黄淮海平原是我国重要的粮食主产区，每年生产将近全国76％的小麦产量和29％的玉米产量。潮土作为其主要的耕作土壤，在生产与科学上面临着砂粒含量高、粘粒含量低、土壤结构差、有机质含量低等诸多生产力限制因子。过去几十年的集约化种植也进一步恶化了土壤环境，致使农田生产力难以持续性发展。高强度种植条件下如何维持农田生产力的可持续是我国当前面临的重要课题。保护性耕作是正在发展中的实现农田高强度种植与地力提升共济的新途径，其对农田地力培育的长期效应研究是当前土壤学和农学研究的前沿内容。本研究依托中国科学院封丘农业生态实验站内保护性耕作长期定位试验平台，利用团聚体分级、有机碳分组、核磁共振和磷脂脂肪酸等相关分析技术，针对冬小麦-夏玉米一年两熟保护性耕作制度下潮土团聚体的形成过程和有机碳累积的作用机制展开研究;同时，基于长期培肥形成的不同地力土壤，通过13C同位素示踪、稳定性同位素探针技术并结合原位培养试验，模拟秸秆还田以后外源有机碳在不同地力潮土中的矿化及其微生物过程。本研究的总体目标是阐明不同耕作和秸秆管理措施对潮土团聚体形成与有机碳累积的作用机制，明确保护性耕作对地力培育和作物增产的长期效应，为潮土高强度种植下的生产力可持续发展提供理论支撑。　　保护性耕作长期定位试验始于2006年，包含耕作模式和秸秆管理方式两种处理因子，其中耕作模式包括连续性翻耕(T)、每两年翻耕一次(2T)、每四年翻耕一次(4T)和完全免耕(NT)，而秸秆管理方式分为秸秆全量还田(+S)和秸秆移除(-S)。连续8年少免耕和秸秆还田均显著促进了0-10cm土层水稳性大团聚体形成和提高了团聚体稳定性。与连续性翻耕处理相比，少耕和免耕使0-5和5-10cm土层土壤有机碳储量分别提高了20.7％和7.5％，同时秸秆还田较不还田处理也显著提高了0-5、5-10和10-20cm土层土壤有机碳储量，提高率分别为28.8％、25.1％和7.7％。在不同粒级团聚体中，以大团聚体对土壤有机碳积累的贡献最大，少免耕和秸秆还田显著提高了0-10cm土层大团聚体对全土有机碳积累的贡献率，同时却降低了微团聚体和粉粘粒对土壤有机碳积累的贡献。通过分析有机碳的氧化活性和团聚体颗粒有机碳组分，结果发现少免耕和秸秆还田主要促进了土壤中相对活性有机碳的累积，而积累的这部分相对活性有机碳可能是促进土壤大团聚化进程最重要的有机碳组分;同时，少免耕和秸秆还田措施下相对活性有机碳的累积主要与粗大和细大团聚体中闭蓄态颗粒有机碳(iPOM)和矿物结合态有机碳(mSOC)的分布密切相关。　　将T、TS、NT和NTS四个处理的土壤进行固体13C交叉极化魔角自旋核磁共振(13C-CPMAS-NMR)光谱分析，结果发现，在不同耕作和秸秆还田措施下，O-alkyl C、alkyl C、aromatic C、carboxyl C和methoxyl/N-alkyl C是构成潮土有机碳最主要的五种碳组分，其含量显著大于di-O-alkyl C、phenolic C和ketones/aldehydes C。与连续性翻耕处理相比，保护性耕作主要通过提高粗大和细大团聚体中不同碳官能团组分的累积效率来实现0-10cm土层全土有机碳的积累，而各碳官能团组分因其来源和活性不同，其含量显著正相关于细闭蓄态颗粒有机碳(fine iPOM)或（和）mSOC的累积量。在所有碳官能团组分中，免耕和秸秆还田措施下0-5cm土层methoxyl/N-alkyl C和5-10cm土层O-alkyl C是驱动土壤水稳性大团聚体形成最重要的相对活性有机碳组分。　　针对有机质提升机理，通过分析团聚体-微生物-有机碳的联动关系，结果发现，少免耕和秸秆还田通过促进大团聚化进程有利于增加土壤碳基质含量、提高碳氮比（C/N比）、提升土壤保水性，同时降低土壤孔隙度和氧气有效扩散系数。土壤微环境的变化导致少免耕土壤中G+菌、G-菌和真菌分别增加了30.0％、11.6％和71.7％，同时放线菌减少了45.4％;相比之下，秸秆还田较不还田处理显著提高了所有微生物磷脂脂肪酸的含量。在少免耕和秸秆还田措施下，土壤水分含量、孔隙度和氧气有效扩散系数是影响微生物群落结构最重要的环境因子，细菌/真菌含量的比值(B/F)和单不饱和脂肪酸/饱和支链脂肪酸含量的比值(M/B)均显著负相关于土壤体积含水量，却与土壤孔隙度或氧气有效扩散系数显著正相关。同时，土壤微生物群落和团聚化进程共同解释了有机碳累积82.4％的变异信息，而它们的交互作用对土壤有机碳累积的影响最大。因此，少免耕和秸秆还田通过促进大团聚化进程可以有效改变土壤水气微环境，进而制约土壤微生物丰度及其群落结构;土壤微生物群落向真菌和厌氧微生物转变，同时联合大团聚化进程，共同促进了表土层土壤有机碳的累积。　　基于中国科学院封丘农业生态试验站内长期施肥定位试验，选择土壤地力相差明显的不施肥(CK)、施用化肥(NPK)和施用有机肥(OM)三个处理依次表征土壤低、中、高三种地力等级，设置了玉米秸秆腐解的原位培养试验。结果发现，与低地力土壤相比，在外源秸秆碳的刺激下，高地力土壤中更高的G+菌、真菌和厌氧微生物，同时更低的G-菌、放线菌和好氧微生物生物量及其代谢活性可以导致更高的秸秆碳残留。随着土壤地力等级下降，土壤中来源于作物秸秆的有机碳含量显著降低。另一方面，秸秆还田通过加快土壤大团聚化进程，能有效促进外源有机碳在土壤中的积累，土壤中来源于作物秸秆的有机碳组分主要在大团聚体中积累，随着秸秆碳的降解，秸秆源碳由大团聚体向微团聚体和粉粘粒周转。土壤有机碳、团聚化进程和微生物群落共同解释了不同地力土壤中外源秸秆碳累积95.4％的变异信息，其中，以三者交互作用的贡献效应最大。因此，秸秆还田不仅可以有效地培肥地力，而且通过回馈机制能够促进外源秸秆碳在土壤中的累积，进一步改善土壤物理、化学和生物学性状。　　基于2011-2016年保护性耕作长期定位试验结果，通过构建由土壤大团聚化进程和7种基础养分(有机质、全量和有效态NPK)储量构成的土壤肥力系统，结果发现，水稳性大团聚体的形成有利于促进土壤碳、氮、磷和钾等养分物质的累积。与连续性翻耕处理相比，少耕和免耕能显著促进0-10cm表土层土壤大团聚化进程和基础养分物质的累积，但是降低翻耕频率并不能提高10-20cm土壤肥力;相比之下，秸秆还田较不还田处理显著提高了0-20cm耕层土壤肥力，进而有利于增加小麦和玉米的产量。在不同的耕作模式中，以4年为一周期的少耕事件在每个循环周期的前两年可以有效增加小麦产量，同时少耕处理下的玉米产量也略高于连续性翻耕和完全免耕处理。因此，综合考虑农作物产量和农田生产力可持续性，以4年为一周期的少耕模式耦合秸秆还田可以作为维持黄淮海平原农业可持续性发展的有效策略之一。