【目的】研究免耕保护性耕作下秸秆覆盖对蔗田土壤有机碳与CO2排放的影响，为旱地蔗田土壤有机碳库调控管理提供科学依据。【方法】2018—2019年以秸秆覆盖第2年宿根蔗田为研究对象，设粉垄免耕宿根蔗秸秆覆盖（SR1）、粉垄免耕宿根蔗无秸秆覆盖（SR2）、常规免耕宿根蔗秸秆覆盖（CT1）和常规免耕宿根蔗无秸秆覆盖（CT2）4种处理，在甘蔗分蘖期、伸长期和成熟期采集0~15和15~30 cm土层土壤样品，分析土壤总有机碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物量碳及CO2排放通量，并计算蔗田土壤碳库管理指数（CPMI）。【结果】秸秆覆盖提高了免耕蔗田土壤总有机碳含量，甘蔗收获后0~15和15~30 cm土层土壤总有机碳含量SR1处理较SR2处理分别提高33.60%和22.08%，CT1处理较CT2处理分别提高18.13%和42.22%。秸秆覆盖增加了免耕蔗田土壤易氧化有机碳含量，甘蔗收获后SR1处理0~15和15~30 cm土层土壤易氧化有机碳含量较SR2处理分别提高11.86%和37.78%，CT1处理较CT2处理分别提高54.84%和31.03%。秸秆覆盖提高了粉垄免耕蔗田土壤微生物量碳含量，甘蔗收获后SR1处理0~15和15~30 cm土层土壤微生物量碳含量较SR2处理分别提高83.21%和126.43%。秸秆覆盖改变了免耕蔗田CO2排放通量，SR1处理CO2排放峰值较SR2处理提高26.26%，CT1处理较CT2处理提高79.18%。粉垄免耕提高了蔗田CO2排放通量，粉垄免耕CO2排放峰值是常规免耕的1.66~2.35倍。秸秆覆盖提高了蔗田土壤碳库管理指数，0~15和15~30 cm土层碳库管理指数SR1处理较SR2处理分别提高16.99%和55.90%，CT1处理较CT2处理分别提高29.50%和28.53%；秸秆覆盖下，粉垄免耕0~15和15~30 cm土层碳库管理指数较常规免耕分别提高67.58%和102.54%。【结论】秸秆覆盖提高了粉垄免耕蔗田土壤总有机碳、易氧化有机碳和微生物量碳及碳库管理指数。该模式可作为旱地蔗田土壤有机碳库调控的一种重要手段。