Es importante examinar los efectos del cambio climático en las variaciones temporales del almacenamiento de carbono orgánico del suelo (COS), con el fin de optimizar las prácticas de manejo para una producción de granos sostenible. Utilizando el modelo de desnitificación-descomposición (DNDC) para simular procesos biogeoquímicos en agroecosistemas, se evaluó la variabilidad del COS en el sistema de cultivo de trigo australiano desde 1990 hasta 2060, bajo el escenario de cambio climático de la Ruta de Concentración Representativa 85 (RCP85). Analizamos los impactos de la temperatura y la precipitación en la variabilidad del COS y simulamos seis escenarios de manejo para el cultivo de trigo durante 71 años, que incluyeron el cultivo de trigo bajo una tasa de aplicación de fertilizante nitrogenado (fertilizante N) común (12 kg N/ha), una tasa adecuada de aplicación de fertilizante N (50 kg N/ha) y rotación de legumbres y trigo con tasas de aplicación de fertilizante N de 0, 12 y 50 kg N/ha. Los resultados indicaron que el modelo DNDC proporcionó una buena simulación de los procesos biogeoquímicos asociados con el crecimiento del trigo; el error cuadrático medio normalizado (ECMN) del rendimiento del trigo fue del 15.16%, y el ECMN del COS fue del 13.21%. El COS (0-30 cm) disminuyó de 3994.1 kg C/ha en 1990 a 2848.0 kg C/ha en 2060, una disminución promedio del 0.4% por año. La temperatura y la precipitación fueron los factores importantes que afectaron el almacenamiento de COS, con contribuciones del 13% y 12%, respectivamente. Además, agregar una fase de legumbres aumentó el COS y el rendimiento del trigo en el escenario de bajo fertilizante N. En contraste, agregar una fase de legumbres en el escenario de fertilizante N adecuado disminuyó el COS y el rendimiento del trigo.