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华北平原是我国主要粮食产区之一，掌握该地区碳循环过程规律与控制机理对全面评估其碳排放具有重要意义。本文从田间实验出发，详细观测了华北典型冬小麦-夏玉米轮作农田碳平衡分量，并分析了碳平衡分量的控制因素。将详细的碳平衡观测资料用于率定和验证已有的碳循环模型DNDC，进一步采用DNDC模拟了1984~2007年典型农田碳通量的变化过程，并探讨了碳通量和碳平衡对农田管理方式的敏感性。土壤呼吸是陆地生态系统与大气间的第二大碳交换通量。为掌握华北平原典型农田土壤呼吸的变化规律及其控制因素，本研究开展了土壤呼吸观测实验。通过“根排除法”区分观测了土壤呼吸的异养和自养组分。在日内尺度上，土壤异养呼吸与空气相对湿度有较好的线性相关性，土壤自养呼吸与光合作用强度有较好的相关性。在季节尺度上，土壤异养呼吸主要受土壤温度和含水率控制，土壤自养呼吸主要受土壤温度和光合作用速率控制。在冬小麦和夏玉米生长季内，土壤自养呼吸占总土壤呼吸的比例分别为36%和29%。在日内，土壤呼吸与土壤温度随时间变化的关系存在滞回现象。通过建立的地下气态CO2传输模型对该现象进行研究，发现土壤含水率和光合作用对该滞回现象具有控制作用。综合土壤呼吸观测和涡度相关系统的碳通量观测，得到该典型农田碳平衡各分量（总初级生产力GPP、生态系统总呼吸量ER以及ER的三个分量，即土壤异养呼吸、土壤自养呼吸和植物地上部分自养呼吸）的季节变化规律。进一步计算该农田的净初级生产力NPP、净生态系统生产力NEP和净生物圈生产力NBP。在2010~2011年间的冬小麦和夏玉米两季作物，其季总NPP分别为769.0和561.3gCm-2，NEP分别为417.6和269.1gC m-2，NBP分别为70.9和3.9gC m-2。2010~2011整个小麦-玉米全年轮作期，NBP为12.3gC m-2yr-1，由此可见，该典型农田对大气来说是较弱的碳汇。将上述详细的碳循环观测资料用于率定和验证现有的碳循环模型DNDC，验证结果表明DNDC模型能够较好地模拟NEE、GPP、NPP和粮食产量。在此基础上，采用DNDC模型模拟了1984~2007年期间农田碳通量的变化过程。最后采用DNDC模型研究了农田碳通量和碳平衡对耕作方式的敏感性，结果表明灌溉和施肥对碳通量有明显影响，而耕作深度对碳通量的影响有限。灌溉和施肥对农田的NBP影响有限，免耕可提高农田NBP，即促进农田固碳。