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有机质对维持土壤肥力和生产力,保持土壤质量和健康,保障作物产量稳定至关重要。黑土土质肥沃,是世界上生产力最高、最珍贵的土壤。然而,由于高强度利用、单一种植、化肥和农药施用不当等原因,黑土有机质含量下降严重。为此,以水热区域不同的两种农田厚层黑土和薄层黑土为研究对象（分别位于克山和公主岭）,以玉米为供试作物,采用随机区组设计,设置传统翻耕（CT）、传统翻耕+秸秆还田（CR）、免耕（NT）、免耕+秸秆还田（NR）、深松（ST）和深松+秸秆还田（SR）共6个处理,研究不同保护性耕作措施对耕层土壤（0～20 cm）有机碳物理和化学组分数量和结构特征及其相关酶活性的影响,以期为缓解黑土退化问题、保持黑土生产力水平以及不同区域农田黑土管理技术的创新提供理论依据。研究结果如下:（1）耕作和秸秆还田方式对酶活性有显著影响,厚层黑土和薄层黑土与碳转化相关的酶活性对耕作和秸秆还田的响应不同,且厚层黑土酶活性高于薄层黑土,即厚层黑土中有机物质的转化更加强烈;与CT处理相比,SR处理显著提高了厚层黑土蔗糖酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和β-木糖苷酶活性,而NR处理显著提高了薄层黑土淀粉酶、纤维素酶、纤维二糖水解酶和β-葡萄糖苷酶活性。（2）与CT处理相比,不同保护性耕作处理厚层黑土和薄层黑土总有机碳（TOC）含量均显著提高（P＜0.05）。厚层黑土SR处理提升效果最为显著,而薄层黑土NR处理提升效果更显著。厚层黑土有机碳化学组分含量均高于薄层黑土。耕作和秸秆还田方式对土壤富里酸碳（FAOC）的数量和结构特征均具有影响,与不还田相比,秸秆还田下厚层黑土和薄层黑土FAOC含量均显著增加;平行因子分析（PARAFAC）表明,厚层和薄层黑土FAOC均由C1和C2组分构成,C1组分为生物利用性较高的类富里酸物质,C2组分主要是缩合度较高的类胡敏酸物质。SR处理能够显著提升富里酸的腐殖化和芳构化程度,结构复杂性和稳定性增强;厚层黑土富里酸结构偏简单化,而薄层黑土整体上富里酸结构更加复杂,腐殖化程度更深,更趋于稳定。两种黑土溶解性有机碳（DOC）含量表现为随耕作强度的增加（CT＞ST＞NT）,DOC含量下降,而秸秆还田可以缓解这种效应。PARAFAC表明,两种黑土DOC均由类蛋白组分中的溶解性色氨酸,类酪氨酸及短波类腐殖质组成。厚层黑土主要以短波类腐殖质为主,腐殖化程度更高,受陆源类腐殖质输入的影响大于薄层黑土;薄层黑土主要以类蛋白组分为主。ST处理会降低两种黑土DOC自生源贡献,DOC为内源和外源的混合物;秸秆还田降低了自生源贡献,DOC来源主要为外源秸秆的输入和微生物的分解作用。与CT和CR处理相比,保护性耕作能提高厚层黑土和薄层黑土AHOC含量,其中厚层黑土SR处理提升最显著,薄层黑土NR处理提升最显著。PARAFAC表明,两种黑土AHOC均由生物利用性较高的类富里酸物质和缩合度较高的类胡敏酸物质组成,但厚层黑土腐殖化程度较高,结构趋于复杂化。秸秆还田增加了AHOC含量和腐殖化程度,但降低了自生源贡献,AHOC受外源秸秆输入和微生物代谢活动的共同影响,且SR处理下这种影响更明显。（3）厚层黑土有机碳团聚体组分含量均高于薄层黑土,且二者均以大团聚体有机碳为主。耕作能够改变有机碳团聚体组分的分布。随耕作强度的增加,超大团聚体有机碳（LMOC）和大团聚体有机碳（MOC）含量均有所降低,以CT处理最低,而游离微团聚体有机碳（FMOC）和非团聚的粉黏粒-有机复合体中的有机碳（NAOC）含量均增加,以ST和SR处理最高;秸秆还田结合耕作能增加团聚体分组各组分有机碳含量,增幅为0.02%～29.31%。主成分分析（PCA）表明,碳水化合物、多糖类、脂肪族类等活性组分的相互转化控制着LMOC和MOC的含量,而FMOC和NAOC中的芳香类、二取代苯类物质的增加使其更趋于稳定。对于厚层黑土,免耕和深松处理对于促进LMOC和MOC组分碳水化合物的物质积累有重要作用,SR处理能增加FMOC活性官能团含量;对于薄层黑土,秸秆还田有利于MOC组分碳水化合物和脂肪族类物质积累,NT和NR有利于FMOC组分顺势烯烃类的积累。相关性分析表明,LMOC和MOC与碳水化合物、脂肪族、多糖类物质正相关,FMOC与NAOC与芳香类、二取代苯类正相关,表明LMOC和MOC组分向脂肪族化和年轻化方向发展,而FMOC与NAOC组分有芳构化和复杂化的趋势。（4）整体上厚层黑土密度分组有机碳含量高于薄层黑土。与CT处理相比,ST处理轻组有机碳（LFOC）、粗颗粒有机碳（CPOC）和细颗粒有机碳（FPOC）含量分别显著增加了62.75%、6.14%和23.91%,而NT对应组分较CT处理分别增加了66.13%、3.73%和22.65%;秸秆还田结合耕作增加了有机碳密度组分含量,增幅0.44%～37.93%。FTIR表明,两种黑土有机碳密度组分所含官能团类型相同。PCA分析表明,与CT处理相比,NT、NR、ST和SR处理均能提高轻组有机碳碳水化合物和多糖官能团的相对含量;此外,与CT处理相比,保护性耕作措施不仅增加了粗颗粒有机碳和细颗粒有机碳组分活性官能团相对含量,还增加了稳定性官能团相对含量,其中厚层黑土SR处理最有利于土壤稳定性结构的形成,促进碳的固存;而薄层黑土NR处理对于LFOC和POC的提升有重要作用。（5）相关性分析表明,在土壤有机碳的转化过程中,β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、纤维素酶和蔗糖酶之间相互协同、相互促进。蔗糖酶在LMOC、MOC、LFOC和CPOC的转化过程中发挥着重要作用,纤维二糖水解酶在LMOC、LFOC和MAOC的转化过程中有重要作用,纤维素酶、β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-木糖苷酶在AHOC的转化过程中起着重要作用。（6）耕作和秸秆还田显著影响了玉米产量,与CT相比,ST处理产量显著提高了11.14%,而NT处理则是显著降低6.21%;秸秆还田提高了各处理玉米产量,SR对玉米的增产效果最为显著。相关性分析表明,蔗糖酶、纤维素酶、β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-木糖苷酶能促进玉米产量的积累;DOC、AHOC、LMOC、LFOC、POC等活性碳组分对玉米产量均有显著的促进作用,而ROOC和FAOC阻碍了玉米产量的积累。综上,在耕作与秸秆还田处理下,不同水热地区的厚层黑土和薄层黑土有机碳物理组分和化学组分及其酶活均有显著分异,其中在黑龙江省克山厚层黑土区域,深松配合秸秆还田的保护性耕作措施对于缓解黑土退化、保持黑土生产力的作用尤为显著;而在吉林省公主岭市薄层黑土区域,采用免耕配合秸秆还田的保护性耕作措施,对于恢复土壤有机碳含量、提高结构稳定性有重要意义。