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【目的】研究免耕条件下秸秆还田对旱地冬小麦-夏玉米轮作系统土壤呼吸及土壤水热状况的影响。【方法】2011年10月至2014年9月,在陕西杨凌设置秸秆全量还田+施肥(S1F1)、秸秆全量还田+不施肥(S1F0)、秸秆半量还田+施肥(S1/2F1)、秸秆半量还田+不施肥(S1/2F0)、秸秆不还田+施肥(S0F1)、秸秆不还田+不施肥(S0F0)6种不同耕作处理的3年定位试验,测定并分析不同耕作处理下土壤呼吸、土壤水热状况、作物产量、土壤耕作层有机碳含量的差异。【结果】在冬小麦生育期内,各处理土壤呼吸速率均呈先下降后升高再下降的趋势;在夏玉米生育期内,各处理土壤呼吸速率均表现为先升高后下降的趋势。同一生育期内各处理土壤呼吸平均速率及呼吸总量依次为S1F1>S1/2F1>S1/2F0>S0F1>S1F0>CK,同种作物不同生育期之间,各处理土壤生育期呼吸总量有逐年降低的趋势。整个研究周期内,土壤温度的变化趋势与每月平均气温的变化趋势相似,不同处理在同一生育期内的土壤温度变化趋势相近,且各处理生育期土壤平均温度均随土壤深度的增加而降低;不同秸秆还田处理冬季土壤温度均高于对照,但生育期土壤平均温度均低于对照。土壤含水量随土壤深度的增加而降低,但受降雨影响,不同轮作周期之间的土壤含水量波动较大,各处理同一生育期的土壤平均含水量均表现为S1F0>S1F1>S1/2F0>S1/2F1>CK>S0F1,且不同秸秆还田处理的土壤含水量与对照间的差异均显著(P<0.05);土壤温度能够解释土壤呼吸速率变化的32.5%—60.4%,土壤含水量能够解释土壤呼吸速率变化的38.4%—82.5%,不同土层深度间,5 cm土层的温度与土壤呼吸的拟合度性最高,而10—20 cm土层的含水量与土壤呼吸的拟合度最高。相同年份内,不同处理冬小麦和夏玉米产量均表现为S1F1>S1F0>S1/2F1>S0F1>S1/2F0>CK,这个研究周期内,冬小麦产量逐年增加,夏玉米在前两季表现为增产,但受极端炎热天气的影响,第三季的产量明显降低。单季作物收获后,各处理同一土层深度的有机碳含量均表现为S1F1>S1/2F1>S1F0>S1/2F0>S0F1>CK。且不同秸秆还田处理的土壤有机碳含量逐年升高。【结论】长期免耕秸秆还田能够有效降低农田土壤碳排放、提高农田土壤水分利用率及冬季土壤温度、提高作物产量及土壤有机碳含量。不同秸秆还田处理间以S1F0处理的效果最优。