受人口、耕地、水资源等条件的限制，粮食的高产仍然非常重要。为我国粮食生产做出重要贡献的高产粮区由于大量氮肥的施用而引发了许多环境问题，如温室气体N₂O浓度增加；同时由于有机碳的大量分解而导致大气中CO₂的浓度也大大增加。本研究以江北第一吨粮县——山东省桓台县为例，采用调查、田间试验与生物地球化学模型模拟相结合的方法对该地区农业生态系统土壤温室气体排放、土壤碳氮平衡进行了初步研究，研究结果表明： 1．华北高产粮区粮田土壤CO₂与N₂O的排放均表现出明显的季节变化规律，夏季排放量最高，冬季排放量最低。其中土壤CO₂于7月下旬达到排放的最大值，最高排放量为33.86g·m^-2·d^-1，土壤CO₂排放与气温及各层地温之间的曲线拟合以指数曲线为最好，但与土壤含水量之间不存在显著的相关关系；土壤N₂O排放于6月底达到最大值，最高排放量为351.31μg·m^-2·h^-1，土壤N₂O的排放主要受土壤水分状况的影响，而与温度的相关性不很明显。由于受复杂的田间管理水平及内部小气候的影响，蔬菜保护地土壤CO₂与N₂O排放的季节变化规律均不如粮田土壤明显。 2．DNDC模型的模拟结果能够表征该地区粮田土壤CO₂与N₂O排放的季节变化特征，对该地区农田土壤中CO₂与N₂O排放的模拟比较准确，模拟结果与田间测定结果较一致。DNDC模型区域模拟研究表明，桓台县2001年农业土壤总有机碳储量为1.4×10⁹kg，单位耕地面积土壤有机碳储量为45115kg·hm^-2。在目前的农田管理措施下土壤碳氮均处于正平衡，但从可持续发展的角度来看，该地区在以后的农业生产中应适当增加有机肥的投入和秸秆还田的比例，减少氮肥的施用量。