本书主要介绍了优化耕作、轮耕组合和秸秆还田条件下土壤有机碳长期演变规律及固碳机制、温室气体排放特征及主要影响因子、小麦和玉米周年产量与碳足迹评价等方面的研究成果。 本书具有较强的系统性和实践性，能够为黄淮海区域通过耕作方式和轮耕组合提升土壤碳库水平、增强土壤“碳汇”能力、减缓温室气体排放、提高作物生产力水平等提供技术数据和理论支撑材料，也能够为农业资源与环境领域的科研人员、农业技术人员及管理人员提供参考，还可供高等学校环境科学与工程、生态工程、农业工程及相关专业师生参阅。

田慎重，博士，山东省农业科学院农业资源与环境研究所副研究员，长期从事农田生态与土壤健康、废弃物资源化利用、循环农业、保护性耕作与秸秆还田、土壤改良培肥等方面的研究工作。近年来，针对华北平原典型麦玉两熟区高强度利用农田耕层紧实化、薄层化、土壤有机碳固存效率低等一系列土壤健康问题，建立了适用于麦玉两熟农田退化耕层的“合理耕层构建+有机碳稳定增持”双优化技术模式，该技术模式使小麦-玉米周年产量增产17.3%；系统揭示了麦玉两熟高强度利用农田高效轮耕与有机物还田培肥促进土壤有机碳增持的物理、化学、生物学调控机制，阐明了土壤团聚体碳库特征、有机碳化学稳定机制差异、关键酶、有机碳各活性组分、主要理化性质、微生物多样性差异等与有机碳增持的关系，系统阐明了麦玉两熟高强度利用农田退化耕层碳库损耗机制、有机碳增持调控机制和高效固碳机制。相关研究成果相继发表在国内外期刊上，为黄淮海区域麦玉轮作区粮食高产稳产和耕地质量提升提供了技术和基础理论支撑。

第1章 概述 001 1.1耕地土壤有机碳库002 1.2耕地土壤温室气体排放003 1.3耕地土壤固碳减排对“双碳”目标的意义004 1.4优化管理措施对耕地土壤固碳减排的作用006 1.4.1差异化耕作006 1.4.2秸秆还田007 1.5国家相关政策008 参考文献009 第2章 优化耕作和秸秆还田下土壤有机碳库演变 012 2.1研究方案013 2.1.1试验地概况013 2.1.2试验设计013 2.1.3田间管理014 2.1.4样品采集015 2.1.5样品分析及方法015 2.2土壤有机碳周年演变规律016 2.3土壤有机碳储量及周年累积速率022 2.4土壤有机碳累积变化023 参考文献024 第3章 优化耕作和秸秆还田下土壤有机碳固持机制 025 3.1研究方案026 3.1.1土样采集026 3.1.2测试方法026 3.1.3样品分析026 3.2土壤有机碳累积的团聚体保护机制028 3.3土壤有机碳不同组分变化特征036 3.4优化耕作和秸秆还田的土壤碳库管理指数040 参考文献040 第4章 优化耕作和秸秆还田的农田温室气体排放及温室效应 042 4.1研究方案043 4.1.1温室气体样品采集043 4.1.2土壤样品采集043 4.1.3温室气体样品分析与估算方法043 4.1.4与CH4和N2O排放相关细菌的测定045 4.1.5其他土壤理化性质测定047 4.2温室气体总排放通量及全球增温潜能值048 4.3温室气体排放与土壤环境因子的关系049 4.3.1CH4吸收通量与土壤环境因子的回归分析049 4.3.2N2O排放通量与土壤环境因子的回归分析050 4.4温室气体排放与相关微生物菌群的关系051 4.4.1与CH4排放相关的优势菌群及回归分析051 4.4.2CH4吸收通量与产CH4菌和CH4氧化菌的回归分析051 4.4.3土壤环境因子与CH4排放相关微生物菌群的回归分析053 4.4.4与N2O排放相关的优势菌群056 4.4.5N2O排放通量与硝化细菌和反硝化细菌的回归分析058 4.4.6土壤环境因子与N2O排放相关微生物菌群的回归分析059 参考文献063 第5章 优化耕作和秸秆还田下农田土壤团聚体分布差异 064 5.1研究方案065 5.1.1试验地概况065 5.1.2试验设计065 5.1.3土样采集066 5.1.4试验方法066 5.1.5结果计算066 5.1.6数据分析067 5.2土壤水稳性团聚体分布的影响068 5.3农田土壤水稳性大团聚体的数量072 5.4不同耕层土壤中水稳性大团聚体的作用力分析072 5.5不同耕层土壤水稳性团聚体的平均重量直径和几何平均直径073 5.6有机碳含量及其与团聚体稳定性的多元回归分析074 参考文献076 第6章 轮耕对长期旋免耕农田土壤有机碳库的影响 078 6.1研究方案079 6.1.1试验地概况079 6.1.2试验设计079 6.1.3样品采集与分析080 6.1.4数据分析082 6.2结果与分析082 6.2.1长期旋免耕对土壤有机碳含量的影响082 6.2.2长期旋免耕土壤有机碳平均年变化量、相对年变化量及固碳量084 6.2.3优化轮耕下土壤耕层有机碳含量变化084 6.2.4优化耕作下土壤有机碳库储量变化087 参考文献088 第7章 轮耕和秸秆还田对华北平原农田土壤团聚体碳库的影响 089 7.1研究方案090 7.1.1土壤团聚体样品采集090 7.1.2土壤团聚体分级090 7.1.3计算方法090 7.1.4数据分析091 7.2结果与分析091 7.2.1轮耕和秸秆还田下团聚体分布变化091 7.2.2轮耕和秸秆还田下团聚体碳库变化093 7.2.3轮耕和秸秆还田对团聚体分布及关联碳库的作用力分析094 7.2.4土壤有机碳含量与团聚体平均重量直径（MWD）、团聚体碳库的相互关系096 参考文献096 第8章 轮耕和秸秆还田对土壤有机碳活性组分的影响 098 8.1研究方案099 8.1.1样品采集与分析099 8.1.2数据分析099 8.2结果与分析099 8.2.1土壤有机碳分布的变化099 8.2.2土壤颗粒有机碳变化100 8.2.3土壤易氧化有机碳变化101 8.2.4土壤微生物量碳变化102 8.2.5土壤可溶性有机碳变化103 8.2.6土壤有机碳中活性组分含量及其比例104 8.2.7轮耕和秸秆还田对不同土壤有机碳活性组分的作用力分析107 8.2.8土壤有机碳变化与各活性有机碳组分间的相关关系107 参考文献108 第9章 轮耕对土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响109 9.1研究方案110 9.1.1样品采集与分析110 9.1.2数据分析110 9.2结果与分析111 9.2.1轮耕对土壤耕层活性有机碳含量的影响111 9.2.2土壤活性有机碳占有机碳比例111 9.2.3轮耕后土壤碳库管理指数的变化115 参考文献117 第10章 轮耕和秸秆还田下作物产量的变化118 10.1试验方案119 10.1.1样品采集与分析119 10.1.2数据分析119 10.2优化耕作和秸秆还田下小麦、玉米产量演变规律119 10.3优化耕作和秸秆还田作物周年生产力123 参考文献126 第11章 轮耕和秸秆还田的温室气体排放和温室效应 128 11.1研究方案129 11.1.1温室气体样品采集129 11.1.2温室气体样品分析与估算129 11.2轮耕后土壤温室气体排放特征129 11.3轮耕后温室气体总排放量和全球增温潜能值133 参考文献134 第12章 优化耕作和秸秆还田的碳足迹分析 135 12.1研究方案136 12.1.1碳足迹的计算方法136 12.1.2数据分析138 12.2小麦季优化耕作和秸秆还田的碳足迹分析138 12.3玉米季优化耕作和秸秆还田的碳足迹分析139 12.4小麦玉米一年两熟体系下不同耕作措施的粮食碳成本140 参考文献141