温室气体过量排放导致的温室效应是工业革命以来全球增温的主要原因。氧化亚氮（N₂O）气体是三种主要温室气体之一,是氮循环过程唯一长寿命痕量气体并有极强的百年增温潜势。相比于自然状态下的土壤,农田生态系统由于大量农业活动的管理,N₂O排放速率是陆地生态系统中最高的,因此受到研究人员的广泛关注。然而,因N₂O复杂的排放机理和模型研究方法等因素的限制,目前全球农田N₂O排放的模型估算仍然存在较大的不确定性。因此,开发和利用基于过程的模型更准确的揭示全球农田N₂O的产生与排放及时空变化趋势,是理解气候变化和农业活动对温室效应影响进而有效降低全球N₂O排放清单的不确定性的必然要求。本研究基于TRIPLEX-GHG模型,将主要农田管理活动,包括施肥（化肥和有机肥）、灌溉和耕作等过程与之对应模块（如生物地球化学模块、陆表过程模块与硝化与反硝化模块等）耦合,使其具有模拟在不同程度和频率的农业管理下农田N₂O排放的能力并量化了全球农田N₂O排放情况和驱动因素。主要研究结论如下:（1）通过构建全球不同作物和管理活动主导下农田生态系统N₂O排放通量数据库,对模型进行及敏感性分析发现,反硝化过程NO₃^-消耗速率常数(COE_{d NO3})是模型影响N₂O排放量最敏感的参数;（2）对模型进行的参数校准和验证分析发现:模型使用39个农田站点的观测通量数据对COE_{d NO3}进行校准,模型校准结果（一致性系数（D-value）均值为0.71）说明了模型在日步长上模拟农田N₂O排放的有效性;校准后的COE_{d NO3}数值根据地理分布划分为6个大区,分别是北美地区、亚洲地区、欧洲地区、大洋洲地区、南美地区和非洲地区,并取平均值作为每个大区的COE_{d NO3}参数数值进行模型验证;69个实地观测中试验时间段内日平均N₂O排放量与模型预测值表现出较强的一致性（R²=0.87,p<0.001）。结果显示改进后的TRIPLEX-GHG模型可以较好地反应全球农田N₂O排放的情况。（3）利用改正后的模型模拟了历史时期全球旱地农田生态系统N₂O排放的时空变化格局,使用情景模拟的方法进一步揭示了主要农业管理活动（化肥和有机肥施用）和自然条件（N沉降等）对N₂O排放量的影响。结果表明:模型估算的全球农田N₂O年排放总量表现出整体上升趋势,其中21世纪以来农田N₂O排放年均值为3.06±0.18Tg N yr^-1。在N₂O排放的空间分布上,主要农田N₂O排放热点地区依次是欧洲、北美洲和中国印度地区。农田N₂O排放的最重要驱动因素是化肥和有机肥的输入,分别贡献了历史时期排放总增加量的49.28%和21.85%。本研究的模拟结果基本符合当前大多数模型的估算范围,尤其与过程模型集成模拟结果基本一致（4）模型模拟值与观测结果误差出现的主要原因是模型对农业活动与土壤p H、质地相互作用描述的缺乏;全球模拟结果的不确定性则主要源于以欧洲地区为代表较高的排放值,模型对化肥N具体输入类型和有机肥的细致描述导致了这一现象。本研究证明改进后的TRIPLEX-GHG能比较准确的在全球尺度模拟农田N₂O排放的时空变化,在未来通过添加稻田、牧场等生态系统过程的模拟以进一步提升模型精度,可以帮助我们更好的模拟全球农田N2O排放,为实现农业减排和可持续发展提供相对完善的数据与理论依据。