本研究于2016年和2017年在山东农业大学农学实验站进行。试验基于14年长期保护性耕作试验，利用气相色谱仪、稳定性同位素质谱仪和相关实验分析技术，系统探讨了秸秆还田(S)与不还田(0)条件下传统翻耕(CT)、深松(SS)、旋耕（RT）、免耕(ZT)4种耕作方式对夏玉米田土壤碳排放、土壤理化性质、植株固碳以及作物产量的影响。主要研究结果如下:
　　1.土壤CO2排放
　　夏玉米田，土壤CO2排放随着生育期的波动而变化，表现为拔节和开花期大于其他时期。0-200cm深度范围内，土壤CO2排放随着土壤深度的增加而增加。传统翻耕加速了土壤有机碳矿化，不利于CO2的固定。与CT0相比，深松、旋耕和免耕能降低土壤CO2排放，以免耕处理最为显著。但2017年结果显示，免耕和旋耕土壤深层的CO2排放大于翻耕和深松。
　　2.土壤理化性质
　　试验范围内，免耕、旋耕、深松保水性大于传统翻耕，且显著增加了表土层(0-10cm)碳氮含量，但免耕和旋耕显著降低了10cm以下土层的碳氮含量。土壤浅层温度、湿度、微生物生物量碳、水溶性有机碳等能显著影响土壤CO2排放。其中，土壤表层温度和湿度均与土壤碳排放呈现极显著的指数相关关系。深松和秸秆还田能增加土壤碳氮含量和活性有机碳组分含量，降低土壤容重，增加土壤pH。免耕能保持土壤pH，减轻土壤酸化程度，但显著增加了土壤容重。
　　3.冠层CO2
　　夏玉米田，随着冠层高度的增加，土壤CO2排放占比逐渐降低，δ13C逐渐升高。植物光合作用具有歧化现象，优先固定12CO2。夏玉米灌浆期CO2主要向穗位运输，穗位附近的植株δ13C高于其他层次，冠层δ13C的变化范围是-3.828～-8.203‰。灌浆初期夏玉米田表现为碳汇，深松、翻耕处理的植株固碳能力高于旋耕和免耕，以深松效果最好。
　　4.夏玉米产量
　　与传统翻耕无秸秆还田相比，深松和秸秆还田能有效改善土壤理化性状，增强植株光合固碳能力，光合产物增多，最终增加夏玉米的穗粒数、千粒重和产量;旋耕，尤其是免耕处理虽然增强了土壤保水性，增加了表土层养分，但不利于根系下扎和光合固碳，降低了单穗粒数和千粒重，不利于玉米增产。
　　综上所述，不同耕作方式和秸秆还田条件下，土壤CO2排放、理化性质和植株光合固碳的能力不同，土壤呼吸对光合作用的补偿效应不同。但整体来看，深松和秸秆还田能增加土壤碳氮含量，降低土壤紧实度，深松处理土壤CO2排放仅次于翻耕，能有效补充冠层光合作用造成的CO2缺失，增加光合总量，并转化为植株生物量和产量，因此为最佳的保护性耕作措施。