氮元素是影响作物产量和质量的主要元素之一,施用氮肥对于农业生产具有重要意义。本研究采用碳酸氢铵化肥作为试验氮肥,由于碳酸氢铵自身的不稳定性,加上不合理施肥及灌溉方式,会加剧氮元素的损失。而一味增加化肥的施用量来提高作物产量,可能会造成化肥损耗、资源浪费、土地和地下水污染等问题。因此研究碳酸氢铵在土壤中的迁移转化规律对于现代农业发展具有重要意义。本文通过室内模拟降雨试验,结合土壤水氮迁移转化的基础理论,研究降雨强度及化肥施用量对土壤水分、铵态氮以及硝态氮时空分布的影响;结合土壤水运动理论和溶质运移理论构建降雨条件下土壤水以及溶质氮的迁移转化物理模型,采用有限差分法求解模型。并结合室内试验测得的含水率、铵态氮以及硝态氮浓度的数据,分析验证降雨条件下土壤水氮迁移转化模型的可靠性。本文研究主要得到结论如下:1)对宜昌地区土样进行处理之后作为试验土壤样品,采用环刀法测量土壤容重,本研究试验土样容重为1.407g/cm~3;使用离心机法测得试验土样的土水特征曲线;通过土壤水分水平入渗试验测得试验土样的水力扩散度;最后根据土水特征曲线与所求的水力扩散度求出试验土样的水力传导度。2)通过降雨条件下土壤水氮迁移转化室内试验,研究降雨强度与施肥量对土壤水氮时空分布的影响。通过对试验数据处理分析,结果表明:在降雨初期,浅层土壤的湿润锋推移受降雨强度影响很大,降雨强度越大,湿润锋运移速率越大,湿润锋运移与入渗时间呈现线性关系。随着入渗时间的推移,湿润锋运移速率减缓,再分布阶段更加明显,此时湿润锋运移与入渗时间呈现幂指数关系。降雨时段内,土壤含水率迅速增大,随着入渗时间的增加,含水率的增长速率逐渐减小;在降雨停止之后的土壤水分再分布阶段,表层土壤含水率迅速减小,最后趋于稳定。在施肥量相同情况下,降雨强度越大,施肥层铵态氮浓度越低,下层铵态氮浓度越大,硝态氮运移距离越远,浓度峰值越深;在降雨强度相同情况下,施肥量越大,铵态氮的浓度越高,生成的硝态氮浓度也越大。随着时间的推移铵态氮浓度整体上逐渐减小,硝态氮浓度整体上逐渐增大。3)为了更好地研究土壤中溶质运动变化规律,利用TDR同步原位测量土壤含水率与电导率特性,建立电导率与离子浓度相关关系,以含水率与电导率变化推求土壤中离子运动变化。数据结果表明:各土层电导率变化趋势与含水率变化趋势基本一致,即随着湿润锋向下推移,各层土壤含水率上升的同时,电导率也随之上升,降雨停止之后,在势梯度作用下各层含水率出现下降的趋势,电导率也随之下降。当土壤含水率为初始含水率0.06左右,此时TDR监测的土壤电导率为0,当含水率上升至0.16以后,电导率才会出现数值的变化,但是在降雨停止之后的含水率下降阶段,电导率同样出现大幅的下降,最后稳定在一个较低的水平。土壤水分运动越剧烈,流动水所占总水分的比例越大,TDR测得的电导率也越大。在土柱整个垂向剖面上,土壤离子浓度大于氮素浓度,因为土壤中存在非氮素离子导致离子浓度大于氮素浓度,而40cm深度处离子浓度为0,这是因为含水率未发生变化导致测量的电导率为0,因此通过电导率反映土壤中离子浓度的一个基础是有水分流动。在水分变化的土柱剖面,离子浓度与氮素浓度在空间分布存在相似性。4)构建降雨条件下土壤水氮迁移转化物理模型,同时将试验土样的基本物理参数代入模型,通过有限差分法求解物理模型。结合室内土柱试验所测得的土壤含水率、铵态氮以及硝态氮数据,分析验证所建水氮迁移转化模型的可靠性。通过对比分析可得,所建模型对降雨条件下土壤含水率分布模拟效果良好,对于土壤铵态氮和硝氮浓度的模拟效果略差于水分,但整体能够较好反映氮素溶质对降雨施肥因素的响应。总体来说所构建的水分、氮素迁移转化模型可靠性良好,可为土壤中的水氮迁移转化规律研究提供理论指导。