农业生态系统中养分的循环利用在土壤养分保持中起着重要作用，是提高土壤肥力的有效措施。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站于2001年在长期定位试验农业管理系统开始，研究长期不同养分循环和再利用方式对土壤养分演替规律和土壤固碳效应的影响，从而为制定农业管理措施，培育土壤肥力，提高土壤固碳潜力提供理论依据。四种对照处理（CK、不施肥、不秸秆还田）、全化肥（NPK），以化肥+80%地上产量饲养猪（MNPK）和化肥+全秸秆压碎直接还田（SNPK）为研究对象，监测土壤有机质全氮和速效磷含量的动态变化以及土壤碳氮库的组成。结果表明，养分循环利用的实施显著提高了土壤有机质全氮和速效磷的含量。养分含量由高到低依次为MNPK>SNPK>NPK>CK。经过18年的不同施肥措施，MNPK处理的0～20cm土壤有机碳全氮和速效磷储量分别增加了9.21 t（c）·hm-2、1.01 t（n）·hm－2和144.87 t（P）·hm-2，而SNPK则分别增加了4.51 t（c）·hm-2、0.56 t（n）·hm－2和24.68 t（P）·hm-2，NPK的变化分别为0.64 t（c）·hm-2和0.16 t（n）·hm－2和29.00 t（P）·hm-2。碳氮库秸秆施肥的效果明显高于在秸秆还田。在本研究的施肥水平下，如果只施用化肥，只能维持土壤有机碳氮库的基本平衡，这对磷库的扩大有显著影响。在不同施肥方式对土壤有机碳组分的影响方面，MNPK和SNPK与NPK相比，显著增加了土壤中易氧化的有机碳（LOC）和惰性有机碳（ROC）的含量，也显著增加了活性有机碳在总有机碳中的比例，（LOC+DOC）/TOC的比例从NPK的9.2%分别增加到19.0%和16.3%。结果表明，基于化肥施用的养分循环不仅促进了稳定碳库的积累，而且扩大了土壤活性碳库，对提高土壤肥料的保存和供应能力起到了积极的作用。就各种施肥方法对土壤氮库成分的影响而言，与SNPK相比，MNPK显著增加了硝态氮和铵态氮的含量，提高了土壤供氮能力，而SNPK显著增加了氨基糖态氮的含量，表明秸秆直接还田比秸秆还田更有利于微生物将有效氮保持在过渡池中，不仅降低了活性氮向环境的输出风险，而且提高了土壤的氮素储存和供应能力。考虑到瘤胃在养分返回农田和秸秆直接返回农田方面的互补作用，建议在农业生产中以秸秆还田为基础，促进有机肥料替代某些化肥。