大气CO2浓度升高直接或间接地影响农田生态系统碳循环和碳固定。本项目基于北京昌平豆麦轮作系统自由大气CO2浓度富集实验（free air CO2 concen- tration enrichment, FACE）研究平台，以根际生态学为理论基础，运用三维荧光光谱（Three-dimensional fluorescence spectroscopy）以及其它理化分析技术，结合CENTURY生物地球化学模型，研究大气CO2浓度升高情景下根际和非根际土壤溶解性有机质（dissolved organic matter，DOM）含量和结构的差异，阐明土壤DOM的产生机制及其对CO2浓度富集的响应模式；研究CO2浓度富集对土壤无机氮含量的影响，阐明农田生态系统碳氮交互作用；模拟分析不同CO2浓度梯度对豆麦轮作系统碳循环和碳储量的影响，阐明华北平原典型农田生态系统碳动态。　　通过FACE实验研究发现，短期内（CO2熏蒸一年）CO2浓度富集显著改变了农田土壤溶解性碳组成，但没有显著改变农田土壤溶解性碳含量。CO2富集能有效增加农田土壤溶解性有机质活性组分比例，但明显降低土壤惰性组分比例，总体上DOM的结构趋于活化，易于被土壤微生物利用。另外，CO2浓度富集、氮素输入短期内没有显著改变土壤无机氮含量，说明当前低剂量施氮即可维持CO2浓度升高情景下作物对氮的需求。未来20年内，CO2浓度升高将显著增加土壤活性和缓性碳储量，对惰性碳库影响不大。CO2浓度升高和氮素输入增加的碳量不足以弥补因耕作过程导致的土壤碳库损失，常规耕作条件下黄淮海平原农田土壤碳库仍然趋于下降，是大气重要的碳源。