大气CO2浓度升高显著增加作物生物量，从而使进入土壤的有机碳增加，这势必会影响土壤碳的稳定和积累。不同粒级土壤具有不同的物理稳定性和对生物分解的抵抗能力，碳固定能力应有所不同。本工作主要通过高CO2浓度对作物生物量的直接影响，间接地以FACE与对照处理下的作物秸秆和根系分泌碳量为依据，模拟研究了FACE条件对土壤有机碳的含量变化、在颗粒中的分配及其稳定性，利用813C技术分析土壤原有有机碳对土壤呼吸贡献的差异。为揭示高CO2浓度条件下土壤碳收集机制提供依据。　　 利用FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台，主处理以田间大气CO2浓度为对照(Ambient，记为A)，比对照高200pmol mol-1的为FACE处理(记为F)，下设三个施氮水平为副处理(高氮水平记为HN，常规水平记为NN，低氮水平记为LN)。在对两年FACE田间试验(2001.6-2003.6)分析的基础上，加入作物秸秆，在田间培养一年(2003.6-2004.6)，再转移至温室继续培养一年(2004.6-2005.6)。另在FACE平台内以C4土壤种植水稻，13C同位素法研究田间碳循环。　　 两年田间试验结果表明，不同粒级土壤的C，N浓度和碳氮量变化不显著，土壤碳有增加的趋势，但短期对土壤碳氮的积累影响较小。F处理对不同粒级土壤分配比例无显著影响，F处理的土壤颗粒有团聚的趋势，LN水平下更为明显。　　 田间加入秸秆培养一年(无植物根系作用)，各粒径土壤的碳、氮浓度均有增加趋势，土壤碳有所增加，在高N水平下的影响更为明显。土壤粗砂粒级团聚体有瓦解趋势，相对于对照处理，FACE处理下的土壤细砂粒级团聚体(>53μm)瓦解程度较大，粘壤粒(<53μm)所占比例显著增加；说明短期高CO2浓度条件下增加的土壤有机碳物理稳定性较低，可能会加速对土壤原有有机质的分解。　　 在温室继续加入秸秆培养一年，土壤大团聚体加速瓦解。与对照的土样比较，FACE条件下的土壤这种瓦解速度趋缓，达到统计显著水平。FACE处理土样的土壤碳、氮量仍然高于对照的土样。　　 以加入葡萄糖模拟高CO2浓度条件下通过根系等途径增加的土壤碳输入，其结果有利于秸秆的分解和稳定团聚体的形成。LN水平下碳氮总量增加，在有秸秆继续加入处理(S1)和高浓度葡萄糖加入处理中碳量增加较多，氮量变化不大；但是高的N水平不利于有机质的增加。　　 高CO2浓度条件下土壤经Na2S2O8化学氧化和酸水解处理的碳损失减少，说明其有机质的化学稳定性有所增加；这可能与高CO2浓度条件下的向土壤输入的有机质量及化学组成有关，且受N水平的影响较大，这对长期土壤碳的积累和稳定有重要意义。　　 碳同位素的试验表明，在水稻生长季，高CO2浓度降低田间CO2的排放，促进水稻田CH4的排放，但均不显著；通过水稻根系活动增加对土壤中碳的贡献；促进土壤原有有机质的分解，在水稻生长的中后期分解更为明显，高N水平对老有机质的分解有促进作用。　　 综上主要结论是：大气CO2浓度升高加速稻田生态系统碳、氮周转，提高土壤有机碳含量，并有利于碳在土壤团聚体的固定和化学稳定性。