再生水灌溉是缓解水资源短缺地区农业用水压力的重要举措,但是再生水中含有相对较高的盐分、养分及溶解性有机质(DOM)等,再生水灌溉可能增加深层土壤中盐分离子的含量和对地下水的污染风险,增强农田排放温室气体的潜能。本文通过种植夏玉米/冬小麦田间试验,首先研究了不同水氮水平下深层土壤中氮素的迁移特性,以及再生水灌溉下深层土壤中盐分离子的迁移规律；然后率定和验证了再生水灌溉下深层土壤中水盐运移参数,构建了区域模拟模型和评估模型,评估了再生水长期灌溉对地下水的影响；最后借助室内培养试验,一是探讨灌水水质类型(地下水、再生水)、添加氮肥类型(K15NO3、(15NH4)2SO4)和不同含水率(40%、60%和90%WFPS)对土壤N2O排放和氮肥转化的影响机理,二是研究灌水水质类型(地下水、再生水)和氮肥类型(尿素、硫酸铵和缓释肥)对土壤碳和氮矿化的影响机理。获得以下结论：(1)在深层壤土土壤中,3种施氮量(142.5、285.0和427.5 kg Nhm-2)和80 mm灌水定额下NO3--N、NH4+-N和TN主要在0～145 cm土层变化,影响深度为440 cm。在深层非均质土壤中,土壤质地和结构对水分、NO3--N和TN在土壤剖面中的分布有显著影响,土壤结构对NH4+-N在土壤剖面中的分布有显著影响；4种施氮量(0、130、260和390kgNhm-2)和2种灌水定额(52.5和105 mm)下NO3--N、NH4+-N和TN主要在0～400、0～200和0～120 cm土层变化,影响深度为400 cm,而380～450 cm粘质壤土土层对氮素的迁移起到了阻滞作用。(2)在深层非均质土壤中,土壤质地和结构显著影响土壤中盐分离子的含量。3种灌水处理(地下水灌水定额52.5 mm、再生水灌水定额分别为52.5和105 mm)下Na+、Mg2+、SO42-、 HCO3主要在0～120 cm土层中随水分迁移和累积,380～450 cm粘质壤土土层对盐分离子的迁移起到了阻滞作用,减小了对地下水的污染风险。与地下水相比,相同灌水定额的再生水灌溉使土壤中K+、Ca2+和Cl-含量明显增加,3种离子迁移能力较强,分别主要在0～450、0～250和0～120cm土层变化,而影响深度分别为450、450和380 cm。(3)模拟了田间深层非均质土壤中含水率和ECe值,率定和验证了水盐迁移参数。构建了水盐迁移区域模拟模型,结果表明未来50年间通州区和大兴区再生水灌溉包气带底端土壤ECe平均值是0.70和0.85 dS m-1,分别是地下水灌溉的1.40和1.09倍。提出了5个风险指标,构建了区域评估模型,发现通州区和大兴区再生水灌溉盐分对地下水的污染风险分别是地下水灌溉的1.06和1.08倍,而通州区地下水和再生水灌溉的污染风险分别是大兴区的1.75和1.72倍。长期再生水灌溉需要同时考虑再生水中的盐分含量以及包气带结构特性。(4)室内原状土柱添加K15NO3或(15NH4)2SO4并在不同含水率下培养216 h后,不同处理N2O累积排放量为3.78～36.30 mgNm-2,氮肥N2O损失占氮肥总量的0.14%～2.44%,氮肥残留占氮肥总量的10.16%～26.95%。与地下水相比,再生水灌溉土壤在40% WFPS时N2O排放量显著增加了10.98%,在60% WFPS时氮肥残留显著增加了20.95%。灌水水质类型和土壤含水率对氮肥N2O损失具有显著交互作用,灌水水质类型和氮肥类型对氮肥残留也具有显著交互作用,再生水灌溉在特定条件下影响了土壤N2O排放和氮肥转化。氮肥类型和含水率是影响N2O排放量和氮肥转化的2个重要因素。再生水滴灌时控制土壤含水率在41%和60% WFPS之间(最佳含水率为45.5% WFPS)并施用KNO3能减少N2O排放和氮肥N2O损失,增加土壤氮肥残留。(5)室内开展了20 d的碳矿化试验和14周的氮矿化试验,不同处理碳和氮矿化量的平均值分别为73.50～91.37 mg kg-1和52.65～64.04 mg kg-1。与地下水相比,再生水灌溉处理没有显著增加土壤中DOC、DON、有机碳和有机氮的含量,而土壤碳和氮的矿化量分别只增加了3.33%和1.01%。与不施氮肥土壤相比,施尿素、硫酸铵和缓释肥土壤碳和氮的矿化量分别显著增加了14.14%-21.22%和15.81%～22.16%；去DOM后土壤碳和氮的矿化量分别显著降低了9.B3%和14.83%,氮肥和DOM是土壤碳和氮矿化的重要影响因素。(6)综合考虑地下水和再生水灌溉对土壤-地下水-温室气体的影响效应,建议北京和其他类似半湿润气候地区长期再生水灌溉时选择滴灌灌溉,施用NO3-形态氮肥,单季施氮量小于150kg N hm-2,并控制土壤含水率在41%和60% WFPS之间。