农田土壤碳库在全球生态系统碳库中占有重要地位,是人类能够直接干预短期调控的碳库。绿肥还田是增加土壤有机质提升碳储备的有效措施。西北干旱绿洲灌区绿肥还田利用对土壤碳库影响研究缺乏系统性,限制了绿肥还田生态效益的科学评价。因此,明确玉米农田土壤碳平衡对绿肥还田利用的效应及其机质具有重要意义。本研究分析了绿肥全量翻压、根茬翻压、绿肥覆盖免耕与根茬免耕四种绿肥还田方式对玉米农田土壤有机碳输入特征、土壤呼吸碳排放及土壤碳平衡的影响及其机制。主要结果如下:（1）绿肥全量翻压与绿肥覆盖免耕可提高玉米农田土壤全碳、有机碳含量,微生量碳。绿肥覆盖免耕与根茬免耕可提高0-30 cm土层土壤团聚体含量、团聚体有机碳贡献率。与无绿肥种植相比,绿肥全量翻压、绿肥覆盖免耕显著提高了土壤团聚体有机碳含量,增幅分别为13.3-44.4%、26.2-37.9%;绿肥覆盖免耕显著提高了播前收后0-20 cm土层土壤有机碳含量,增幅分别为6.3-9.2%、5.4-7.9%;绿肥覆盖免耕、根茬免耕提高了0-30 cm土层粒径≥0.5 mm各级团聚体有机碳贡献率,增幅分别为30.0-184.4%、17.9-141.0%,提升主要集中在1-2 mm粒级;绿肥覆盖免耕显著提高了0-30 cm玉米各时期土壤微生物量碳,增幅为39.5-69.0%。绿肥不同还田利用方式中,绿肥覆盖免耕是提升土壤碳储量、改善土壤团粒结构及提升团聚体有机碳贡献率的有效措施。（2）绿肥全量翻压、绿肥覆盖免耕与根茬免耕对土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分影响显著;绿肥不同还田利用方式及无绿肥种植各土层土壤温度与土壤呼吸速率显著正相关。线性回归结果表明,0-30 cm土层土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的70.3-80.3%。土壤水热、土壤有机碳含量与土壤呼吸速率显著相关（α=0.001）。与无绿肥种植相比,玉米灌浆期前绿肥全量翻压处理显著提高了土壤呼吸速率,绿肥覆盖免耕、根茬免耕对土壤呼吸速率的降幅分别为5.1-17.1%、6.6-12.8%,同时降低了7.0%、6.8%的土壤CO2排放量,差异显著;灌浆期后土壤呼吸速率差异不显著。绿肥全量翻压、绿肥覆盖免耕分别提高0-30 cm土层4.2-15.3%、6.5-25.5%的土壤含水量。绿肥覆盖免耕、根茬免耕处理下土壤温度对土壤呼吸速率的解释程度较低,分别为70.3%、71.4%。10-30 cm土层,绿肥全量翻压Q10较低,分别为2.226、2.270;绿肥覆盖免耕和根茬翻压处理下土壤温度对土壤呼吸速率的解释程度较低,分别为72.6%、70.9%和70.6%、70.6%。0-30cm土层,仅有绿肥覆盖免耕与根茬翻压处理下土壤呼吸与土壤含水量显著正相关。绿肥覆盖免耕是增加土壤含水量、降低土壤呼吸速率、减少土壤CO2排放量的有效措施。（3）与无绿肥种植相比,绿肥全量翻压和绿肥覆盖免耕处理显著提高了玉米籽粒产量、玉米地下部固碳量、碳排放效率、净生态系统生产力、土壤碳汇强度;仅有绿肥覆盖免耕下的固碳潜力、净生态系统生产力及土壤碳平衡显著高于绿肥全量翻压、根茬翻压及根茬免耕。绿肥全量翻压和绿肥覆盖免耕处理玉米籽粒产量差异不显著,分别为15329.3 kg·hm-2和14641.1 kg·hm-2;绿肥全量翻压的碳排放效率显著低于绿肥覆盖免耕,分别为2.65 kg·kg-1和2.84 kg·kg-1,净生态系统生产力分别为11295.4 kg（C）·hm-2和11977.9 kg（C）·hm-2。绿肥覆盖免耕下农田生态系统固碳潜力和土壤碳平衡分别为12.2 kg（C）·kg-1和4966.0 kg（C）·hm-2。绿肥覆盖免耕能够在稳定增产的同时提高农田生态系统碳汇强度与土壤碳汇强度。绿肥覆盖免耕提升土壤碳储量与固碳潜力、增加土壤大团聚体含量、提高团聚体有机碳含量及贡献率、降低土壤呼吸速率及碳排放效果明显,获得了较高的碳排放效率、农田生态系统碳汇与土壤碳汇强度,是干旱灌区固碳减排的推荐生产模式。