为明确川中丘陵区长期不同秸秆还田方式对石灰性紫色土耕层土壤孔隙及有机碳的影响，利用田间原位监测和计算机断层扫描技术，测定夏玉米-冬小麦轮作、秸秆不还田（RMW0），夏玉米-冬小麦轮作、秸秆50%粉碎还田（RMWshred）和夏玉米-冬小麦轮作、秸秆50%焚烧还田（RMWburn）处理耕层土壤有机碳浓度、储量及孔隙特征参数。结果表明：RMWshred和RMWburn均能显著增加耕层土壤总孔隙度、降低土壤容重，RMWburn耕层土壤大孔隙度是RMWshred的2.7倍。RMWshred和RMWburn较RMW0能有效改善土壤大孔隙集中分布现象，使层间大孔隙分布更均匀，3个处理孔隙数量均以当量孔径100～500μm孔隙为主，RMWshred和RMWburn优化了耕层土壤不同当量孔径孔隙数量比和体积比，且以RMWshred更优。RMWburn有利于增加耕层土壤>1 000μm孔径的孔隙数量，RMWshred耕层土壤>1 000μm孔径的孔隙平均直径趋小。RMWshred和RMWburn平均喉道截面积、平均喉道截面形状因子、平均孔隙形状因子均较RMW0低，长期秸秆还田使耕层土壤孔隙向有利于保水保肥的方向转变，且RMWshred保水保肥能力较RMWburn更优。秸秆连续还田15 a后，只有RMWshred耕层土壤有机碳浓度增幅显著。综合比较两种还田方式在改善川中丘陵区石灰性紫色土耕层土壤孔隙特征和固碳效果的差异表明，长期秸秆粉碎还田较焚烧还田更有利于改善耕层土壤孔隙特征，更能有效积累耕层土壤有机碳，更有利于川中丘陵区农业绿色发展。