保护性耕作对土壤质量以及土壤有机碳(SOC)活性和周转的影响受微生物活动和过程的控制,但其机理仍然不清楚。本研究基于华北平原保护性耕作长期定位试验,探讨耕作和秸秆管理措施对土体和团聚体各粒级组分中活性微生物生物量、非活性残体、群落组成、碳水化合物和SOC活性的影响及机理。长期定位试验位于中国科学院栾城农业生态系统试验站,种植制度为冬小麦—夏玉米两熟。试验开始于2001年,设置三个处理：翻耕+秸秆不还田(CK)、翻耕+秸秆粉碎还田(CT)和免耕+秸秆直立还田(NT),每个处理三个重复。2011年6月冬小麦收获后采集0-5 cm、5-10 cm和10-20 cm土层土样,测定土壤容重,并将0-5 cm土层的样品进行物理分组,获得粗颗粒有机质(>0.25 mm)、微团聚体(0.053-0.25 mm)和粘粉粒级组分(<0.053mm),分析土体和0-5 cm土层各粒级组分中的SOC与全氮浓度、磷脂脂肪酸、氨基糖和中性糖浓度和微生物群落组成,并用热分析技术测定了土壤有机质(SOM)的热稳定性。主要结果如下：长期保护性耕作导致土体SOC、微生物活性生物量、非活性残体和碳水化合物显著层化。以干土重为基础计算时,NT处理0-5 cm土层的微生物生物量和残体比CK处理分别提高了48%和53%,比CT处理分别提高了8%和47%。以SOC为基础计算时,NT处理的微生物生物量比传统翻耕降低了27%,微生物残体量则比CT提高了11%。基于微生物活性生物量和非活性残体周转速率的差异性,综合分析耕作措施对土壤微生物碳的影响机理,本研究明确了NT通过降低微生物残体碳的矿化速率提高SOC固持的机理。NT系统中六碳糖／五碳糖在土壤剖面的分布表现出明显的层化,说明与表层土壤相比,5-20cm土层中以来自微生物的土壤碳水化合物为主导。真菌源细胞壁占总残体库的52-61%,说明真菌对微生物来源的有机质的贡献高于细菌。CT向NT转变促进了表层(0-5 cm)土壤微生物向以真菌为主导的群落结构发展,但0-20 cm土层中微生物群落组成没有显著变化。真菌氨基糖/8菌氨基糖与SOC含量存在显著正相关。保护性耕作可能通过改变微生物生物量、提高微生物来源的有机质和真菌为主的微生物群落结构,最终提高了SOC的活性。本研究结合有机质物理分组的概念和分析手段,对不同粒级组分中微生物特征进行了分析,结果表明,微团聚体的SOC、微生物生物量、残体和碳水化合物浓度高于粘粉粒；微团聚体中以真菌来源的氨基糖为主,微团聚体是真菌分布的主要微域。另外,植物来源的碳水化合物相对集中在微团聚体中,而微生物来源的碳水化合物在粘粉粒中相对富集。CT向NT转变显著提高了0-5 cm土层所有粒级组分中SOC浓度以及微团聚体和粘粉粒组分中微生物生物量、残体和碳水化合物的浓度,促进了土壤有机碳、微生物生物量、残体和碳水化合物在微团聚体中的富集。与细菌相比,真菌源有机质更容易在NT系统中积累。利用热分析技术对长期保护性耕作下SOM稳定性的分析表明,NT处理并未改变SOM的类型,但降低了其热稳定性；粘粉粒中SOM的稳定性高于粗颗粒有机质和微团聚体。另外,热分析法和元素分析仪测定的SOM含量间存在显著的线性相关关系。综上,保护性耕作通过提高微生物量、改变种群结构,促进了SOC的活性和积累,并进一步改善了土壤质量,可以减少温室效应,促进土壤可持续利用。