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面源污染是红壤区所面临的重要生态环境问题之一，其中由于过量氮肥施用所造成的污染问题不可忽视。径流是氮素迁移的主要驱动力，氮素随径流流失受水文状况、土地利用方式以及人类活动等多种因素的影响。因此，明确农田流域的水文过程对氮负荷的影响，对于理解农田氮素的迁移转化和阻控农业面源污染具有重要意义。
本研究以水文过程对氮素迁移的驱动为立足点，基于土壤物理学以及水文学基本原理，在野外监测以及室内测定的基础上，借助经典统计学方法以及水文分割模型，对2017.3-2019.2这一监测期内，小流域及其子流域氮素迁移的水文驱动过程进行了较为系统的探讨。主要研究内容包括:红壤地区农田小流域、水田子流域和旱地子流域等不同研究尺度下的产流特征，氮素流失特征以及氮素流失的水文驱动机制。主要研究结果如下:
(1)在监测期内，研究区有效降雨共107场，依据降水量、降雨强度以及降雨历时可将降水划分为4类。产流能力最强的为Ⅱ类“长历时、中低雨强、低频率”降水，该类次降水事件在监测期内虽然只有7场，但其降雨量占到监测期总降水量的19％。Ⅰ类“短历时、高雨强、低频率”降水产流能力略低于Ⅱ类降水，其降水量仅占总降水量的5.8％。Ⅳ类“长历时、低雨强、低频率”降水产流能力显著低于前两类雨型，其降水量占全监测期降水量比例达15.3％。Ⅲ类“短历时、低雨强、高频率”降水对产流的驱动力最弱，但在监测期内发生的次数也最多，总降水量占到监测期降水总量的35％。
(2)流域、水田子流域以及旱地子流域径流之间具有显著的差异。就单位面积径流量而言，水田子流域(4420 mm)＞流域（3484mm）＞旱地子流域(869 mm)。各尺度下的径流量均有着显著的季节性动态，雨季是流域以及子流域径流输出的热时，流域、水田以及旱地子流域雨季的年均径流量占全年总径流量的比例分别为47％，53％和62％。而就土地利用方式而言，水田子流域又是该研究区内径流输出的热点区域，同期径流值远高于旱地子流域，阶段性径流量甚至达到后者的10倍以上。
(3)流域、水田子流域以及旱地子流域径流之间的氮素流失特征存在明显差异。就TN浓度而言，表现为旱地子流域(3.4mg L-1)＞流域(2.5mg L-1)＞水田子流域（2.2 mg L-1）。就TN流失量而言，单位面积流失量表现为流域(97.1kg hm-2yr-1)＞水田子流域（95.7 kg hm-2yr-1）＞旱地子流域(22.1 kg hm-2yr-1)。氮素流失的季节动态也较为明显，表现为水稻生长季（4月-10月）显著高于非生长季（11月-次年3月），在生长季中，雨季（4月-6月）显著高于旱季（7月-10月），前者达到后者的3-7倍。
(4)运用端元混合模型量化了红壤农田小流域以及各子流域的径流端元成分及其对氮流失的贡献。流域径流由灌溉水(40％)、降水(38％)以及地下水(22％)这三个端元组成;同时，流域径流也可以被划分为水田生态系统径流(48％)、旱地生态系统径流(34％)以及地下水(18％)这三个端元。径流溯源的结果显示，红壤区水田和旱地子流域的水文过程存在着较大差异:灌溉水是水田子流域径流最主要的贡献端元，占比为65％，降水与地下水则分别贡献了19％以及16％;而降水则是旱地子流域的主要水文驱动端元，贡献比例为46％，地下水贡献量其次(40％)，灌溉水仅贡献了14％。根据量化的径流组成比例，发现地下水是流域、水田子流域以及旱地子流域氮素流失的主要路径，贡献比例分别为66％，47％和82％。相关验证结果显示:就流域尺度而言，氮素负荷预测结果与实测结果之间的线性决定系数达到0.8左右(p＜0.001);就水田与旱地子流域而言，预测值与实测值的线性决定系数达到0.9以上(p＜0.001)。
本论文对红壤地区小流域、水田子流域和旱地子流域的水文过程及其氮流失的水文驱动机制作了较为系统的研究。相关研究结果一方面可以为红壤区面源污染的阻控提供理论依据及支撑，另一方面也可以丰富多/单一植被类型下的流域氮素流失的研究形式，为其他研究区在监测方案制定上提供一定的参考。
本研究以水文过程对氮素迁移的驱动为立足点，基于土壤物理学以及水文学基本原理，在野外监测以及室内测定的基础上，借助经典统计学方法以及水文分割模型，对2017.3-2019.2这一监测期内，小流域及其子流域氮素迁移的水文驱动过程进行了较为系统的探讨。主要研究内容包括:红壤地区农田小流域、水田子流域和旱地子流域等不同研究尺度下的产流特征，氮素流失特征以及氮素流失的水文驱动机制。主要研究结果如下:
(1)在监测期内，研究区有效降雨共107场，依据降水量、降雨强度以及降雨历时可将降水划分为4类。产流能力最强的为Ⅱ类“长历时、中低雨强、低频率”降水，该类次降水事件在监测期内虽然只有7场，但其降雨量占到监测期总降水量的19％。Ⅰ类“短历时、高雨强、低频率”降水产流能力略低于Ⅱ类降水，其降水量仅占总降水量的5.8％。Ⅳ类“长历时、低雨强、低频率”降水产流能力显著低于前两类雨型，其降水量占全监测期降水量比例达15.3％。Ⅲ类“短历时、低雨强、高频率”降水对产流的驱动力最弱，但在监测期内发生的次数也最多，总降水量占到监测期降水总量的35％。
(2)流域、水田子流域以及旱地子流域径流之间具有显著的差异。就单位面积径流量而言，水田子流域(4420 mm)＞流域（3484mm）＞旱地子流域(869 mm)。各尺度下的径流量均有着显著的季节性动态，雨季是流域以及子流域径流输出的热时，流域、水田以及旱地子流域雨季的年均径流量占全年总径流量的比例分别为47％，53％和62％。而就土地利用方式而言，水田子流域又是该研究区内径流输出的热点区域，同期径流值远高于旱地子流域，阶段性径流量甚至达到后者的10倍以上。
(3)流域、水田子流域以及旱地子流域径流之间的氮素流失特征存在明显差异。就TN浓度而言，表现为旱地子流域(3.4mg L-1)＞流域(2.5mg L-1)＞水田子流域（2.2 mg L-1）。就TN流失量而言，单位面积流失量表现为流域(97.1kg hm-2yr-1)＞水田子流域（95.7 kg hm-2yr-1）＞旱地子流域(22.1 kg hm-2yr-1)。氮素流失的季节动态也较为明显，表现为水稻生长季（4月-10月）显著高于非生长季（11月-次年3月），在生长季中，雨季（4月-6月）显著高于旱季（7月-10月），前者达到后者的3-7倍。
(4)运用端元混合模型量化了红壤农田小流域以及各子流域的径流端元成分及其对氮流失的贡献。流域径流由灌溉水(40％)、降水(38％)以及地下水(22％)这三个端元组成;同时，流域径流也可以被划分为水田生态系统径流(48％)、旱地生态系统径流(34％)以及地下水(18％)这三个端元。径流溯源的结果显示，红壤区水田和旱地子流域的水文过程存在着较大差异:灌溉水是水田子流域径流最主要的贡献端元，占比为65％，降水与地下水则分别贡献了19％以及16％;而降水则是旱地子流域的主要水文驱动端元，贡献比例为46％，地下水贡献量其次(40％)，灌溉水仅贡献了14％。根据量化的径流组成比例，发现地下水是流域、水田子流域以及旱地子流域氮素流失的主要路径，贡献比例分别为66％，47％和82％。相关验证结果显示:就流域尺度而言，氮素负荷预测结果与实测结果之间的线性决定系数达到0.8左右(p＜0.001);就水田与旱地子流域而言，预测值与实测值的线性决定系数达到0.9以上(p＜0.001)。
本论文对红壤地区小流域、水田子流域和旱地子流域的水文过程及其氮流失的水文驱动机制作了较为系统的研究。相关研究结果一方面可以为红壤区面源污染的阻控提供理论依据及支撑，另一方面也可以丰富多/单一植被类型下的流域氮素流失的研究形式，为其他研究区在监测方案制定上提供一定的参考。