华北平原高产农区的主导栽培模式是冬小麦-玉米长期轮作，一年两熟，每年产出大量的秸秆，作物残体是农田土壤有机碳的重要来源，因此秸秆还田是农田管理的一项重要措施。秸秆还田不仅可以增加土壤有机质的含量，提高土壤的质量和恢复力，并且可以减缓大气中温室气体浓度的增加，研究秸秆还田具有重要的生产和环境意义。田间试验共设6个处理，分别是N1+W、N2+W、 N3+W、N2+W+M和N1+W+0，包括三个施氮水平：N1(200 kg N ha<-1>)、N2(400 kg N ha<-1>)和N3(600 kg N ha<-1>)；三个秸秆还田处理：不还田、小麦秸秆还田(W)和双还田(W+M)：和一个有机肥处理(O)。本文研究了秸秆还田和施氮对土壤呼吸的影响，土壤呼吸采用碱液吸收法测定，结果表明，土壤呼吸的年通量在5650 kg C ha<-1> yr<-1>-7060 kg C ha<-1>yr<-1>之间，其中N1+W+O处理呼吸通量最高。秸秆还田能够显著增加土壤呼吸的年通量，随着施氮量的增加土壤呼吸的年通量也增加，当施氮量相差400 kg N ha<-1>时，土壤呼吸的差异显著，当施氮量相差200 kg N ha<-1>时，土壤呼吸无显著差异。本文尝试将稳定性同位素技术应用于C3和C4作物轮作系统中，揭示在土壤剖面不同深度小麦残体和玉米残体对SOC的各自贡献。土壤剖面中有机碳的δ<13>C值采用Thermal Finnigan MAT DELTA XP同位素比例质谱仪分析。结果发现，稳定性同位素<13>C在土壤剖面中的分布比较有规律，δ<13>C值自表层随着深度的增加而增加，直至60cm深度，60cm深度以下，6<13>C值随着深度的增加而减小。在农田土壤0-20 cm土层，小麦秸秆还田措施对SOC的贡献较大，20-60cm土层，玉米根系对SOC的贡献超过小麦根系，60-100cm土层，小麦根系贡献大些。本文将碳截留放在土壤系统、农田系统和农户系统三个层次上进行分析比较，得到了重要的启示。首先，秸秆还田是必要的，否则，土壤有机碳将出现严重亏缺。而将全部秸秆还田也不是最佳的碳截留模式；其次，秸秆焚烧与否是决定农业成为碳源还是碳汇的关键，因此，科学的秸秆管理对增加碳截留十分重要；再次，就N1、N2和N3三个施氮水平来看，随着施氮量的增加而碳截留减少。最后，本文建立了一个可以模拟农田SOC潜力的模型——Logistic模型，该模型是土壤碳饱和概念的第一个数学模型，它不仅可以预测不同秸秆还田水平下的SOC潜力，而且揭示随着秸秆还田量的增加，碳截留的边际报酬递减。根据模型，尽管桓台县SOC的最大含量可达12.4 g kg<-1>，但是每年需要的秸秆还田量高达7970 kg C ha<-1>，在剩余秸秆得以充分利用的条件下，却不及小麦秸秆还田更能发挥碳截留的功能，SOC维持在10.07 g kg<-1>，每年可从田间移走3600 kg C ha<-1>的秸秆。综合以上研究结果，本文提出了适合当地的推荐管理措施：在秸秆可以充分利用的条件下，推荐当地的管理措施是N1+W，如果秸秆焚烧暂时难以制止，可推荐N2+W+M。