La aplicación de fertilizantes minerales puede aumentar de manera efectiva los rendimientos de los cultivos. Sin embargo, este beneficio potencial puede disminuir si el uso de fertilizantes minerales conduce a una disminución sustancial del carbono orgánico del suelo (SOC) y un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero (GHG) en el suelo. Este estudio tuvo como objetivo determinar las combinaciones y tasas óptimas de fertilizantes para mejorar el SOC y el rendimiento del maíz, al tiempo que se reducen las emisiones de GHG en las tierras altas semiáridas de Kenia. Los datos se recopilaron de cinco tratamientos de fertilizantes diferentes (N50, N100, N150, N100+estiércol y N100+paja) en comparación con un control (N0) en un campo experimental a largo plazo, que se utilizó para ejecutar y validar el modelo DNDC antes de usarlo para predicciones a largo plazo. Los resultados mostraron que la combinación de fertilizante mineral y paja resultó en el mayor equilibrio de SOC, seguido por el de fertilizante y estiércol. Todos los tratamientos fertilizados tuvieron mayores rendimientos de grano de maíz en comparación con el tratamiento de bajo fertilizante (N50) y el control (N0). Los flujos diarios de CO fueron más altos en el tratamiento que combinaba fertilizante mineral y estiércol, mientras que no hubo diferencias significativas en los flujos de NO entre los tres tratamientos probados. Los hallazgos de este estudio indican que la aplicación juiciosa de fertilizante mineral, estiércol animal y paja tiene un gran potencial para mejorar el SOC y los rendimientos de maíz, al tiempo que se reducen las emisiones de GHG, proporcionando así estrategias prácticas de manejo agrícola en Kenia semiárida.