张旭东研究员主要从事农田生态系统碳氮循环的微生物过程和机制研究，创立了微生物残留物的理论和技术研究体系，推动了土壤有机质微生物转化和调控的研究，为土壤生物化学学科的发展做出重要贡献，为农田土壤有机质的管理和提升提供了关键的理论支撑。通过理论探索和应用研究相结合，张旭东把理论研究成果直接服务于辽宁农业的生产实践。针对东北黑土退化问题，率领攻关团队率先在辽宁和吉林开展保护性耕作技术模式研发及示范推广工作，创建了“梨树模式”，取得显著的经济和环境效益，产生巨大的社会影响力。