农灌区在满足现代人类粮食需求方面发挥了重要的作用。与此同时，人们只片面强调农田灌溉的经济利益，而很少考虑灌溉对环境造成的负面影响。不恰当的长期灌溉、施肥带来的农灌区非点源污染对环境威胁巨大。灌排系统改变了农灌区的水循环路径，使农灌区非点源污染发生机制更加复杂，防治更困难。因此，迫切需要从非点源污染机理角度辨析农灌区非点源污染产生的根源，探讨农灌区非点源污染区别于一般非点源污染的特征，引导农灌区走可持续发展之路。 本文基于非点源污染的发生机理与研究方法，针对干旱、半干旱农灌区非点源污染发生的特征，分析了农灌区非点源污染驱动机制，构建了农灌区水循环过程模型；在水循环模型基础上耦合污染物的迁移转化过程，对农灌区的非点源污染进行模拟计算。基于以上研究，以黄河流域典型引黄农灌区——河套灌区的义长灌域为案例，研究了农灌区的氮污染驱动机制和流失特征，对典型引黄农灌区的非点源氮污染进行了评价。 主要研究成果如下： (1) 分析了农灌区非点源污染的发生机理，揭示了农灌区水循环模式和污染物迁移转化过程分别是农灌区非点源污染研究的基础和关键，而合适的数学模型是最直接、有效的研究方法。在农灌区，灌排系统极大的影响了水循环模式，对农灌区非点源污染的时空分布特征具有决定性作用。相对于水量大、强度高的灌排过程，降雨在影响非点源污染的时空尺度及强度上处于次要地位，蒸发仅作为非点源污染发生过程中的一种外界胁迫条件而存在。取水引水过程为非点源污染提供了原始动力，灌溉用水是污染发生的前提和基础，排水过程对污染物的累积、污染后果起决定性作用。农业生产中过多施用肥料则构成了污染发生、水环境质量降低的前提条件。这也构成农灌区非点源污染发生机制和一般流域非点源污染机制的根本区别所在。 (2) 理论分析得出，农灌区非点源氮污染的直接驱动力是农灌区的水循环过程。构建了由地表引水模型、灌溉用水模型、排水径流模型组成的农灌区水循环模型。以义长灌域为例，确定模型参数，对其非点源氮污染驱动机制——水循环模式进行模拟计算，结果显示：地表水、土壤水和地下水系统三者动态组合的人工-自然复合系统构成了农灌区水循环过程的主体，“取水—引水—用水—排水”则是主要水循环路径。义长灌域年降雨量少、年内分配不均，蒸发强烈，灌域地表径流主要来自黄河取水，经渠系引水、调节进入田间，退水与排水由排水沟排入受纳水体。田间土壤含水量随灌期呈季节性动态变化，灌溉制度和灌溉方式的不合理造成田间水分渗漏损失严重，利用率低。地下水的补给主要来自灌溉水的渗漏，而潜水蒸发是地下水的主要排放途径。灌域多年平均地下水总补给不能满足地下水总消耗，灌域地下水埋深呈逐年下降之势。灌域总排水包括地表退水和地下排水，地表退水占较大比例。因此，义长灌域的水循环模式是以降雨灌溉、入渗、蒸发为主的垂向型“负水平衡”水循环。 (3)利用室内一维土柱试验考察氮素在土壤中的迁移转化过程，并引入输出系数法和 HYDRUS-1D 机理模型，耦合水循环模式和氮素迁移转化过程，对农灌区氮素随地表径流流失和在土壤中的迁移转化进行了模拟计算。结果表明，在灌溉入渗作用下，氮素的淋洗渗漏严重，大于地表径流氮素流失强度，是义长灌域非点源氮污染的重要表现形式，并且硝态氮是农灌区氮素渗漏流失的主要形态。土壤氮素的渗漏与灌溉(降雨)关系密切，随土壤水渗漏而发生。土壤氮素在作物生育期内以累积为主，淋失量较少，渗漏水将大量硝态氮淋溶到土壤根层的中下部；在秋浇期，根层土壤剖面上均有硝态氮淋失发生，大水漫灌将氮素淋洗出根层，通过排水沟网进入水环境。对根层土壤氮素平衡分析后发现，农田土壤氮素逐年减少，呈“负氮平衡”。 (4) 从农灌区氮污染负荷、时空分布特征和水环境影响等角度对农灌区的非点源氮污染进行了综合性评价。农灌区小麦地的氮污染负荷量最高，甜菜最低，农田氮素地表径流流失量远小于土壤渗漏淋失量。河套灌区农田非点源氮污染负荷量为点源排放量的8 倍，在义长灌域则达到20倍。秋浇期氮淋溶损失量约为生育期淋失量的3倍，生育期和秋浇期硝态氮淋失强度与相应时期的土壤水渗漏量显著相关。表层土壤氮素表现出一定的时空分布特征：时间上随灌溉发生季节性变化；不同形态氮素含量的空间分布具有较强的空间相关性，水平空间分布格局明显，总氮和硝态氮由于受空间自相关因素和随机因素影响程度不同，其空间异质性的相关范围(变程)具有明显差异。农灌区土地利用结构和格局对非点源污染的空间特征有显著影响，污染负荷呈现西高东低的特征，耕地的非点源氮污染负荷在河套灌区不同土地利用的氮污染总量中占绝对优势。对农灌区非点源氮污染的水环境影响评价表明，农灌区通过引水、用水、排水、施肥对乌梁素海、黄河干流和农灌区地下水产生影响，加速湖泊水体的富营养化，减少黄河径流量、增加氮含量，污染农灌区地下水。 (5) 设置不同管理情景，模拟计算后发现，调整灌溉、施肥策略可以减少土壤氮素的渗漏损失，改善土壤氮素平衡。在此基础上，从“控源截汇治水”的角度提出适于农灌区可持续发展的调控措施，强调加强农灌区生态环境维育，实现农灌区的可持续发展。