我国红壤地区位于亚热带季风气候区，降雨丰沛，雨季旱季分明。同时，该区土地利用方式复杂，集约化程度高，农业生态系统面临着许多与水相关的生态环境问题，比如洪涝、干旱、面源污染和水土流失等。这些问题影响了水资源的合理利用，并威胁农业生态环境安全，制约着区域农业的可持续发展。为了更好的管理利用水资源，本论文以揭示我国南方红壤地区农田小流域的生态水文关键过程为目的，基于氢氧稳定同位素技术，分析2012年4月-2014年3月两个水文年份的降水、灌溉水、植物水、地下水、地表水和土壤水等“六水”相互转换的生态水文过程。本论文的研究目的:(1)探讨研究区大气降水氢氧同位素的季节变化规律及其主要影响因素;(2)解析不同尺度的水分来源（水稻植株和地下水）;(3)确定研究区暴雨时期和间歇期各水源对流域出口径流的贡献;(4)根据流域关键水文过程，分析流域尺度氦磷流失特征。研究结果如下:　　(1)该地区大气降水线方程为δD=8.49δ18O+16.7(n=110，R2=0.96)。与全球大气降水线方程(δD=8δ18O+10)相比，鹰潭地区大气降水线的斜率和截距均偏大，这与凝结物在未饱和大气中降落时重同位素的蒸发富集作用有关，同时反映了该地区湿润多雨，降水过程中受二次蒸发影响较小的气候特点。该地区降水中δD（-113.3‰～7.5‰）、δ18O(-14.9‰～-0.9‰)和氘盈余(1.3‰～23.7‰)变化幅度很大并呈现出明显的季节性差异，夏半年（4-9月）δD、δ18O与氘盈余均显著低于冬半年（10-3月）(p＜0.01)，反映出不同季节降水的水汽来源及蒸发条件的差异。对该地区降水同位素与降水量和温度相关性的分析表明，降水中δD与降水量(r2=0.36，P＜0.01)和温度(r2=0.30，P＜0.01)存在显著负相关关系，说明该地区降水氢氧同位素组成存在显著的降水量效应和反温度效应。　　(2)选取淹水和干湿交替两种不同水分管理模式的稻田，应用氢氧稳定同位素技术定量研究表层淹水和不同层次土壤水对水稻吸水的贡献，结果表明:早稻抽穗开花时期（6月16日），淹水水分管理方式下水稻主要利用0-5cm土层水，利用比例为78％，对表层淹水和其它各层土壤水利用比例很小，其中表层淹水的贡献仅为1.1％。干湿交替水分管理方式下水稻水分主要来源于0-15cm，贡献比例为94.3％，其它层次土壤水的贡献很小。晚稻抽穗开花期时期（9月9日），淹水水分管理方式下水稻主要利用0-5cm土层水，利用比例为84％，而表层淹水的贡献为0。干湿交替水分管理方式下水稻水分主要来源于0-15cm(98.4％)，0-5、5-10和10-15cm土层的贡献率分别为26％、6.4％和66％，15cm以下土层的贡献很小。与淹水水分管理方式相比，干湿交替水分管理方式下水稻耗水量降低，水分生产率显著提高，产量有所增加，是南方稻区较适宜的灌溉方式。　　(3)与降水中δD和δ18O相比，地下水δD(-45.3‰～-40.4‰)和δ18O(-7.29‰～-6.44‰)相对稳定。在δD-δ18O关系图中，地下水的各水样点主要分布在当地大气降水线的附近，说明地下水主要受大气降水补给。夏半年和冬半年降水的氘盈余值分别为10.8‰和17.1‰，而地下水氘盈余的平均值为11.9‰。通过氘盈余质量平衡模型计算得出，夏半年降水对地下水的贡献率为83％，而冬半年的贡献仅有17％，表明夏半年降水对地下水补给的重要作用。　　(4)常规时期灌溉水与出口径流δD和δ18O的相关系数分别为0.97和0.89，表明出口径流主要来自灌溉水。配对T检验表明出口径流氢氧同位素含量显著高于灌溉水(p＜0.01)，可能是灌溉水在流域内运移过程中混合了稻田淹水或/和土壤水的缘故。　　暴雨期间出口径流来源复杂，暴雨A降雨量大(265mm)，持续时间长，是一次典型的大暴雨。DTMM和EMMA对暴雨A的模拟结果表明δD、δ18O、Ca2+、Mg2+、Na+、Si和EC是保守的示踪剂，而NO3--N和pH并不保守。出口径流包括三种水源，分别是降水、灌溉水和地下水。降雨对出口径流的贡献介于0-70.7％之间，灌溉水的贡献介于27.8-97.1％之间，二者是出口径流的主要来源。降雨和灌溉水对出口径流的贡献呈现此消彼长的负相关关系，并且强烈受降雨量的影响。地下水对出口径流的贡献较小，介于0-16.7％之间。暴雨B期间共降雨35mm，降雨、灌溉水和地下水对出口径流的贡献分别介于0-42.4％、54.4-100％和0-9.0％之间。两次暴雨结果表明，降雨和灌溉水是径流的主要来源，二者的贡献比例呈现此消彼长的关系。地下水的贡献相对较小，且较为稳定，但是暴雨过后有逐渐增加的趋势。　　(5)研究区所有降水的全氮(TN)浓度均大于水体富营养化闽值，60％降水的全磷(TP)浓度大于水体富营养化阈值，表明降水对水体富营养化有重要影响。降水中硝态氮（NO3--N）、铵态氮(NH4+-N)、TN和TP的通量分别为11.9、15.2、42.5和1.28kg·ha-1·a-1。从沉降通量的季节变化看，TN和TP春秋季较高，夏冬季较小。2012/4-2013/3和2013/4-2014/3水文年灌溉水量差异不大，分别为2991mm和3070mm，年际间流域出口径流水量差异显著，分别为5648mm和4040mm。灌溉水和出口径流氮磷浓度含量较高，63％灌溉水的TN浓度超过地表水环境质量标准中的Ⅲ类标准，出口径流中超过Ⅲ类水质标准的水样达到88％，表明流域内氮素面源污染比较严重。对TP而言，超过Ⅲ类水质标准的灌溉水和出口径流仅占4％和5％，表明流域内磷素面源污染较轻。2012/4-2013/3水文年流域内NO3--N、NH4+-N、TN和TP的净排放负荷分别40.3、9.45、62.5和0.77kg·ha-1，2013/4-2014/3水文年为26.0、2.27、40.1和0.56kg·ha-1，流域内氮素流失较大，磷素流失较小。