随着人口的增长,亟需提高农作物产量来缓解粮食供应问题,而施用氮肥能够显著提高作物产量,因此氮肥过量投入现象较为明显。氮肥的过量投入会增加氮肥的损失从而导致周围水体加剧富营养化,严重破坏水体环境。巢湖水体近些年富营养化现象日益严重,但是目前对于巢湖的研究缺乏长期的定位监测,同时也缺少氮肥投入阈值方面的研究,针对以上问题,本研究在巢湖流域选择了适当的稻麦轮作长期定位监测点,并且在此基础上,设置了不同的梯度氮肥水平,采集分析了降雨径流、淋溶水样、氨挥发、作物收获后植株秸秆和籽粒以及土壤等样品,得出了巢湖流域农田不同施氮水平下氮流失规律特征和氮肥利用情况,测算出了相应流失系数,进而提出了保障农田环境安全及粮食生产安全的氮肥投入阈值。主要的研究结果如下:1、施氮肥和不施氮肥相比能够显著提高小麦和水稻的产量。125%N(施氮量262.5 kg/hm~2)和150%N(施氮量315 kg/hm~2)处理下小麦的产量最高,三年分别为3502 kg/hm~2、4172 kg/hm~2、3777 kg/hm~2。100%N(施氮量225 kg/hm~2)和125%N(施氮量281.25 kg/hm~2)处理下水稻的产量最高,三年分别为8478 kg/hm~2、7889 kg/hm~2、8819 kg/hm~2。氮肥的过量投入并不能使产量达到最高,在一定程度上还会降低小麦和水稻的产量。2、小麦植株和水稻植株的氮素积累量与施氮量呈现明显的正相关,但对氮素的利用表现为降低的趋势。小麦氮素累积量为20.27-137.37 kg/hm~2,小麦氮肥利用率约在19%-33%之间;水稻氮素累积量为63.96-227.74 kg/hm~2,水稻氮肥利用率约在23%-39%之间。3、施肥之后第一天田面水全氮的浓度都达到顶峰,一周之后田面水全氮浓度降至最低并趋于稳定。三年间各处理浓度最高分别达到2012年为9.20-173.75 mg/L,2013年为11.26-194.18 mg/L,2014年为12.45-154.21 mg/L。N空白处理田面水全氮浓度变化不大,其他高氮处理田面水中全氮浓度显著高于低氮处理。由此可见,在施肥后一周内控制氮素的流失很有必要。4、小麦及水稻季氮素径流流失规律为随着施氮量的增加而增加。施氮肥增加了氮素的流失,小麦季氮素流失量为5.78-23.98 kg/hm~2,流失率达到1.84%-5.78%,水稻季氮素流失量为6.85-15.42 kg/hm~2,流失率达到0.74%-3.89%,相比之下水稻季的径流流失量低于小麦季。5、水稻季氮素淋溶流失规律为随着施氮量的增加淋溶水中硝态氮、铵态氮及总氮浓度随之增加。施氮肥显著增加了淋溶水中不同形态氮的浓度。铵态氮多集聚在20-40 cm土层,自上而下逐渐降低,而硝态氮在90 cm土层中居多,自上而下逐渐增加,可见氮素的淋溶主要以硝态氮形式淋失。在施基肥、分蘖肥和穗肥五天左右,总氮的浓度达到最大值,之后开始降低。总氮的淋溶量在5.74-27.57 kg/hm~2之间,淋溶流失率达到3.04%-5.34%。相对于径流的氮素流失,淋溶氮素流失量整体偏高于径流流失量。6、水稻季施氮肥后显著增加了氨挥发量,相比氮素的径流和淋溶损失,氨挥发损失较高,在所施的氮肥中所占比例较大。稻季氨挥发量5.92-99.77 kg N/hm~2,氨挥发率为8.7%-24.51%。7、小麦及水稻收获后土壤中矿质氮累积残留以硝态氮占多数,小麦季各处理铵态氮含量几乎不高于5 mg/kg,水稻季几乎不高于4 mg/kg。氮肥的施用会增加土壤中氮素的残留,小麦季矿质氮累积量处于6.84-18.91 mg/kg,水稻季矿质氮累积量达到4.04-9.75 mg/kg。长期过度增施氮肥,土壤中矿质氮累积逐渐增加,流失风险也会提高。8、考虑产量及经济效益,小麦氮肥投入阈值范围为247.1-291.9 kg/hm~2;水稻氮肥投入阈值范围为229.8-305.2 kg/hm~2。基于环境因素和产量效益,小麦氮肥投入阈值范围为229.73-306.3 kg/hm~2;水稻氮肥投入阈值范围为196.5-262.02 kg/hm~2。综合产量、经济和环境效益,得出小麦氮肥投入阈值为247.1-291.9 kg/hm~2;水稻氮肥投入阈值为229.8-262.02 kg/hm~2。