了97.05%和74.23%。2.秸秆还田和耕作方式对土壤有机碳及其组分的影响各处理土壤有机碳(SOC)及其组分含量在土壤0-10 cm土层的分布高于10-20 cm土层,且除常规翻耕外,各处理在0-10 cm土层的土壤易氧化碳(ROC)占SOC的比例和微生物商均高于10-20 cm土层,保护性耕作土壤呈现明显的“上富下贫”现象。秸秆还田能够显著增加0-10 cm土层SOC、ROC和MBC含量。深松和免耕处理能够显著提高SOC含量,增加ROC和MBC。各处理在0-10 cm土层中,ROC约占SOC的29.47-41.11%,微生物商约为4.56-6.16%,PN处理ROC占SOC比例最高,达41.11%,PS和AS微生物商最高,达6.16%。经过12年连续的秸秆还田和保护性耕作,PS处理能最大程度提高SOC含量及其组分含量,其次为PN处理。3.水热碳因子对土壤呼吸、有机碳及其微生物生物量碳的影响通过对三种不同耕作方式(PC、PN和PS)的土壤进行不同温度、湿度和碳源添加培养,得出添加碳源能够显著增加土壤CO2的释放速率,同时增加SOC和MBC含量。低温和低湿培养能够显著降低土壤呼吸速率和土壤CO2累积释放量,减少SOC消耗,各处理在35℃和碳源添加培养后能最大限度提高MBC含量。培养前和秸秆添加培养后深松SOC含量始终处于最高值,常规翻耕处理MBC在培养前高于其他处理,秸秆添加培养后,深松MBC含量高于其他处理。深松在55%湿度下能最大限度提高SOC和MBC含量,而常规翻耕和免耕则要求更高的湿度。深松在25℃培养最有利于SOC的积累,在35℃培养最有利于MBC的积累。在低湿(55%)和碳源添加条件下深松最有利于积累和增加SOC和MBC含量。4.秸秆还田和耕作方式对作物产量及构成的影响除AC和AR外,各处理2014年玉米产量相对于2013年的常规翻耕处理均有所上升,秸秆还田处理千粒重高于无秸秆还田处理,深松和免耕处理的千粒重高于常规翻耕和旋耕,秸秆还田处理年均产量较无秸秆还田处理增产9.53%,深松和免耕处理较常规翻耕处理增产分别达16.11%和6.11%,而旋耕则出现轻微的减产,各处理的产量与其千粒重呈现出正相关。综上田间原位监测和室内模拟得出,秸秆还田能够显著增加土壤中SOC、ROC、MBC和微生物活性的含量;长期深松和免耕能够较常规翻耕降低土壤呼吸,增强土壤微生物活性,增加SOC、ROC和MBC含量。深松和免耕能够在低湿和秸秆添加下充分提高SOC含量,深松在35℃、55%湿度和碳源添加培养下能最大程度增加土壤MBC含量。PS和PN处理能够在不扰乱土层的情况下,增加碳源输入,降低qCO2,增加SOC、ROC和MBC含量,提高ROC占SOC比例和微生物商,改善土壤生态因子,PS处理能够疏松土壤,增加土壤微生物活性,是最佳耕作组合。