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氮是自然界中最重要的生源要素之一。随着人类活动的增加,氮循环过程受到了一定影响。化学肥料的不合理施用、化石燃料的燃烧、汽车尾气排放都直接或间接引起大气中氮浓度升高,加剧了氮沉降,导致酸雨、水体富营养化和土壤酸化等一系列环境问题。从全球尺度来看,在1860~1960年人为活性氮(Nr)的产生增长较慢,但在近50年来呈加速增长态势,由1860年仅为15 Tg攀升到1995年的156 Tg,直至2005年的187 Tg。目前,我国大气氮素沉降通量平均达到8.85Tg?a-1,成为继欧洲和美国之后的第三大氮沉降区。我国位于地球环境变化最快的季风气候区,在流域尺度研究氮的输入与输出,有利于制定针对性措施控制和管理氮素流失,减轻氮素流失对生态环境的影响。目前,我国对流域氮污染的研究大多集中在长江、黄河和珠江等大河流域以及巢湖、太湖和滇池等主要湖泊流域,对于亚热带丘陵地区农业流域的研究相对较少。本研究以江西千烟洲农业生态系统的典型小流域——香溪河流域为研究区,连续监测该地区的大气氮沉降、森林林冠对氮湿沉降的截留作用和地表径流等过程;采用同位素示踪手段解析流域内氮污染来源,揭示流域内氮循环过程以及对流域内水体水质的影响。获得如下主要研究结果:1.2014年香溪流域降雨量为1330.5 mm,氮沉降通量达到41.72 kg?hm-2,不同降雨量的次降雨事件雨水中氮浓度存在差异,其中小雨中总溶解性氮(DTN)和溶解性无机氮(DIN)浓度较其它类型降雨浓度高。2014年总径流量2.74?105 m3,降雨量与径流量之间呈正相关关系,最高值均出现在6月;雨水的pH值范围为5.83~4.68,酸雨发生率约为75%。在2014年春季无降雨条件下,流域内水体中游的氮素浓度较高,下游最低,总氮(TN)浓度最大值为12.10 mg?L-1。次降雨-径流事件下,DTN、硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)浓度最大值均出现在小雨中,在暴雨中最小,其原因是暴雨稀释了流域水体中各形态氮的浓度,也与当地施肥周期有关。2.氮输出负荷的高值集中在雨季,降雨越多,氮输出量越高,3~6月TN输出负荷占全年的92.79%,全年流域内氮素输出量受雨季控制。流失的氮素形态中,NO3--N占DTN输出负荷的54.84%,DTN主要以硝态氮的形式流失;PN(颗粒态氮)流失量占TN输出负荷的54.98%,PN是TN输出的主要形式。流域内大气氮湿沉降对河流氮素贡献量为385.2~511.1 kg,约占氮肥贡献率的4.3%~5.7%,2014年3~6月的6场降雨的氮素贡献量最低为3.06~4.06 kg(小雨),最高为30.62~40.63 kg(暴雨)。说明次降雨事件对流域氮素流失贡献很大,降雨强度越高,贡献率越大。3.2014年冬季湿沉降的主要物质是氮和硫,N、S、C和P的沉降通量分别为4.31、14.57、2.03和0.19 kg?hm-2。冬季林下穿透雨中,各林种间营养组分增幅比例存在差异,森林林冠对DOC、TP、DTN和NH4+-N存在明显的离释作用,对TN、SO42-有一定的吸收作用,阔叶类的林下穿透雨中各浓度的增加幅度比针叶类明显。其中,阔叶林(木荷)对TP和DOC的离释作用最强,沉降通量增幅分别为10.6倍和5.3倍;马尾松对SO42-和NO3-的吸收作用最显著,吸收率分别达到28.38%和10.83%,对酸雨有一定的缓冲作用。4.δ15N值的变化范围为+11.022‰~+20.648‰,δ18O值的变化范围为+17.622‰~+13.239‰,研究区属于农田生态系统,硝酸盐的主要来源是化学肥料、生活污水和动物粪便。河流下游水体污染源受人为活动干扰,存在较明显的反硝化作用。5.研究区夏季溶解氧最低,低于5 mg?L-1,属于III类水质;春、秋和冬季溶解氧均高于7.5 mg?L-1,达到I类水质标准。2014年降雨和非降雨条件下整条河流的pH值均超过7,2015年香溪河下游pH的平均值为6.77,说明大气降雨和人为活动对河流的影响较大,应当引起重视。流域水体中TN浓度均超过河流富营养化阈值(1.5 mg?L-1),根据地表水环境质量标准(GB 3838-2002)中总氮与氨氮浓度值划分,研究区水质范围为III类到IV类之间。尽管千烟洲试验区还没有出现富营养化,但也要注意大气氮沉降对农田生态系统养分输入的贡献。