全球变化问题的突出,使集约化农业生产和粮食安全面临着巨大挑战,如何通过栽培管理措施,提高农田生态系统粮食产出,同时也为减缓全球CO2浓度升高做出贡献,是当前作物栽培学和生态学领域研究的热点问题。基于此,本研究于2012-2013年,选择仁寿、乐至和雅安雨城3个地区,以玉米-大豆带状套作为研究对象,并以传统套作、玉米单作、大豆单作和休闲地处理为对照,从作物碳截获、土壤碳排放及土壤有机碳变化等方面,研究了玉米-大豆带状套作系统碳平衡特点及其可能影响机制。并同时研究了玉米-大豆带状套作系统物质生产和土壤肥力维持能力及其与相应单作的差异。主要研究结果如下：1.与单作和传统套作相比,玉米-大豆带状套作能够提高作物的碳截获能力。与玉米单作相比,玉米-大豆带状套作对玉米净光合速率和碳积累动态无显著影响,但与大豆单作相比,会显著降低共生期大豆净光合速率和碳积累。带状套作系统生长季总的作物碳截获约为0.94 kg Cm-2,比传统套作高5.96%,比玉米单作高23.9%,比大豆单作高217.6%。带状套作归还到土壤的作物截获碳也显著高于单作和传统套作处理,秸秆不还田与还田情况下,分别比传统套作高13.6%和7.4%,比玉米单作高59.1%和26.9%。回归分析表明,套作碳截获能力的提高可能是由共生期作物叶面积指数增加和作物光合时间延长所引起。但逐步回归表明,共生期叶面积指数的贡献可能更大,逐步回归模型为：y=173.83+188.4x,R2=0.941。2与玉米单作相比,玉米-大豆带状套作共生期土壤呼吸速率显著降低(-11.8%)(P<0.05),但与传统套作无显著差异,生长季平均土壤呼吸速率约为268.4 mg m-2h-1。与玉米单作相比,玉米-大豆带状套作共生期土壤温度降低、土壤含水量增加、冠层底部光合有效辐射也降低,相关分析表明,套作系统作物空间配置变化所引起的共生期土壤温度下降、光截获能力增强及土壤含水量升高,可能是造成套作共生期土壤呼吸速率低于玉米单作的重要原因。另外,带状套作种植系统共生期土壤呼吸速率存在空间异质性,具体表现为玉米条带显著高于大豆条带和玉豆行间,土壤呼吸速率空间上的差异与作物根系生物量的空间差异存在极显著的正相关关系(y=327.51+1.531x,R2=0.827),表明,带状套作系统作物根系生物量的空间分布不均引起土壤呼吸速率在空间上存在异质性。3综合试验处理2年后3个试验点数据的平均值发现,玉米-大豆带状套作土壤有机碳(SOC)含量高于单作处理,分别比玉米单作和大豆单作高9.14%和5.76%,但与传统套作无差异。带状套作土壤理化性状指标与传统套作也不存在显著差异,但与单作相比,土壤容重(SBD)降低(-6.58%),土壤含水量(SMC)、土壤有机质(SOM)、土壤碱解氮(AN)、土壤速效磷(AP)和土壤速效钾(AK)的含量提高,分别提高10.26%、7.47%、14.79%、22.54%和12.47%,表明,套作模式在土壤肥力维持方面优于单作处理。SOC与AN、AP、SMC存在正相关关系,而与SBD存在负相关关系。但逐步回归分析发现,AP首先被引入到回归模型,AN随后也被引入到方程中,逐步回归关系式为；SOC=0.610+0.325AP+0.199AN(R2=0.857,P<0.001),且SOC与秸秆还田碳也存在显著的回归关系,表明套作系统土壤有机碳含量的提高可能是由土壤肥力维持能力增强和作物截获碳输入土壤增加共同引起。4套作系统作物生产碳投入与单作相比也相应增加,碳投入的增加主要是由于肥料的增加所引起。但与玉米单作和传统套作相比,带状套作的碳汇功能却显著提高,生长季总净初级生产(NEP)分别约提高41.6%和10.7%。且NEP与NPP存在极显著的回归关系,表明套作系统自然资源利用率的提高能够显著提高农田生态系统作物碳汇功能。5与单作相比,套作玉米产量和产量构成无显著变化(P>0.05),但会造成大豆产量和生物量一定程度的降低,分别约下降15.6%和37.8%。但带状套作系统总籽粒和干物质产出高于单作和传统套作,分别比玉米单作高17.8%和24.2%,比大豆单作分别高352.2%和211.7%,比传统套作高5%和5.97%,土地当量比(LER)约为1.83,显著高于传统套作(1.54)。回归分析表明,共生期叶面积指数、作物生长时间与系统总产量和生物量均存在显著的回归关系,产量(Yield)与共生期叶面积指数(LAI)和生长时间(TIME)的二元回归方程为Yield=3026.186 LAI-5.04 TIME-2488.558;生物量(Biomass)与二者的二元回归方程为Yield=6010.756 LAI+1.836 TIME-3668.718。综合以上研究结果,与单作相比,玉米-大豆带状套作能够提高作物的碳截获和净初级生产(NEP),降低共生期土壤呼吸速率,提高土壤有机碳的含量。同时,还可以维持土壤肥力,提高农田生态系统物质生产能力。