农业面源污染正在成为我国江河库湖水体富营养化和农村生态环境恶化的主要原因之一，严重制约了农业经济和农村环境的可持续发展。为了探明洞庭湖区双季稻田氮、磷流失现状和规律，构建有效控制稻田氮磷面源污染的施肥管理技术体系，本项研究首先在利用渗漏池模拟洞庭湖区3个主要稻田土壤，分别为河沙泥（Alluvial Sandy LoamyPaddy Soil）、紫潮泥（Purple Calcareous Clayey Paddy Soil）和红黄泥（Reddish Yellow LoamyPaddy Soil）的基础上，设计了5个不同肥源和施用量的试验处理：①不施肥处理（CK）；②普通化肥（尿素、过磷酸钙和氯化钾，CF）；③等N量控释氮肥（CRNF）；④配施等P₂O₅量猪粪（不施化肥磷和补足氮钾，OM）和⑤70％N控释氮肥（70％CRNF）。按照洞庭湖区双季稻栽培管理方式，从稻田表层水pH、电导率（EC）、总氮（TN）和铵态氮及硝态氮、总磷（TP）和总钾（TK）动态监测入手，系统地研究了不同土壤和施肥的养分淋溶损失及规律、天然降雨径流损失及机理、作物产量及养分利用率、农田养分循环与平衡及土壤剖面养分变化；然后应用AnnAGNPS模型模拟了洞庭湖区典型农业小流域—湘阴高山村小流域的氮磷输出负荷，研究了小流域中不同土地利用和不同时期的氮磷面源污染源强。典型稻田土壤施用普通化肥后表层水TN、TP、TK浓度均在第1d达到高峰，NH₄⁺-N在第3d达到高峰，然后均随着时间的延长而迅速下降。表层水TN和NH₄⁺-N在施肥后15 d左右与CK相近；表层水TP浓度衰减最为急剧，在7～15 d接近CK；表层水TK衰减速率较TN缓，至30 d同CK基本相同。因此，CF处理15～30 d内各养分浓度均比CK显著提高；随着施肥后时间的进程，稻田表层水TN（1～30 d）、NH₄⁺-N（1～30 d）、TK（1～50d）动态服从指数衰减模型。双季稻生长季节稻田表层水NO₃^--N普遍较低；早稻表面水pH在施用尿素后15 d内（晚稻3 d）逐渐升高，EC表现与NH₄⁺的变化同步，呈极显著的线性相关，而且用指数衰减模型模拟表明拟合度较好。与施用尿素相比，施用CRNF能显著降低峰值及15 d内的稻田表面水TN、NH₄⁺浓度，pH、EC峰值也有明显下降；OM处理的稻田表层水TN峰值降低了30％左右，与猪粪有机氮代替速效氮比例（29％）基本吻合；配施OM后表层水pH比CF处理升高，但峰值时pH降低。与CF处理相比，OM处理的表层水TP浓度峰值表现为早稻降低，而晚稻增加，且在水稻生长中期保持较高的表层水TP浓度。配施猪粪对稻田表层水TK浓度影响不显著。总之，CRNF有效地降低了双季稻田表层水氮素浓度，OM处理降低表层水氮素浓度显著，但TP浓度总体上表现出升高的趋势。3个主要水稻土壤渗漏水2年的监测结果表明，河沙泥、紫潮泥和红黄泥日平均渗漏水量分别为1.85、0.79和1.28 mm；双季稻田施用普通化肥的氮素淋溶损失总量分别占施N量的2.28％、0.66％和1.50％。其中，河沙泥的渗漏水总氮浓度与红黄泥相近，但由于渗漏水量显著高于红黄泥而导致TN淋失显著增加；紫潮泥的渗漏水量及其TN浓度均显著低于其它两个土壤。稻田淋溶损失的N素形态中，铵态氮占39.7％，有机态氮占56.8％，硝态氮仅占3.5％。3个土壤的TK淋溶损失分别占施K量的14.0％、4.68％和11.5％，但渗漏水TK浓度高低顺序为：红黄泥＞河沙泥＞紫潮泥。不同土壤的TP淋失很小，而且各施肥处理与CK无差异。比较不同施肥处理的养分渗漏损失情况显示，CRNF处理的渗漏水TN浓度最高，3个土壤中均显著高于CK，CF和OM处理仅在河沙泥和红黄泥上显著高于CK；OM和KC1处理的渗漏水TK浓度均显著高于CK。但由于养分淋溶损失是一个长期累积的过程，本试验仅连续2a，而施用不同氮、钾肥源的N、K素淋溶损失差异不显著。洞庭湖区典型稻田土壤施用普通化肥引起TN、TP和TK的径流损失量分别为8.01kg·hm^-2、484.1 g·hm^-2、29.4 kg·hm^-2（3个土壤平均），分别比不施肥增加280％、255％和153％，占施N、P、K量的2.67％、0.74％、11.8％。施肥后20～30 d内发生的径流事件引起的TP（20 d）、TN（20 d）和TK（30 d）损失量最为重要，CF处理早稻20 d内的2次径流TN、TP损失和30 d内的3次径流事件的TK损失分别占全生育期的72.4％、65.6％和87.8％。水稻全生育期内，CRNF和70％CRNF处理导致TN径流损失总量比尿素处理减少了25.1％和28.5％，主要是降低了15 d内发生的第1次径流事件的TN损失量，其后发生的第2次径流因施用尿素和控释肥引起的TN损失差异不显著，与施用控释氮肥导致前期表层水TN浓度显著低于尿素的动态规律相符合。配施猪粪的TN径流损失比施用尿素的降低了24.4％，TP径流损失比施用过磷酸钙却增加了82.9％，TK径流损失与施用氯化钾的差异不明显。模拟状态下洞庭湖区土壤施用普通化肥的双季稻产量为15.2～16.5 kg·hm^-2，肥料N、P、K素利用率分别为27.3～34.7％、22.4％～30.0％、41.2％～60.7％，总养分的农学效率为5.58～7.72 kg·kg^-1，其中红黄泥双季稻产量最高，肥料利用率高于其它2个土壤。双季稻田施用300kg N·hm^-2的CRNF处理表现了最显著的增产优势，3个土壤的平均双季稻总产量比CF增产3.63％，同时也导致了稻草产量的显著提高，并促进了水稻植株和籽粒对N素的吸收，因而CRNF能显著提高水稻对肥料N素的利用率和P、K肥料利用率。施用210 kg·hm^-2CRNF的双季稻增产效果在紫潮泥上最为显著，其它2个土壤也接近最高产量处理，尤其表现在总养分农学效率最高；70％CRNF处理的水稻N素吸收量总体上仅低于300kg N·hm^-2的CRNF处理，由于施N量减少，其N素利用率均高于300 kg N·hm^-2的CRNF处理，这种效果在河沙泥上表现最为显著，比CF处理提高了39.1％。配施猪粪对双季稻也有不同程度的增产效果，尤其在红黄泥上，增产效果高于控释氮肥和尿素；配施猪粪的肥料利用率和农学效率均高于尿素，而且提高了磷素利用率。当前洞庭湖区双季稻田养分平衡状况为：河沙泥和紫潮泥N素略盈余，红黄泥亏缺；红黄泥的N素亏缺体现在促进水稻养分吸收和作物增产方面，紫潮泥养分释放能力弱，水稻茎叶和稻谷中N含量较低是N素盈余的主要原因；稻田P素基本上处于盈余状态，紫潮泥盈余最为显著；稻田钾素均处于亏缺状态，红黄泥与河沙泥亏缺程度更为严重。与化肥相比，配施猪粪激活了土壤磷素，促进了作物增产，使稻田磷素盈余量减少，不失为一种提高肥料利用效率的优良施肥措施。CF处理的土壤N素亏缺表现在耕层土壤碱解氮含量逐年下降，而施用300 kg·hm^-2的控释氮肥尽管也处于亏缺状态，但由于土壤N的矿化和后期控释氮肥的N素释放使耕层碱解氮有所上升。稻田土壤P、K养分平衡状态与耕层土壤速效磷、钾变化基本相吻合，土壤速效磷上升，速效钾下降。土壤剖面养分变化显示，土壤碱解氮、速效磷呈现出在耕层逐年积累、随着剖面层次加深而逐渐减少的趋势；而土壤速效钾则呈现出随着剖面层次加深而升高、耕层土壤速效钾逐年下降的趋势。在GIS技术支持下，结合实际观测与参考文献的经验参数确定了AnnAGNPS模型参数，并利用现场对不同强度、不同时期的多场降雨实测数据进行模型调试和检验，结果表明，AnnAGNPS模型对于洞庭湖区小流域TN、TP输出负荷和径流量的模拟效果较好，流域单位面积氮、磷流失负荷分别为TN 12.2 kg·hm^-2，TP 0.65 kg·hm^-2，而且水稻生长季节5～10月是氮、磷流失的主要时期，分别占全年总流失量的92.2％和87.5％。不同土壤利用类型中，农业面源污染的源强以耕地施用化肥的氮、磷流失最大，分别占总流失量的69.4％和61.9％；林地水土流失引起的氮、磷流失次之，分别占16.2％和18.6％。尽管村庄和菜地单位面积N、P流失负荷较高，但由于小流域属典型的自然村，其利用面积所占的比例较小，故对小流域面源污染的贡献率仍占较小的比例。AnnAGNPS模型可以较好地估算出流域全年TN、TP输出负荷，并预计流域内氮、磷输出时间分布特征，为制定田间水肥管理方案、流域环境规划与管理提供科学依据。