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土壤是个巨大的有机碳库,储存着高达1500 pg的有机碳,约占全球陆地总碳库的2/3-3/4,是大气碳库的3倍,陆地生物量的2.5倍。土壤碳库的微小变化可以导致大气CO2浓度的显著变化。有机碳主要受自然因素和人为因素的影响,在未来一定时期内,人类活动将是影响土壤碳循环的主要因素。人类对农田土壤进行的耕作、施肥、灌溉等管理措施,均会影响土壤有机碳库的变化,而耕作常常被认为是引起农田土壤有机质含量下降的主要原因。本研究以1989年设立的,位于西南大学的农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的长期免耕试验田为对象,研究冬水田平作(DP)、垄作免耕(LM)、垄作翻耕(LF)和水旱轮作(SH)四种耕作制度下紫色水稻土壤有机碳(SOC)及活性有机碳组分(包括易氧化有机碳,ROC；微生物生物量碳,MBC；可溶性有机碳,DOC；颗粒态有机碳,POC；轻组有机碳,LFOC)含量,同时研究了水旱轮作处理下土壤有机碳及其活性组分含量的季节动态,探寻耕作方式对紫色水稻土壤有机碳含量及储量的影响及土壤有机碳及其活性组分的季节变化规律及影响因素,同时通过有机碳库分层比来表征和评价土壤质量。主要研究结果如下：1、耕作方式对土壤有机碳及组分的影响(1)翻耕处理中SOC含量随土壤深度的降低比较均匀,免耕方式下SOC含量则呈现出明显的表层富集现象。在0-60 cm的深度范围内,LM处理的SOC含量都显著高于其他处理,不同耕作方式之间SOC的差异在表层最大,随着土壤深度的增加,各处理之间的差异逐渐减小。在0-60 cm剖面中,SOC含量依次为：LM(17.6 g·kg-1)>DP(13.9 g·kg-1)>LF(12.5 g·kg-1)>SH(11.3 g·kg-1),SOC储量也依次为：LM (158.52 MgC-hm-2)> DP (106.74 Mg C·hm-2)> LF (Mg C·hm-2)> SH (MgC·hm-2), LM处理的SOC储量极显著高于其他四种处理。(2)土壤ROC含量总体上随土壤深度的增加而降低,在0-60 cm的深度范围内,土壤ROC平均含量为：DP(3.67 g·kg-1)>LF(3.49 g·kg-1)>LM(3.28 g·kg-1)>SH(2.69 g·kg-1),ROC分配比例为LF(25%)=DP(25%)>SH(22%)>LM(14%)。耕作方式对紫色水稻土ROC含量没有明显影响(p=0.830),但却显著降低了免耕处理下ROC分配比例(p<0.05)。(3)同一土层不同耕作方式间MBC的差异在表层最大,随着土壤深度的增加,各处理之间的差异逐渐减小。MBC含量在土壤剖面上具有明显的垂直递减趋势,翻耕农作下其含量降低的比较稳定,而免耕农作下则呈现为表层富集现象。在0-60 cm的深度范围内,MBC含量则依次为：LM(259 mg-kg-1)> SH(213 mg-kg-1) >LF (160 mg-kg-1)>DP (144 mg-kg-1)。与其它3种耕作方式相比,长期垄作免耕能够增加土壤MBC含量。(4)土壤DOC含量总体上随土壤深度的增加而降低,在0-60 cm的土壤深度内,各耕作处理DOC的平均含量为：LM (32.92 mg-kg-1)> DP (32.63 mg-kg-1) >SH (26.79 mg-kg-1)> LF (22.10 mg-kg-1)。单因素方差分析的结果表明,四种耕作方式下土壤DOC含量无显著差异(p>0.05)。(5)物理密度分组通常将土壤分为自由轻组(Free Light Fraction, F-LF)、闭合轻组(Occluded Light Fraction, O-LF)和重组(Heavy Fraction, HF)。在土壤总有机碳中,重组有机碳占明显优势,约占土壤总有机碳的69.56%-95.66%,其分配比例随土壤深度的增加而升高；自由轻组次之,约占土壤总有机碳的5.03%-26.43%,其分配比例随土壤深度的增加而降低；闭合组分中的有机碳最低,仅占土壤总有机碳的1.37-4.93%,其分配比例的垂直变化不明显。在0-60 cm土壤深度内,不同耕作方式下自由轻组有机碳的平均含量为LM(4.36 g·kg-1)>DP(2.11g·kg-1)>LF(1.74 g·kg-1)>SH(1.46 g·kg-1),相应的有机碳分配比例分别为17.1%、14.0%、12.2%和11.3%；闭合轻组有机碳的平均含量为LM(0.82 g·kg-1)>DP(0.51g·kg’)>LF(0.36 g·kg-1)>SH(0.34 g·kg-1),相应的有机碳分配比例分别为3.36%、3.45%、2.71%和3.00%。(6)在0-60 cm土壤深度内,总体上POC含量随土壤深度增加而逐渐降低,耕作方式的差异主要对表层土壤的POC分布产生显著影响。颗粒态土壤质量分数所占比例范围为30.38%-45.65%,通过方差分析,不同耕作方式中LM与其他耕作方式均达到显著差异(p<0.05)。在0-60 cm土层中,不同耕作方式POC含量从大到小依次为：LM(48.56 g·kg-1)>LF(35.84 g·kg-1)>DP(32.61 g·kg-1)>SH(25.77g.kg-1)。(7)以有机碳分层比(CSR)等于2作为土壤质量退化或改善的界限,传统耕作DP和SH处理均导致土壤质量发生退化(CSR值分别为1.54和1.92),而长期的免耕和起垄则有效的改善了土壤质量(LM和LF处理的CSR值分别为2.65和2.14)。2、土壤SOC及活性组分含量的季节动态变化(1) SOC、ROC、MBC和POC含量具有相似的季节变化特征,表现为在油菜生长初期及末期高于生长中期,且四者的含量均在生长末期达到最高,分别为16.20 g-kg-1、3.58g-kg-1、309.70 mg-kg-1及6.11 g·kg-1。DOC含量的季节变化模态为单峰型,在植物生长中期达到最高值37.64 mg-kg-1。LFOC含量的季节变化则表现在在油菜生长中期显著高于生长初期(p<0.05),于油菜生长中期达到整个生长季的最高值3.72 g-kg-1。ROC、MBC、DOC、LFOC及POC的分配比例均与其组分含量呈现相同的季节变化动态。(2)SOC及ROC含量主要取决于地下5 cm处温度、土壤全氮含量及pH值,MBC含量的主要影响因子为地下5 cm处温度、根系生物量及根系C、N含量,DOC含量主要受土壤水分含量的限制；POC含量主要受土壤全氮含量及pH值的影响；根系生物量及根系C、N含量则是影响土壤LFOC含量主要因子。