我国水环境破坏现状严重,水资源紧缺,地下水氮污染持续恶化等生态环境问题日益突出,而农业非点源污染将加剧环境污染,因此,研究农田生态系统中水氮动态及其收支平衡状况为科学管理农田水氮,缓解氮素污染提供有利依据,对提高农业生产力、改善生态环境质量具有长远意义。本研究选用泾惠渠灌区内农田为研究区域展开定位试验,以包气带介质为研究对象,以水氮的迁移转化为研究主线,在野外试验与实内分析相结合的基础上,进行理论分析和模拟研究,剖析水分及氮素在包气带内的运移规律,并根据建立模型阐明水氮收支状况,为区域农业污染控制和可持续发展提供科学依据。主要研究结果如下:(1)灌水量分别为37m3、53.3 m3的2013年与2014年夏玉米试验期内,水分运移最大深度都为500cm,灌水量分别为40 m3、8 m3的2013年与2015年冬小麦试验期内,水分运移最大深度分别为500cm、150cm;灌水量不同,不同土层土壤含水率响应力度不同,四轮试验期内,浅层土壤含水率皆在灌水后都增大,且灌水越大涨幅越大,深层土壤水分响应皆出现滞后现象,灌水量为37 m3、40 m3时深层土壤水分响应力度与时间都比灌水量为53.3 m3、8 m3时的大,说明过大或过小的灌水量都不利于土壤水分的增加。灌水试验期内,由于灌水使浅层土壤水分运动剧烈,导致不易吸附于土壤胶粒的硝态氮发生运移,致使硝态氮峰值下移,大量灌水使硝态氮运移距离远,易在土壤层底部形成累积;而灌水与施肥同时进行时,土壤层底部容易发生硝态氮渗漏现象,即土壤施入氮肥后,氮素不会全部被土壤吸收利用,一部分氮素会随灌溉水运动至底部发生渗漏。(2)受气候条件和作物根系及叶面积指数影响的蒸散量皆为夏玉米试验期大于冬小麦试验期,两期夏玉米试验期中,棵间蒸发量分别占总入水量的5.88%和3.92%,作物蒸腾量分别占地表总入水量的26.88%和14.85%,由于根系生长情况与气候条件相似,蒸发量也相似,但根系吸水受大量灌水影响,说明灌水量大不利于作物吸收利用水分;两期冬小麦试验时,15年冬小麦作的根系生长与叶面积都比2013年冬小麦发达,使15年冬小麦作物蒸腾量为11.43mm大于2013年冬小麦的3.65mm;2013年冬小麦试验期蒸发蒸腾量占地表总入水量的3.52%,15年冬小麦试验期蒸发蒸腾量占总损失量的12%,而占地表总入水量的46.63%,且占总损失量88%的底部渗漏量中有73%是源于土壤储水,造成系统内水量损失,说明小量灌水无法对土壤系统内滞留水量作出贡献;灌水量分别为37、40 m3时灌水滞留量分别占总入水量的52.99%和57.05%,而灌水量为53.3 m3的14年夏玉米试验期内底部渗漏量占地表总入水量的49.26%,入水滞留量占总入水量的31.97%,说明大量灌水并不有利于水分滞留于土壤系统内,且会造成土壤底部渗漏情况严重,使灌溉水无法充分有效利用;2013年冬小麦试验期在灌溉当天发生径流损失,损失量达44.57mm,占总入水量的21.06%,这是由于冬季表层土壤渗透系数小,水分渗透能力较弱,大量灌水未能及时入渗在土壤表层易发生积水,而当积水层超过给定的5cm,灌溉水将漫过试验区域外围的畦发生径流损失。(3)施肥可引起土壤系统内铵态氮通量变化,对系统内硝态氮的通量变化影响不大,两期施肥试验中土壤内部铵态氮通量变化百分比分别为81.16%和61.84%;矿化是对土壤系统内铵态氮的最大补给项,矿化而成的铵态氮多作用于硝化过程,氮肥的施入会加剧硝化作用,使硝化量增大,其中施肥和灌溉同时进行的2013年夏玉米和2015年冬小麦试验期内累积净硝化通量值最大,分别为552.2 mg/cm2和446.8 mg/cm2,而灌水量最大的2014年夏玉米时期累积净硝化通量值最小,为282.2 mg/cm2,表明过大的灌水使硝化作用受到抑制,而大量灌水造成的厌氧条件会加剧反硝化作用,2014年夏玉米试验期内反硝化累积通量达243.6 mg/cm2。(4)根系吸水量越大其吸氮量也越大,施肥量越大越易使根系吸氮累积量增大,相比铵态氮,根系更容易吸收硝态氮;水分渗漏情况最为严重的2015年冬小麦时期铵态氮和硝态氮底部淋失累积通量值最大,各占其总支出通量的0.66%和19.01%,四轮试验中底部渗漏水累积量与铵态氮、硝态氮淋失累积通量的Pearson相关系数为0.99;2013年冬小麦试验期内随地表径流而流失的硝态氮损失通量为19.9 mg/cm2,占当期硝态氮总支出通量的4.92%。