随着现代农业的发展和化学肥料的大量使用,我国的土壤肥力,特别是有机质含量下降趋势明显,严重影响了农产品品质和生产效益。加大有机质的投入,科学利用秸秆等农业废弃物对培肥地力意义重大。另一方面,我国农业产业结构处在调整时期,农作物秸秆与养殖畜禽粪便处理问题亟待解决。本文主要从农田有机碳固定和秸秆消解入手,分析发酵床垫料化还田、秸秆炭化还田、秸秆猪粪发酵还田的应用效果,为秸秆还田方式的改进提供参考。本文以江苏省农业科学院六合动物科学基地生猪发酵床养殖场及农产品种植基地为研究平台,等氮量条件下(3.38t·hm-2),采用单因素随机区组设计,每个处理4次重复。单因素为还田处理:秸秆炭化还田(BR)、秸秆发酵床垫料化还田(SP)、秸秆配猪粪发酵还田(OF)。并设置化肥((NH4)2SO4 + Ca(H2PO4)2 + KCl)(CF)、不施肥对照(CK)作为辅助处理。记录稻麦轮作模式下作物生长状况,还田后两个月(2015年08月16日)、一年(2016年06月16日)时分三层采集土壤样品。秸秆还田增加土壤全碳含量,增加土层间土壤全碳的变异系数。在耕作表层(0-5cm),秸秆还田两个月时OF、SP、BR分别比CF高4.32%、18.27%、9.30%;秸秆还田一年时分别比CF高18.82%、10.98%、11.76%。大量的外援碳源的投入可以提高土壤全碳,有助于提高土壤肥力。与还田两个月相比,还田一年后土壤全碳分层现象更加明显,即0-5cm>5-10cm>10-20cm。还田一年后单施化肥降低了土壤碳氮比。三种还田处理中,OF和SP各种腐殖质碳含量相近,而与CF、BR差异较大。相较于单施化肥,OF、SP能提高土壤总有机碳、水溶性物质和胡敏素碳含量,并在一定程度上增加PQ值(胡敏酸在腐殖酸中所占的比例)、胡富比以及胡敏酸E4/E6值。除富里酸外,腐殖物质、胡敏酸、富里酸和胡敏素碳含量与总有机碳含量间均呈极显著正相关,相关系数在0.714-0.834之间,其中胡敏素碳含量与总有机碳含量的相关性最高,相关系数达到0.834。秸秆猪粪发酵还田(OF)处理微生物碳代谢能力、微生物多样性Shannon指数及糖类、氨基酸、多聚物和胺类利用率明显高于其它处理。还田一年后,单施化肥(CF)减少了耕作表层土壤微生物碳源利用率,说明单施化肥能抑制土壤微生物对碳源的利用。不同秸秆还田方式能显著影响土壤表层(0-5 cm)和耕作亚表层(5-10cm)微生物碳利用和土壤微生物多样性,而对耕作底层(10-20 cm)的影响较小。土壤表层和亚表层微生物多样性对不同秸秆还田方式较为敏感。不同秸秆还田方式下土壤CO2通量受季节和农田管理措施影响较大。水稻季CO2通量较小麦季更为分散,且随季节变化规律不明显。等氮量条件下,除第一季水稻生长期OF处理CO2通量(平均为1.44nmol·m-2·s-1)最高外,第一季小麦与第二季水稻季均为CF处理CO2通量最高,分别平均为5.34nmol·m-2·s-1、1.331nmol·m-2·s-1。对小麦季土壤CO2通量与土壤温度的拟合结果表明,土壤CO2通量与土壤温度呈幂函数关系,处理OF、SP、CF两者的相关系数分别为0.48、0.64、0.52达到了极显著水平。不同还田方式影响了土壤温度的变化,在稻麦轮作的三季作物生长期间,土壤温度均表现为CF、BR较OF、SP低。在本文中BR处理下水稻与小麦产量比CF稍高,两季水稻BR分别比CF高9.69%和5.74%,CF、BR耕作表层碱解氮在两个时期差异达到显著水平(P<0.05)。秸秆炭化还田对土壤有效磷、速效钾有一定的储存缓释效果,BR处理耕作表层、亚表层土壤的pH分别为6.00、6.08,CF的pH分别为5.74、5.94,秸秆炭化还田能缓解单纯施用化肥带来的土壤酸化。发酵床垫料化还田、秸秆猪粪发酵还田与对照在水稻小麦生长和产量上没有明显差异,两者在水稻产量上显著低于CF和BR。说明发酵床垫料化还田也可以作为一种秸秆还田方式,但是要结合化肥配施才能达到保证产量的目的。不同秸秆还田方式对土壤有效养分的影响主要表现在耕作表层。短期田间试验结果表明OF、SP两者均能在一定程度上减小土壤容重,而对土壤有效养分无显著影响。综上,秸秆还田能增加土壤碳容量,改变土壤活性有机碳与腐殖质碳组分含量,改善土壤的物理化学性质。秸秆猪粪发酵还田有利于提高土壤微生物多样性与碳代谢,在配施化肥条件下秸秆炭化还田促进土壤碳固定与作物生长的效果最好。