秸秆在农田生态系统养分循环与能量交换过程中具有重要作用,合理的秸秆还田不仅可有效避免环境污染和资源浪费,还利于培肥土壤,维持土地的可持续利用,促进农业的绿色发展。为探明不同秸秆还田量和还田方式对川中丘陵紫色土地力和土壤-植物体系氮去向的影响,本研究以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站为平台,在土壤要素长期观测样地,设置玉米-小麦-秸秆不还田（CK）、玉米-小麦-秸秆30%还田(RMW₃₀)、玉米-小麦-秸秆50%还田(RMW₅₀)、玉米-小麦-秸秆100%还田(RMW₁₀₀)、玉米-小麦-秸秆粉碎还田(RMW_cut)和玉米-小麦-秸秆焚烧还田(RMW_burn)6个处理,代表不同秸秆还田量和还田方式。通过研究秸秆还田量和还田方式对作物生产、土壤物理性质、养分特征和土壤动物食性结构的影响,以及氮去向的差异,以期评估对川中丘陵地区土壤结构和地力有利,且利于农业可持续生产和环境友好的秸秆还田模式,为优化区域秸秆还田提供科学依据。主要结果如下:1.合理的秸秆还田可提高作物生产力,过多秸秆还田会降低作物生产力。RMW₃₀处理小麦和玉米的产量最高分别为3854和6464 kg ha^-1,处理间无显著差异。而RMW₁₀₀较RMW₃₀处理的小麦产量少15.5%且低于CK处理。RMW₅₀处理小麦季生物量较高为12309 kg ha^-1,玉米季则RMW₁₀₀处理较高为14442 kg ha^-1。秸秆还田方式对生产力无显著影响,小麦季RMW_cut处理生物量和产量偏高,玉米季RMW_burn处理偏高。2.合理的秸秆还田利于改善土壤物理结构。从还田量来看,RMW₃₀和RMW₅₀处理土壤容重较CK显著降低0.22和0.17g cm^-3,饱和含水量提高2.76%和0.54%,RMW₁₀₀处理容重和饱和含水量与CK处理无显著差异,但饱和导水率达1.62mm min^-1,导水性能优越,RMW₃₀处理孔隙特征与CK处理无显著差异,RMW₅₀处理较CK处理25-100μm孔隙数量显著降低17.7%,但>500μm孔隙数量增加3倍,大小孔隙配比明显改善。RMW₁₀₀处理显著提高了孔隙均匀性和连通性。但其孔隙直径趋大,漏水漏肥的风险较大。不同秸秆还田方式对土壤容重、饱和含水率和饱和导水率无显著影响,但对孔隙组成影响较大。CK和RMW_burn处理>1000μm的孔隙体积比分别为86.8%和91.3%,RMW_cut处理为50%,孔隙直径趋小。RMW_cut较其他处理总孔隙度提高,大小孔隙配比合理,RMW_burn和CK处理孔隙结构无显著差异。3.秸秆还田量对土壤p H无显著影响,但耕层土壤养分含量随还田量增加呈上升趋势,RMW₁₀₀处理小麦季土壤有机质、碱解氮含量显著高于CK处理,分别达到14.7 g kg^-1和77.2mg kg^-1。玉米季除速效钾外,其他指标在处理间无显著差异。秸秆还田方式对p H和速效钾含量无显著影响,小麦季RMW_cut与RMW_burn处理有机质含量较CK处理高5.2g kg^-1和3.2 g kg^-1,RMW_cut显著高于CK处理。RMW_cut处理小麦季和玉米季碱解氮含量最高,分别达到76.3和80.5 mg kg^-1。4.该试验条件下杂食性土壤动物的数量和种类最多,其他食性土壤动物数量较少且种类单一。RMW₃₀处理杂食性土壤动物的数量可达38000只m^-2,显著高于RMW₅₀处理,植食性土壤动物CK处理可鉴定种类为4种,数量为2500只m^-2,其他处理仅1-2种且RMW₅₀处理深层缺失该食性。RMW₁₀₀处理腐食性和捕食性土壤动物数量可达5000只m^-2。不同秸秆还田方式下,植食性土壤动物的数量与种类CK处理最多。RMW_burn处理土壤动物总数量显著高于其他处理,种类无显著差异。RMW_cut处理腐食性土壤动物种类和数量增加,捕食性土壤动物在0-15 cm土层缺失而在15-30 cm土层聚集。5.不同秸秆还田量处理中,氮肥是农田氮输入的主要来源,占比70%,其次为秸秆,占比为20%,氮沉降约占5%-7%;种子氮仅占1%。小麦季RMW₃₀处理氮利用效率最高达53.1%,作物携出氮量占总输出量的80%～90%,各处理出现不同程度氮盈余,盈余量与秸秆还田量呈正相关。玉米季随秸秆还田量增加氮利用效率上升,土壤淋溶损失量占比较高,各处理淋溶量占其总输出量的30%左右,气态损失约占5%-7%。CK和RMW₅₀和RMW₁₀₀处理氮盈余量分别为-97.2、-76.9和15.4 kg ha^-1。不同还田方式下,CK、RMW_cut和RMW_burn的氮利用率无显著差异。小麦季不同还田方式的各处理均出现不同程度氮盈余,RMW_cut处理盈余量达45.2 kg ha^-1,其他处理盈余量为26 kg ha^-1左右。玉米季各处理则出现土壤氮亏损情况,其中CK处理亏损氮97.19 kg ha^-1。综上,小麦季秸秆还田量为30%和玉米季还田量为100%时,可使当季作物保持较高的生产力和氮利用效率,同时能有效改善土壤物理结构,提高土壤供肥能力,增加土壤动物总量和丰富度,更有利于农业的可持续发展;小麦季所有处理和玉米季秸秆100%还田的处理普遍出现氮盈余,在实际生产中可减少化肥氮用量。不同还田方式中,秸秆焚烧还田易破坏土壤结构,而粉碎还田有利于改善土壤结构,起到保水保肥效果,提高土壤地力实现作物增产,因此在川中丘陵区,小麦季和玉米季推荐秸秆还田量分别为30%和100%,推荐还田方式为粉碎还田。