CO2排放增多被认为是导致全球气候变化的主要原因,过量的温室气体排放将使地球生态系统处于气候不断剧烈变化的环境中,这种趋势是危险的,也是难以逆转的。其中,农业、林业及其它土地利用方式已经成为全球温室气体的第二大排放源,提升土壤固碳已成为削减农业源温室气体排放的重要手段。中国东北地区是世界三大黄金玉米带之一,也是我国重要的粮食产区,每年产出的大量秸秆难以全部直接还田,由此引发了对秸秆炭化还田技术的探索。二者在土壤碳库组分转化及碳收支等方面的长期效应尚缺乏深入研究。在此背景下,本研究依托生物炭棕壤玉米长期定位试验平台,连续5年（2013年至2017年）系统地开展秸秆不同还田方式（直接还田、炭化还田）、不同生物炭施用量下土壤-作物-大气系统碳周转研究,为以生物炭为核心的固碳减排技术提供科学依据和支撑。具体研究内容及结果如下:1.秸秆不同还田方式对土壤理化性质的影响于每个玉米生长季播种前,将等生物量的玉米秸秆分别进行直接粉碎还田和炭化还田,还田量分别为7.5 t·hm-2和2.63 t·hm-2。五年的平均值显示,秸秆直接还田与生物炭还田均可以显著提高土壤p H值、孔隙度,显著降低土壤容重,且这两种秸秆还田方式之间无显著性差异。此外,这两种秸秆还田方式显著提高了土壤速效钾和全磷含量,对土壤速效氮、速效磷和全钾含量无显著影响;只有秸秆直接还田显著提高了土壤全氮含量,但是与生物炭还田相比无显著差异。2.秸秆不同还田方式对土壤温室气体排放及农田生态系统碳收支的影响秸秆直接还田与炭化还田均显著提高了土壤CO2排放量,但生物炭还田条件下的土壤CO2排放量显著低于秸秆直接还田。这两种方式均显著降低了土壤N2O排放量,且生物炭还田下的土壤N2O排放量显著低于秸秆直接还田。在本试验条件下,土壤对CH4表现出了净吸收作用,两种秸秆还田方式显著增加了土壤对CH4的吸收量,且秸秆直接还田处理的土壤CH4的吸收量显著高于炭化还田处理。此外,这两种秸秆还田方式均显著降低了N2O和CH4的增温潜势,且秸秆炭化还田显著低于秸秆直接还田。由于这两种秸秆还田方式对玉米五年内的总经济产量均未产生显著影响,因此,在秸秆炭化还田下的N2O和CH4的排放强度最低。秸秆直接还田和炭化还田均显著提升了该农田生态系统下的净碳固持量,且秸秆炭化还田下的净碳固持量最大。3.土壤活性有机碳组分对不同秸秆还田方式的响应秸秆直接还田和炭化还田均显著提高了土壤有机碳（SOC）含量及土壤可溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）、颗粒有机碳（POC）、轻组有机碳（LFOC）和微生物量碳（MBC）等活性有机碳组分含量,同时也提高了各活性有机碳组分占SOC的比值;秸秆炭化还田只在LFOC及LFOC/SOC上显著高于秸秆直接还田,对于其余的上述指标,秸秆直接还田则显著高于秸秆炭化还田。除DOC/SOC值以外,土壤CO2排放量与SOC、各土壤活性有机碳组分及其与SOC的比值呈显著正相关关系。在经历了连续5年的逐年还田后,秸秆直接还田和炭化还田均显著提高了土壤0-60 cm的碳储量,且二者之间无显著差异。4.不同施用量生物炭对土壤活性有机碳及碳库管理指数（CPMI）的影响试验开始前,生物炭一次性施用量分别为15.75 t·hm-2（BC1）,31.5 t·hm-2（BC2）和47.25 t·hm-2（BC3）。不同施炭量条件下,各施炭处理均显著地增加了SOC、EOC、MBC、POC及LFOC含量,这些指标中除MBC以外皆与生物炭施用量呈正比,只有DOC含量随着生物炭用量的增加而降低。生物炭的施用显著提高了土壤的CPMI,各施炭处理不但提高了SOC及EOC含量,同时也提高了非活性有机碳（NLC）含量,且NLC随着生物炭用量的增加而显著增加。这表明,生物炭的施入不但能够提高土壤有机质的含量和质量,同时还兼顾了土壤稳定态有机碳含量的提升,即生物炭既提高了土壤质量,又能在一定程度上增加土壤固碳。5、不同施用量生物炭对玉米连续种植五年后的土壤各级团聚体含量的影响不同,其中,BC2处理显著提高了>2 mm粒级团聚体含量,BC3处理显著提高了2-0.25 mm粒级团聚体含量,不同用量生物炭处理对0.25-0.053 mm粒级团聚体无显著影响,此外,各施炭处理显著降低了土壤自由颗粒的含量。生物炭的施用可以显著提高土壤团聚体稳定性,其中BC2处理团聚体稳定性最高。不同施用量生物炭对各级团聚体有机碳含量的影响不同,只有BC3处理下各级团聚体有机碳含量均有显著提高。2-0.25 mm粒级的团聚体有机碳相对贡献率最高,且随着生物炭用量的增加而增加,同时,<0.053 mm粒级土壤自由颗粒的有机碳相对贡献率随着生物炭施用量的增加而降低。