渭北旱塬是黄土高原典型的旱作雨养农业区,农业土壤主要为黑垆土,冬小麦和春玉米是该地区的主要粮食作物。冬小麦一年一熟制和冬小麦/春玉米一年一熟制是该地区两种主要的种植制度。不合理的农田管理措施如频繁翻耕、氮磷肥过量施用等,造成土壤结构破坏,有机碳矿化损失严重,导致土壤有机碳（SOC）水平较低,土壤质量下降,严重限制了该地区的作物生产。如何构建适合当地的农田管理措施,增加土壤固碳能力、提高土壤肥力,是亟待解决的问题。为此,本研究按照三因素再裂区设计,以种植制度为主因子（冬小麦/春玉米轮作和冬小麦连作）,施肥水平为副因子（平衡施肥（BF）、低肥（LF）和常规施肥（CF））,耕作方式为副副因子（3种单一耕作,连年免耕（NN）、连年深松（SS）和连年翻耕（PP）;3种轮耕,免耕/深松（NS）,深松/翻耕（SP）、翻耕/免耕（PN））,在渭北旱塬地区实施了长期定位试验（2007-2018）。围绕着土壤有机碳库开展了以下工作:（1）研究了历年投入作物残体碳和SOC变化,探究了各处理下输入碳的转化效率,并用DNDC模型模拟预测各处理的SOC动态变化及固碳效应差异。（2）研究了种植制度、施肥和耕作方式对不同土层SOC组分含量及分配比例的影响。（3）采用湿筛法测定了土壤各粒级团聚体分布,并分析了土壤有机胶体（富里酸（FA）、胡敏酸（HA）、胡敏素（Hu）和多糖）对团聚体稳定性的影响。（4）测定了各粒级团聚体中有机碳含量变化,通过相关分析及结构方程模型分析了作物残体输入碳、团聚体平均重量直径（MWD）以及各粒级团聚体有机碳对土壤固碳的影响。（5）采用傅里叶红外光谱和碱液吸收法分别测定了各粒级团聚体有机碳分子结构及矿化特征,并通过冗余分析和方差分解分析探究了土壤团聚体、有机碳分子结构对于有机碳矿化特征的影响。研究取得主要结果如下:1、不同农田管理措施下土壤有机碳固存效应种植制度、施肥和耕作方式均显著影响了作物残体碳还田量、SOC含量及储量,且种植制度和耕作方式的影响大于施肥。种植制度下,麦玉轮作处理的作物残体碳还田量显著高于小麦连作,从而增加了各土层SOC含量,促使0～40 cm土层SOC储量增加了2.8%。在施肥方面,与常规施肥相比,平衡施肥处理增加作物残体碳还田量的同时还提高了作物残体碳的转化效率,从而显著增加了0～40 cm土层SOC的含量和储量。在耕作方面,轮耕（NS、SP、PN）、连年免耕和连年深松下的作物残体碳还田量及转化效率均高于连年翻耕,有效地促进了土壤固碳;其中NS处理的SOC储量最大,比PP处理高7.4%。此外,耕作改变了SOC的土层分布。与连年翻耕相比,连年免耕主要增加了0～10 cm土层的SOC含量,连年深松提高了表层和20～40 cm土层的SOC含量,轮耕则对各土层的SOC含量都有增加作用。DNDC模型结果显示,60年后各农田管理措施下0-50 cm土层的有机碳净固定为2.81 Mg ha-1～10.4 Mg ha-1,表现为土壤“碳汇”效应。采取麦玉轮作、平衡施肥、保护性耕作（NS、SP、PN、NN和SS）措施均增加了有机碳净固存,导致土壤“碳汇”作用增强。在耕作方面,免耕/深松（NS）处理的土壤净SOC固存量最大,是增加渭北旱塬土壤固碳效应的最优耕作方式。2、不同农田管理措施下土壤有机碳组分及分配比例变化麦玉轮作,平衡施肥和保护性耕作下较多的作物残体碳输入促进了土壤各有机碳组分的增加,且对SOC活性组分的积极作用大于惰性组分。与小麦连作相比,麦玉轮作对土壤活性有机碳组分（易氧化有机碳（ROC）、水溶性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）和颗粒有机碳（POC））和惰性有机碳组分（难氧化有机碳（HOC）和矿质结合态有机碳（MOC））均有增加作用,并增加了各活性有机碳占总有机碳的比例。3种施肥下,与常规施肥相比,平衡施肥增加各有机碳组分的含量,且增加了ROC/SOC、DOC/SOC和POC/SOC值,对改善土壤肥力有积极作用。耕作因素下,与连年翻耕相比,连年免耕增加了0～10 cm土层土壤各有机碳组分的含量;并在0～10 cm土层增加了各活性有机碳的比例,在＞10 cm土层增加各惰性有机碳的比例,提高了深层土壤的有机碳稳定性。连年深松主要增加了0～10 cm和20～40 cm土层各有机碳组分含量及活性有机碳的比例,并增加10～20 cm土层惰性有机碳的比例。轮耕对3个土层各有机碳组分含量大多呈增加作用,且NS轮耕增加了0～10 cm和20～40 cm土层活性有机碳的比例以及10～20 cm土层惰性有机碳的比例;PN和SP轮耕则增加了3个土层的活性有机碳比例。3、不同农田管理措施下团聚体分布、稳定性变化及其与土壤有机胶体关系麦玉轮作下各土层的有胶体（FA、HA、Hu和多糖）含量均高于小麦连作。不同施肥下各土层的FA、HA、Hu和多糖含量均表现为BF＞LF＞CF。耕作方面,与连年翻耕相比,连年免耕增加了0～10 cm土层的FA、HA、Hu和多糖含量;连年深松增加了0～10 cm和20～40 cm土层的FA、HA和多糖含量,并显著增加了各土层的Hu含量;轮耕处理下各土层的FA、HA、Hu和多糖含量大多呈增加现象。土壤腐殖质组分和多糖均与MWD呈正相关关系。逐步回归分析表明,在0～20 cm土层,团聚体稳定性主要与FA、HA和多糖有关;而在20～40 cm土层,HA和多糖是影响团聚体稳定性的关键有机胶体。农田管理措施下土壤腐殖质组分和多糖的变化导致了团聚体分布及稳定性的差异。与小麦连作相比,麦玉轮作增加了＞2 mm、2-0.25 mm和0.25-0.053 mm粒级团聚体含量,提高了团聚体的稳定性。在施肥方面,平衡施肥促进了团聚体的形成,使0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm土层的MWD分别增加了19.9%、25.2%和27.0%。在耕作方面,与连年翻耕相比,连年免耕对＞2 mm、2-0.25 mm和0.25-0.053 mm粒级团聚体含量的增加作用主要体现在0～10 cm土层,提高了表层土壤的团聚体稳定性。轮耕（NS、SP和PN）和连年免耕则对3个土层的团聚体MWD均有增加作用,其中NS轮耕的增加幅度较大。4、不同农田管理措施下土壤团聚体有机碳分布麦玉轮作、平衡施肥均增加了各粒级团聚体有机碳含量,且促进了＞2 mm、2-0.25mm和0.25-0.053 mm团聚体有机碳储量及贡献率的增加。耕作方面,与连年翻耕相比,连年免耕对各粒级团聚体有机碳含量的增加作用主要表现在0～10 cm土层;连年深松的增加作用表现在0～10 cm和20～40 cm土层显著增加;而轮耕（NS、SP和PN）处理的增加作用在3个土层均有呈现。整体上,轮耕、连年免耕和连年深松均增加了＞2 mm、2-0.25 mm和0.25-0.053 mm团聚体中有机碳储量及贡献率。结构方程表明,作物残体输入碳和MWD均对土壤固碳产生直接正向作用。同时作物残体输入碳和MWD还可以通过增加＞0.25 mm团聚体中的SOC储量,减少＜0.053 mm粉粘粒中的SOC储量而间接促进土壤固碳。5、不同农田管理措施下土壤团聚体有机碳分子结构变化和矿化特征分析种植制度和耕作方式改变了各粒级团聚体有机碳的分子结构。麦玉轮作下各粒级团聚体中亲水性羰基碳大多高于小麦连作,而芳香族碳、脂肪族碳以及有机碳的疏水性均低于小麦连作。耕作方面,与连年翻耕相比,连年免耕主要增加了0～10cm土层各粒级团聚体中脂肪族碳以及有机碳的疏水性。轮耕和连年深松下各粒级团聚体内脂肪族碳和有机碳的疏水性在3个土层均呈趋势。此外,轮耕、连年免耕和连年深松降低了0～10 cm土层各粒级团聚体内的芳香族碳,但在＞10 cm土层表现为增加作用。种植制度和耕作方式对各粒级团聚体内的有机碳矿化特征有显著影响。与小麦连作相比,麦玉轮作增加了各粒级团聚体有机碳的矿化量,并加速了活性碳库及慢性碳库的分解。在耕作方面,与连年翻耕相比,轮耕、连年免耕和连年深松对＞0.25 cm团聚体有机碳累积矿化量、潜在可矿化碳及其分解速率的降低作用主要体现在10 cm以下土层;而对3个土层的0.25-0.053 mm微团聚体和＜0.053 mm粉粘粒有机碳累积矿化量、潜在可矿化碳大多呈降低作用,并减缓了活性碳库和慢性碳库的分解速率。整体上,轮耕、连年免耕和连年深松相较于PP储量均减少了0～40 cm土层有机碳累积矿化储量和潜在可矿化碳储量,且NS轮耕和NN处理达到显著水平。土壤团聚体的改善和有机碳分子结构中芳香族碳、疏水性的增强对减少有机碳矿化有积极作用。方差分解分析表明,土壤团聚体和有机碳分子结构的交互作用在0～10cm、10～20 cm和20～40 cm土层对有机碳矿化变异的解释率分别为39.6%、29.9%和27.4%,大于单独作用。综上所述,优化农田措施（麦玉轮作、平衡施肥、保护性耕作）可提高作物残体还田,增加SOC储量,并改变各有机碳组分的含量及分配比例,增加土壤肥力。优化农田措施下,土壤腐殖质、多糖的增加改善了土壤团聚体结构,反过来土壤团聚体稳定性的提高促进了土壤固碳。此外,保护性耕作（尤其是NS轮耕）改善了团聚体结构的同时,增加了芳香族碳和有机碳疏水性强度,有效地减少有机碳矿化,可在渭北旱塬地区推广应用。