农田土壤有机碳（SOC）库是陆地生态系统中最重要、最活跃的碳库,提高其固存不仅有利于改善土壤性质,提高作物生产力,而且利于减缓全球气候变化。农田SOC的固存受耕作措施、种植方式、作物残茬管理方式以及施肥制度等影响,以施肥制度的影响最为直接。另外,SOC的变化是一个漫长的过程,长期肥料定位试验是研究SOC变化、揭示其变化机制的重要平台。陕西省关中平原是我国重要的粮食生产区域之一,塿土是该区主要的耕种土壤,其主要作物体系为冬小麦—夏玉米,一年两熟制。本研究以塿土区冬小麦—夏玉米体系35年肥料定位试验为平台,通过整理历年数据并结合当年采集的土壤和植株样品分析了长期施肥作物产量、有机碳的还田量、土壤固碳量、固碳速率、固碳效率以及固碳潜力;采用生物、化学和物理分组的方法,研究了土壤活性有机碳组分:颗粒有机碳（POC）、轻组有机碳（LFOC）、活性有机碳（LOC）和微生物量碳（MBC）的变化及土壤有机碳化学结构的特征响应;将湿筛与密度分组相结合的方法,研究水稳性团聚体及粉黏粒组分的组成及其有机碳和全氮的分布特征以及大团聚体中有机碳组分及其物理保护的差异;利用室内恒温培养、碱液吸收法研究原土、团聚体有机碳库的矿化特征,最终为促进塿土固碳、提高作物生产力、实现区域农业可持续发展提供科学依据。。塿土长期施肥定位试验包括9个处理,分别为不施肥（CK）、单施低量化肥（N₁P₁）、单施高量化肥（N₂P₂）、单施低量有机肥（M₁）、低量有机肥配施低量化肥（M₁N₁P₁）、低量有机肥配施高量化肥（M₁N₂P₂）、单施高量有机肥（M₂）、高量有机肥配施低量化肥（M₂N₁P₁）和高量有机肥配施高量化肥（M₂N₂P₂）。主要研究结果如下:（1）长期施肥塿土的固碳特征长期不同施肥较CK显著增加了小麦、玉米产量,以高量有机无机肥配施效果最显著。各处理作物产量不同,导致归还到土壤中的根茬数量差异,其中由小麦生长季带入土壤的有机碳总量为6.89-32.18 Mg ha^-1,由玉米生长季带入土壤的有机碳总量为16.88-37.92 Mg ha^-1,由有机肥添加带入土壤的有机碳总量为39.65-76.51 Mg ha^-1。施肥处理的碳投入量较CK增加了79.3-515.8%。由此,各处理SOC储量也产生了显著差异,35年后SOC储量在20.56-31.11 Mg ha^-1间,施肥处理较对照提高了4.9-60.7%,且高量有机肥配施化肥处理（M₂NP）效果最显著。另外,随着有机碳还田量的增加,土壤固碳速率呈增加趋势,以CK处理固碳速率最低(0.28 Mg ha^-1 yr^-1),M₂N₁P₁处理的固碳速率最高(0.87 Mg ha^-1 yr^-1)。但固碳效率呈降低的趋势,变幅为14.3-30.3%,以CK最高,M₂N₂P₂处理最低。Jenny模型模拟结果显示,不同施肥处理最大固碳量的范围为15.71-36.54 Mg ha^-1,以CK处理最低,M₂N₁P₁最高。在目前施肥处理下,CK处理SOC已趋平衡,其余施肥处理距平衡尚有6.53-18.73 Mg ha^-1空间,其中M₂N₁P₁处理固碳潜力最大。施肥不仅增加了塿土有机碳的固定,也提高了其固碳潜力。（2）长期施肥塿土活性有机碳组分的变化及有机碳结构的组成塿土长期施化肥对0-10 cm和10-20 cm土层不同活性有机碳组分的浓度无显著影响,单施有机肥可显著提高两土层各个活性有机碳组分浓度,其中小麦收获后POC、LOC、MBC和LFOC浓度增幅分别为137.6-258.9%、44.5-74.5%、45.5-71.2%和71.4-194.9%;玉米收获后,POC、LOC和MBC浓度增幅分别为158.6-191.4%、65.5-84.4%和36.5-229.1%。有机无机肥配施亦显著提高两土层各活性有机碳组分浓度,小麦收获后POC、LOC、MBC和LFOC浓度分别提高122.0-232.7%、21.8-109.2%、34.1-90.6%和37.6-171.3%;玉米收获后POC、LOC、MBC和LFOC浓度分别提高144.1-291.7%、42.5-99.2%、81.9-173.2%和85.3-109.5%。长期施肥各活性有机碳组分的敏感性指数（SI）也有不同,以POC组分最高,因而可作为塿土SOC的敏感指标。长期施肥各处理的SOC主要包含羧酸、醇类、苯酚、多糖等物质。但0-10 cm土层SOC各官能团的吸收峰强度皆高于10-20 cm。施化肥对各类物质的吸光度无显著影响,而单施有机肥以及有机无机肥配施均显著提高了各类物质的吸光度。小麦、玉米收获后土壤中酚类和醇类等脂肪族化合物增幅分别为为64.3-200.0%和22.2-209.0%,烷烃类化合物增幅为33.3-83.3%和26.1-82.6%,碳水化合物增幅为12.8-96.6%和7.8-56.3%,芳香族化合物增幅为28.6-92.9%和20.0-66.7%。碳水化合物的增幅小于酚醇类、烷烃类及芳香族化合物,说明这三类物质可能相对较难分解,增加了SOC稳定性。（3）长期施肥塿土团聚体及粉粘粒组成及其有机碳和全氮的分布塿土以0.25-2 mm团聚体为主体,占50%以上;微团聚体（0.053-0.25 mm）占30-40%,>2 mm团聚体和<0.053 mm粉黏粒组分占比最少（<10%）。长期施肥及不同作物种植对团聚体分布影响不同。种植小麦后,施化肥显著降低0-10 cm土层粉黏粒组分分配比例;单施有机肥处理显著降低0-10 cm土层>2 mm团聚体和粉黏粒组分分配比例;有机无机肥配施处理显著降低0-10 cm土层粉黏粒组分分配比例。种植玉米后,施化肥显著提高两土层>2 mm团聚体分配比例;单施有机肥显著提高0-10 cm土层>2mm团聚体分配比例;有机无机肥配施显著降低两土层0.25-2 mm团聚体分配比例。施肥虽然在一定程度上改变了团聚体及粉黏粒的组成,但是对团聚体的稳定性（MWD值）无显著影响。不同施肥处理0-10 cm土层土壤团聚体及粉黏粒组分的有机碳（OC）和全氮（TN）浓度均明显高于10-20 cm土层（平均20%以上）。另外,>2 mm、0.25-2 mm和0.053-0.25mm团聚体中OC和TN的浓度基本相同,且均高于<0.053 mm组分。总体上施肥处理对<0.053 mm组分中OC和TN浓度无显著影响。无论小麦季还是玉米季施化肥处理土壤团聚体及粉黏粒组分中OC和TN浓度总体与CK相似,而单施有机肥以及有机无机肥配施处理均显著增加大团聚体和微团聚体中OC浓度。土壤OC和TN主要储存于0.25-2 mm团聚体中（40-50%以上）,<0.053 mm组分储存最少（<10%）。因此,长期施用有机肥改变了土壤团聚体及粉黏粒组分的组成,显著增加了团聚体OC及TN的浓度,主要分布在0.25-2 mm团聚体中。（4）长期不同施肥塿土大团聚体中有机碳组分以及物理保护差异长期施用化肥对大团聚体粗颗粒有机碳（cPOC）,细颗粒有机碳（fPOC）,大团聚体中微团聚体内颗粒有机碳（iPOC）以及矿质结合态有机碳（MOC）组分的OC储量无显著影响;单施有机肥及有机无机肥配施可显著提高cPOC和iPOC组分的OC储量,其中小麦收获后,0-10 cm和10-20 cm c POC储量增幅分别为140.6-193.8%和47.8-85.5%,iPOC储量增幅分别为166.3-464.4%和94.8-144.5%;玉米收获后,cPOC储量增幅分别为173.7-338.0%和215.1-244.9%,iPOC储量增幅分别为127.3-240.7%和106.0-129.8%。高量有机肥各处理显著提高了0-10 cm土层fPOC组分有机碳储量,小麦、玉米种植后增幅分别为253.8-350.9%和482.1%。施肥总体对MOC组分OC储量无显著影响。SOC与大团聚体中各组分的OC储量呈显著线性相关,尤其是iPOC组分,表明长期施肥塿土SOC在大团聚体的固存差异主要在于受物理保护的颗粒有机碳组分。作物产量与SOC浓度、cPOC、fPOC和iPOC组分的OC储量可很好地用二次加平台模型描述,当SOC浓度、cPOC、fPOC和iPOC组分的OC储量分别达到9 g kg^-1(或25 Mg ha^-1)、1.6 g kg^-1、1.0 g kg^-1和4.0 g kg^-1时,作物产量不再增加。因此,土壤碳投入水平以及时间应该根据上述临界值进行调整,满足土壤科学培肥和较高的固碳效率。（5）长期不同施肥塿土有机碳库的稳定性原土及团聚体（>0.25 mm、0.25-2 mm、<0.25 mm和0.053-0.25 mm）恒温培养实验结果表明,OC矿化速率均随培养时间的延长而降低,0-7天OC矿化速率最大,51天后OC矿化速率最小,第8至第50天OC矿化速率介于两者之间。无论是原土还是团聚体,长期施用有机肥土壤OC矿化速率显著高于长期施用化肥和不施肥。施肥处理的大团聚体和微团聚体OC矿化速率基本相同,且均小于原土的,表明团聚体对有机碳分解有保护作用。施肥对原土及团聚体有机碳累积矿化率（有机碳累积释放量/有机碳浓度）也产生了一定的影响,就不同施肥处理而言,施化肥处理显著提高0-10 cm土层<0.25 mm团聚体有机碳累积矿化率,单施有机肥处理显著提高原土及10-20 cm土层>0.25 mm和<0.25 mm团聚体有机碳累积矿化率,有机无机肥配施处理显著提高0-10 cm土层<0.25 mm团聚体有机碳累积矿化率。>0.25 mm和<0.25 mm团聚体有机碳累积矿化率相近且均小于原土。双库指数模型模拟结果显示处理间原土及团聚体活性碳库（C_a）和缓效性碳库（C_s）存在显著差异。同CK相比,施化肥对两土层原土及团聚体C_a和C_s浓度无显著影响,而单施有机肥以及有机无机肥配施总体显著增加两土层原土及团聚体C_a和C_s浓度。两土层原土活性碳库浓度占潜在可矿化碳库浓度的比例（即C_a/（C_a+C_s））变幅为14-34%,团聚体C_a/（C_a+C_s）范围是11-28%。说明约有70%的有机碳贮存于Cs中。施肥处理对原土活性碳库的比例影响较小,单施化肥处理对各团聚体活性碳库的比例无显著影响;单施有机肥显著提高0-10 cm土层>0.25 mm团聚体活性碳库的比例,而显著降低10-20 cm土层0.25-2 mm团聚体活性碳库的比例;有机无机肥配施处理显著提高0-10 cm土层各团聚体活性碳库的比例,增幅为38.9%（0.25-2 mm）至154.5%（>0.25 mm）。随着土壤有机碳浓度及饱和度的增加,大团聚体活性碳库增加更明显,有机碳周转加快,土壤养分的供应能力也随之提高。综上所述,塿土长期有机无机肥配合施用提高了作物产量、增加有机碳的输入、提高了固碳速率和固碳潜力。施肥增加有机碳的固持与改变了团聚体的分布、增强了SOC化学结构稳定性,增加大团聚体中微团聚体有机碳的物理保护。