CO2和N2O两种主要的温室气体，是全球变暖和平流层臭氧损耗的主要影响因素。土壤厌氧呼吸与土壤N2O排放是土壤与大气气体交换的重要途径。土壤厌氧呼吸和N2O排放受到施肥和降水以及土壤水氮动态的强烈影响。土壤厌氧呼吸以及N2O排放对施肥以及土壤水氮动态的响应研究对于准确的估计CO2和N2O的排放，制定合理的减排措施具有重要意义。　　 本文以水氮动态以及CO2与N2O土壤排放通量的室内培养试验和田间试验为基础，以数学模型的定量研究为主要手段，结合土壤碳氮过程的土壤生物化学机理过程，对土壤厌氧呼吸、土壤硝化反硝化过程与土壤N2O排放对施肥和土壤水氮动态的响应，APSIM和DAYCENT反硝化过程模拟机制、时间步长与土层厚度等对土壤厌氧呼吸和N2O排放模拟的影响进行了分析和研究。主要的研究结论如下：　　 1．室内土壤培养实验对APSIM和DAYCENT反硝化过程的检验。DAYCENT模型反硝化过程基于HIP理论模型(Hole in the Pipe)。研究中将这一理论应用于APSIM。在培养实验的两个星期内对土壤进行了三次灌溉。研究发现，APSIM原始的反硝化过程显著的低估了土壤反硝化速率，DAYCENT方法比较准确的模拟了N2O排放量；然而，在模拟土壤厌氧呼吸时，APSIM的模拟效果要比DAYCENT好；通过对APSIM反硝化过程温度和水分的修正，显著的提高了APSIM对反硝化过程的模拟。应用多层模拟方式可更好模拟土壤表层水分含量较低时的N2O排放，基于此，将DAYCENT反硝化过程机理引入APSIM，并应用APSIM对土壤厌氧呼吸模拟替代DAYCENT反硝化过程中对土壤厌氧呼吸的模拟，应用多层的模拟方式，以小时为时间步长是APSIM与DAYCENT结合模拟N2O排放最好的方案。　　 2．在Ginninderra农田试验站休闲期对两个肥料处理(200kgNha-1yr-1和0kgNha-1yr-1)土壤剖面水氮动态和CO2与N2O排放的进行了观测。施肥对土壤剖面铵态氮的影响比硝态氮小，而且不同土壤层次铵态氮浓度会围绕一个相对固定的浓度波动变化，该值随土壤深度增加而减小。降水和施肥处理明显会促进秸秆和土壤有机质的降解，降水后的土壤水分变化会显著的影响土壤CO2的排放。CO2排放在不同肥料处理和试验期间两次降水的差异说明，无机氮会促进土壤厌氧呼吸，而且我们的研究表明，铵态氮对于土壤厌氧呼吸有明显的促进作用，而硝态氮对土壤厌氧呼吸的促进作用很微弱。施肥和降水会明显增加土壤N2O的排放量。土壤对N2O的吸收作用发生在土壤表层相对干旱和土壤硝态氮浓度较低的情况下。　　 3．应用休闲期农田试验站两个肥料处理的土壤水氮动态以及CO2和N2O排放观测资料对APSIM土壤水氮过程、CO2排放以及五种DAYCENT与APSIM反硝化过程所产生的N2O模拟机制进行了对比分析。研究发现，APSIM可以较好的模拟土壤剖面的水分动态，但是对于土壤层次间水分的频繁交换模拟能力不足。由于缺少铵态氮土壤吸附过程，APSIM铵态氮的硝化速率被高估；通过引入铵态氮土壤吸附参数，APSIM对施肥处理土壤剖面的铵态氮和硝碳氮的模拟明显提高，在无肥处理的模拟中，较好地模拟了土壤硝态氮的变化趋势，但由于在铵态氮浓度波动变化的模拟的不足，低估了土壤剖面硝态氮波动幅度。APSIM较好的模拟了试验期间的土壤厌氧呼吸，DAYCENT反硝化过程中对土壤厌氧呼吸的估算不能较好的模拟出土壤厌氧呼吸的变化。在CO2和N2O排放的模拟中分别采用了采用20cm和100cm两个土壤模拟深度，以及单层与多层模拟方式。APSIM20cm单层与多层以及100cm多层的模拟均较好的吻合土壤厌氧呼吸的观测值，20cm单层模拟与观测值最接近，但采用20cm和100cm多层模拟对CO2排放不确定性可能更为有利。20cm的土壤厚度对于模拟土壤N2O排放比较合理；在不明确N2O土壤吸收机理的前提下，应用多层模拟方式对于高硝态浓度干旱期的模拟较好，而单层模拟方式对于低浓度时干旱期的模拟更为合理。