确保粮食安全是关系农业可持续发展的重大战略问题。东北黑土农田的粮食生产在全国粮食生产中占有重要地位。面对黑土资源在农业持续利用中出现的一系列问题，对黑土农田生产力及氮磷动态平衡的深入研究对于提高黑土区粮食产量和保证农业可持续发展具有重大意义。本研究利用设置在中国科学院海伦国家农田生态系统野外观测研究站的一组长期定位试验，结合澳大利亚农业生产研究组开发的农业生产系统模拟模型(APSIM)，系统分析现阶段农田黑土小麦-玉米-大豆轮作条件下的作物潜在产量和土壤碳、氮和磷的动态变化规律，根据模型的情景假设预测未来黑土农田可持续发展下的小麦、玉米和大豆的目标潜在产量，筛选优化的田间管理措施及氮磷肥施用量。　　 根据长期田间试验结果对现阶段农田黑土小麦-玉米-大豆轮作条件下的作物潜在产量和土壤碳、氮和磷的动态变化规律进行分析。结果表明东北黑土旱作农田生态系统小麦的潜在产量为3.20t/ha，玉米的潜在产量为6.53t/ha，大豆的潜在产量为2.45t/ha;尽管目前的施肥管理方式下，所有处理的土壤有机碳水平都没有提高到黑土开垦前的水平，但结合施用氮磷钾肥是保持目前土壤有机碳水平相对稳定所必需的，现阶段能够保持作物产量的施肥策略不能保证土壤肥力长期不退化。　　 因APSIM首次应用于东北黑土农田系统，论文首先对APSIM在东北黑土农田的应用进行了参数校正与模拟验证。经过验证，APSIM对黑土农田小麦-玉米-大豆轮作体系下作物的生物量和产量的模拟值与实测值之间的相关系数r分别为0.93和0.88，作物籽粒和地上部生物量的吸氮量、吸磷量的模拟值与实测值之间的相关系数、 r均在0.78以上；模拟土壤有机碳与实测土壤有机碳的相关系数r为0.74，土壤全氮的模拟值与实测值的相关点分布在1:1线附近的两侧，黑土全磷和有效磷的模拟值与实测值的相关系数r均达到0.91。根据模型验证原理，证明APSIM可以应用于中国东北黑土农田的农作物生产，模拟作物生长状况及土壤养分的动态变化。　　 利用APSIM，根据不同比例氮磷配施和秸秆还田模型的情景假设的模拟结果，得出黑土农田的生产潜力还有待于发掘，在采取既能满足作物养分需求并保持地力可持续发展的施肥、灌溉、秸秆还田的管理措施后，可达到黑土农田小麦、玉米和大豆的目标潜在产量，分别为7.1t/ha、10t/ha和3.8t/ha。通过灌溉条件下不同比例秸秆还田与氮磷配施下作物产量和土壤碳、氮和磷的平衡的模拟结果，确定了黑土农田小麦-玉米-大豆轮作体系最佳的农田管理方式为小麦季充分灌溉，玉米和大豆季依据年景适当灌溉，所有作物秸秆全部还田并且配施氮磷肥，小麦的适宜氮肥施用量为150kgN/ha，磷肥施用量为20kgP/ha，玉米的适宜氮肥施用量为120kgN/ha，施磷量为30kgP/ha，大豆的适宜氮肥施用量为10kgN/ha，磷肥施用量为15kgP/ha。　　 鉴于目前黑土区农业生产中施肥等管理方式上存在的问题，为使黑土区农业可持续发展，未来应在长期田间试验的基础上，结合农业系统模型宏观上在区域上进行更广泛的研究，为东北黑土区农业生产及国家对粮食生产的决策上提供建议与指导；微观上完善并加强模型对氮磷循环的具体步骤的模拟，更好的为农田管理措施及环境效应作出预测。