土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)是农田土壤肥力的核心,同时也是陆地生态系统中最大的有机碳库。土壤固碳效率(单位外源碳输入到土壤中经一定时间后转化成土壤有机碳的量)是土壤有机碳动态变化的反映指标之一,而我国土壤固碳效率的时空差异特征及不同影响因素(人为因素、土壤属性和气候因素)对其影响程度,仍是我国土壤有机碳循环研究中尚未解决的问题。针对以上科学问题,本研究通过从中国知网、万方、Science Direct和Springer link这4个文献数据库,设定检索的时间“2000年~2014年”及“中国土壤有机碳”和“<53μm团聚体分组”这3组关键词,筛选出已发表的111篇目标文献,收集901组土壤有机碳和矿物结合态有机碳含量与比例的相关数据集;并以我国25个长期定位施肥试验为基础,依据外源有机碳累积输入梯度,建立相应的数据库,以数据的整合分析(Meta-analysis)为手段,研究了不同影响因素(气候、土壤属性和管理措施)下土壤有机碳变化和土壤总有机碳及不同颗粒有机碳固定效率的特征及影响因素。该研究不仅能丰富土壤有机碳动态循环的理论基础知识,对提高我国土壤肥力、增加粮食产量及增汇控温都具有重要的实际意义。论文研究的主要进展如下:1、农田和草地中,土壤矿物结合态有机碳还未达到饱和,仍有一定的提升空间,土壤细颗粒(<53μm)仍具有一定的固碳潜力。研究表明,不同利用方式下土壤总有机碳和矿物结合态有机碳含量的中值均存在显著差异(P<0.05)。其中,林地土壤总有机碳含量的中值为18.2 g/kg,显著高于草地(12.0 g/kg)和农田(10.3 g/kg);且林地矿物结合态有机碳含量(12.0 g/kg)也显著高于农田和草地(8.0 g/kg~7.6 g/kg)。三种利用方式下土壤矿物结合态有机碳与总有机碳之间均呈现极显著的正相关关系(P<0.001),农田土壤矿物结合态有机碳所占比例的中值为74.8%,显著高于林地(70.3%)和草地(67.8%)。农田中不同土壤类型的矿物结合态有机碳占总有机碳的比例也存在显著差异,其中,黑土中矿物结合态有机碳的比例最高,中值为87.4%,其次是水稻土(76.7%)和红壤(74.0%),而灰漠土最低(62.5%)。农田、草地和林地中土壤矿物结合态有机碳含量与土壤细颗粒(<53μm)含量均呈极显著的正相关关系,与Six等(2002)的估算结果相比,我国农田、草地和林地下土壤饱和程度分别为68.4%、58.7%和91.5%。2、有机肥的施用(增施或配施),尤其在一年一熟及有机碳水平较低的砂土上,对于农田土壤有机碳积累及肥力维持与提升均具有重要意义。研究表明,与不施肥相比,施用(增施或配施)有机肥对土壤总有机碳及矿物结合态组分的提高幅度(58.4%和41.9%)是化肥(13.4%和8.0%)的3.4倍和5.2倍。不同种植制度、利用类型和土壤质地条件下,施用化肥和有机肥对土壤总有机碳和矿物结合态组分的影响程度存在显著差异。一年一熟下,施用有机肥对土壤总有机碳的提高幅度显著高于一年两熟制,施用化肥对矿物结合态组分含量的提高幅度(10.7%)也显著高于一年两熟(7.3%)。不同利用类型下,施肥能显著提高旱地土壤总有机碳及矿物结合态组分,且提高的幅度均高于水田。不同土壤质地条件下,施用有机肥能使土壤总有机碳水平较低的砂土提高64.4%,显著高于土壤有机碳水平较高的壤土和黏土(48.7%和50.3%);施用化肥使矿物结合态组分含量较低的砂土提高15.6%,其提高的幅度均显著高于矿物结合态组分含量较高的壤土和黏土(7.8%和8.1%)。3、长期配施有机肥不仅是红壤有机质提升的重要措施,也是改善红壤结构的重要途径。研究表明,与不施肥相比,长期施肥均能显著增加土壤总有机碳及各级颗粒中的有机碳的储量,其中以施用有机肥的效果最明显。不同施肥处理各级颗粒中以粘粒的有机碳储量最高。施用秸秆还田和有机肥均能显著增加砂粒中有机碳的分配比例,而对粗粉粒和细粉粒无显著影响。分析结果还表明,土壤总有机碳及各级颗粒有机碳与外源有机碳的输入呈显著正线性相关关系(P<0.05),其中土壤总固碳效率为10.6%,而各级颗粒之间,粘粒和砂粒组分的固碳效率(4.3%和3.6%)相当于粗粉粒和细粉粒(1.7%和1.0%)的2倍以上。南方红壤各级颗粒中有机碳均没有出现饱和现象,有机碳主要在土壤粘粒和砂粒组分中富集,细颗粒中有机碳的富集会促进大粒径土壤颗粒的形成,而粘粒是土壤固碳效率最重要的矿物颗粒组成部分。4、长期施肥下土壤有机碳固定效率存在时空差异性,并受多种因素所驱动。研究表明,我国土壤有机碳固定效率的中位数及变化范围随着试验年限的进行而下降,它们之间呈现显著的负指数关系(P<0.05),其中,土壤有机碳固定效率的理论最大值约为44.6%。气候、土壤属性、管理措施及试验年限等因素对土壤有机碳固定效率解释率可以达到73.4%,其中,试验年限这一因素解释率为42.2%,超过其它因素解释率的和。土壤有机碳固定效率的变化率因气候区、土壤利用和土壤类型的差异而不同。通过逐步回归显示,积累温度是影响土壤有机碳固定效率变化速率的主要因素;连续施肥20年后,年均积温、年均氮肥输入量和土壤粉粒含量是影响土壤有机碳固定效率的关键因素;不同区域下,土壤C/N的变化量及土壤有效磷含量的变化量均与土壤固碳效率存在显著的相关关系(P<0.05)。