农作物秸秆作为农田土壤养分和有机物的重要来源，还田后可以有效提高土壤有机碳和养分含量，是改善农田土壤环境、发展可持续农业的重要途径。目前，许多科研工作者就秸秆还田做了大量工作并进行了详细报道。但关于东北地区现代化大农机作业条件下降低能耗的秸秆还田模式尚缺乏深入研究。鉴于此，本研究设置秸秆还田长度、还田量和秸秆埋深三个还田因素，通过其对土壤有机碳和速效养分指标的影响，利用近似理想解法构建土壤有机碳及速效养分综合指标，运用响应曲面法进行分析，筛选出最佳秸秆还田模式，旨在为低能耗机械化作业提供理论指导。本研究得出以下结论:　　2016年，土壤微生物量碳、活性有机碳、水溶性有机碳、速效磷和速效钾含量随时间的变化均呈现单峰曲线变化。土壤颗粒态有机碳、铵态氮和硝态氮含量随时间的变化均呈现双峰曲线变化。2017年，土壤微生物量碳、活性有机碳、速效磷和速效钾含量呈现单峰曲线变化。土壤水溶性有机碳、颗粒态有机碳、铵态氮和硝态氮含量随时间的变化皆呈现了双峰曲线变化。其中，秸秆还田两年内，土壤微生物量碳和活性有机碳含量最高值均出现在8月21日（取样日期，下同），水溶性有机碳、速效磷和速效钾含量最高值出现在7月21日，颗粒态有机碳、铵态氮和硝态氮含量最高值出现在10月21日。　　秸秆还田两年内，土壤微生物量碳、活性有机碳和速效钾含量在秸秆还田量为6800～8000kg/hm2、秸秆埋深为10～15cm深度的土层较高，尤其是土壤颗粒态有机碳含量在5～15cm土层显著高于15～25cm深度土层，随秸秆还田时间的变化均呈现出随还田深度的增加而降低、随秸秆还田量的增加而增加的变化趋势。土壤铵态氮含量和硝态氮含量整体呈现出随秸秆还田量的增加而增加的变化趋势。其中，秸秆还田量为6800～8000kg/hm2的处理组土壤铵态氮和硝态氮含量显著高于秸秆还田量为2800kg/hm2的处理组。土壤碳库管理指数则随着秸秆还田量的增加、秸秆埋深土层变浅而增加，当秸秆埋深为5～10cm土层、秸秆还田量为4800～8000kg/hm2范围内时土壤碳库管理指数较高。此外，土壤碳库活度指数、碳库指数和碳库管理指数均在秸秆埋深为5～15cm时的秸秆还田处理组中数值较高，均随着秸秆埋深深度的减少而增加。　　采用TOPSIS法得到的土壤有机碳及速效养分综合指标与土壤单一指标的相关性分析结果表明，依据TOPSIS法得到的Qi值与土壤87.5％的单一指标呈正相关、与37.5％的单一指标呈显著正相关。表明根据TOPSIS法得到的综合指标可用于分析秸秆还田三因素对土壤有机碳及速效养分的影响。运用响应曲面法研究秸秆还田因素对土壤有机碳及速效养分综合指标的影响结果表明，不同的秸秆还田因素对综合指标的影响效果有所不同。秸秆还田因素对综合指标的影响效应大小顺序分别为:秸秆埋深＞还田量＞还田长度。土壤有机碳及速效养分综合指标含量与秸秆还田量呈正相关，与秸秆还田埋深和秸秆长度呈负相关。当秸秆长度、还田量和埋深分别在9～15cm、4480～6700kg/hm2、9～14cm范围内时综合指标含量最高。