傳遞函數模型的發展和農田尺度下硝態氮淋失的數值預報氮素淋失對農業水土環境質量的影響是重要的生態農業研究課題，該研究中頗具挑戰性的科學難題之一是對農田土壤中同時受到物理、化學和生物作用影響的硝態氮淋失動態的精確模擬和預報。為了對氮素運移和轉化行為在生態環境演變過程中的作用有更明晰的認識，本文采用不同的數學模型分別從點尺度和農田尺度對此進行了研究。本文研究的第一部分通過引入概率密度函數的修正因子，發展了一個可區分表施氮素和土壤殘留氮對硝態氮淋失貢獻的傳遞函數模型。假設累積排水量的概率密度函數的形狀不隨水流狀態而改變，概率密度函數于不同水流條件下的差異體現在貯水量差的變化，將Jury等（1990）提出的非穩定流條件下保守溶質運移的傳遞函數模型推廣到田間土壤硝態氮淋失的模擬中。在模型中考慮了氮素的礦化、固持、氨揮發和作物吸氮作用，把源匯項對硝態氮淋失的影響視為對溶質運移體中初始駐留濃度的輸入，將各轉化量與土壤貯水量或蒸散量建立了較簡單的函數形式得到凈礦化、氨揮發和吸氮濃度。以考慮源匯項作用時的硝態氮淋失濃度的均方根差為目標函數，采用二分法對概率密度函數的修正因子進行優化。使用1999年冬小麥—夏玉米生長條件下土壤剖面2米埋深處硝態氮淋失動態的試驗觀測數據，檢驗了所發展的模型的有效性。接著，分析了模型中各參量對模擬精度的影響，計算了模擬時段內淋失的硝態氮占肥料氮的比例。表明：作者所發展的能夠估計表施氮素和殘留氮對硝態氮淋失貢獻的傳遞函數模型的計算結果是合理的；同時考慮流場變化、殘留氮影響和氮素轉化作用的傳遞函數模型具有更高的模擬精度，模擬的累積硝態氮淋失量的相對誤差僅為0.99％；而既不考慮流場變化又不考慮氮素轉化作用影響的模擬結果的相對誤差達19.62％；僅考慮源匯項作用的硝態氮淋失量的模擬結果與發展的傳遞函數模型的模擬結果相差不大，相對誤差為3.03％，說明在北方旱田深排水條件下長作物生育期內硝態氮淋失的模擬中，考慮氮素的轉化作用對模擬結果的影響更大；表施氮的淋失量只占總淋失量的0.42％，占總施氮量的0.10％，所淋失的硝態氮大部分是土壤的殘留氮，占總淋失量的99.58％。表施氮素遷移時間的概率密度函數的修正因子的取值對模擬精度的影響較大，取零時，模擬淋失量的相對誤差為9.68％，取1時，相對誤差為21.61％，取值在0.28到0.32之間時，對于與本文試驗條件類似的農田土壤，應用我們所發展的數學模型可以獲得滿意的模擬結果。根據本文所發展的能區分表施氮和殘留氮的傳遞函數模型，可為田間的¹⁵N示蹤試驗提供一種定量的參考工具。本文研究的第二部分在開展大規模田間試驗的基礎上，獲得大量具有空間變異特征的模型參數，對農田尺度下硝態氮的淋失風險進行了數值預報。北京通州區永樂店試驗站的小區面積為27×27m²（網格間距3m），采集30—50cm土層的樣品；山東德州地區禹城試驗站的小區面積為40×40m²（網格間距5m），采集0—20和20—40cm土層的樣品。根據土壤傳遞函數方法，生成了各個采樣點的土壤水力學參數和彌散度。假設土壤有機氮的礦化速率常數（零級動力學）與有機質含量成正比得到礦化速率在空間上的分布。基于柱模型假設，即，土壤由一系列不發生相互作用的一維土柱組成，運用HYDRUS-1D軟件，對永樂店2000—2001年和禹城2001—2003冬小麥—夏玉米生長條件下農田尺度下土壤氮素的轉化和硝態氮的淋失風險進行了數值模擬。為評價礦化作用產生的無機氮對感興趣深度的硝態氮淋失的影響，本文設計了兩種數值模擬方案，即，不考慮和考慮土壤有機氮礦化速率的空間變異性（分別簡記為方案1和方案2）。模擬結果表明：（1）永樂店冬小麥生育期內剖面250cm埋深處平均的土壤水滲透量、累積硝態氮淋失量分別為2.25mm、0.0098m沙m，，夏玉米生育期內的值分別為l.35mm、o.oo65m沙m，，變異系數均在1.46以上，具有很強的空間變異性;（2）禹城冬小麥生育期內剖面ZO0cm埋深處平均的土壤水滲透量、累積硝態氮淋失量分別為1930mm、0.0790m沙mZ，夏玉米生育期內的值分別為24.48mm、0.0948m沙m，，變異系數均在0.50以上，表現為中等變異強度;（3）與總輸入量相比，空間上平均的土壤水滲透量和硝態氮淋失量不高，而某些采樣點處土壤水滲透量和硝態氮淋失量大大高于均值，是農田管理和環境監測的脆弱帶;（4）兩種數值模擬方案對模擬的下邊界處（永樂店:250cm;禹城:ZO0cm）硝態氮淋失的影響很小，其差異主要在于方案2對土壤氮素各轉化量的影響更大，由于考慮了氮素礦化作用的空間變異性，方案2中各氮素轉化量的空間變異性大大高于方案1的模擬結果;（5）蒸發量、蒸騰量和蒸散量具有較低的空間變異性（CV<0.06），而剖面不同埋深處的水通量（250、200、150、IO0cm）呈現較強的空間變異性。運用地統計學軟件GEOPACK對實測土壤性狀、模型參數和模擬結果進行地統計學分析，表明:（l）永樂店采