农业面源污染是引起受纳水体水质恶化的重要原因之一,威胁着人类的生产生活安全。但因其排放时间及频率的不确定性、排放区域的广泛性、发生机理的复杂性以及模拟与控制的困难性等特征,而难以得到有效的治理。如何科学地认识并有效地控制农业面源污染已成为当前亟待解决的重大科学与应用问题。巢湖是我国富营养化程度最为严重的淡水湖泊之一,农业面源污染是引起其水质恶化的重要污染源之一,已严重制约了该区域经济、社会的可持续发展。为了有效控制巢湖流域的农业面源污染,开展农业面源污染源解析技术研究并筛选出适域性的控制技术,是当前最现实和最迫切的任务。本研究以巢湖流域为研究单元,通过综合运用野外区域调研、氮氧同位素示踪技术(δ¹⁵N和δ¹⁸O)、室内化验分析和模型计算等多种研究方法,分析了巢湖典型支流店埠河水系中各形态氮浓度及硝酸盐氮氧同位素特征值的时空变化特征,引入稳定同位素源解析模型（SIAR）识别并定量评价了各污染源对硝酸盐的贡献率,在此基础上,研究了各污染源在源头-沟渠-河道迁移过程中的变化特征。同时,依托农业面源污染长期定位观测基地,系统研究了巢湖流域典型种植模式下农田（坡耕地及水旱轮作田）的水土及不同形态的氮磷迁移特征,明确了其迁移转化规律,深入探讨了不同农艺措施（植物篱、秸秆还田、等高垄作和优化施肥等）对农田氮磷流失的控制效应,并评价了其对作物产量的影响。本文取得的主要研究结果如下:（1）稳定氮氧同位素(δ¹⁵N和δ¹⁸O)的定性识别结合同位素源解析模型（SIAR）的定量计算表明,巢湖典型支流店埠河水体硝酸盐主要来源于粪肥污水、化肥以及土壤有机氮的矿化。不同水期河流氮的主要来源具有差异性。丰水期时,上游水体硝酸盐主要来源于化肥的施用（贡献率30%）和粪肥污水的排放（贡献率28%）,而中下游则主要来源于粪肥污水的排放（36%）和土壤有机氮的矿化（27%）;枯水期时,粪肥污水的排放是整个店埠河硝酸盐的主要污染源（上游贡献率38%,中下游则为48%）。综合而言,4类污染源贡献率分别为:大气沉降源7%～18%,土壤源24%～29%,化肥源18%～30%,粪肥污水源28%～48%。（2）巢湖典型支流店埠河水体各形态氮浓度及硝酸盐氮氧同位素特征值具有明显的时空变异性。上游区域水体总氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）在丰水期的平均浓度（4.87 mg/L和2.73 mg/L）显著高于枯水期（3.09 mg/L和1.17 mg/L）,铵态氮（NH₄⁺-N）平均浓度则是枯水期（1.10 mg/L）较丰水期高（0.52 mg/L）;中下游区域水体TN、NO₃^--N和NH₄⁺-N在丰水期的平均浓度（6.62 mg/L、3.23 mg/L和1.57 mg/L）显著低于枯水期（10.52 mg/L、4.26 mg/L和3.66 mg/L）。水体无机氮主要以NO₃^--N形态存在,而污水则以NH₄⁺-N为主。δ¹⁵N-NO₃^-值丰水期（平均值5.02‰）较枯水期（平均值6.38‰）低,而δ¹⁸O-NO₃^-值则是丰水期（平均值9.17‰）高于枯水期（平均值4.50‰）。（3）植物篱（PH）、植物篱+秸秆覆盖（PHS）和等高垄作（CR）3种水土保持措施可以有效地减少巢湖流域坡耕地地表径流量和土壤流失量。在当地常规顺坡耕作条件下（CK）,年地表径流量及土壤侵蚀量分别为76.55 mm/a和767.10kg/（hm².a）。与CK相比,PH、PHS和CR可分别减少24.5%、36.5%和19.7%的径流流失和31.0%、45.6%和25.4%的土壤流失,表现出显著的水土保持作用,且减沙效果大于减流效果。PH、PHS和CR3种水土保持措施能够有效减少坡耕地TN、PN（颗粒态氮）和NH₄⁺-N的径流损失。CK条件下,径流TN浓度范围是0.73～22.82 mg/L,其中PN和溶解态总氮（DTN）所占TN的比例基本相当,在DTN中,以NO₃^--N为主,约占DTN的54.0%～63.7%,DON约占DTN的22.6%～31.3%,NH₄⁺-N仅占12.2%～18.7%。PH、PHS和CR3种水土保持措施可以显著地降低径流PN的浓度,但却提高了DTN、NO₃^--N、DON（可溶态有机氮）的浓度,而对TN、NH₄⁺-N的浓度无显著影响。CK条件下,氮素地表径流流失负荷为9.35 kg/（hm².a）,占当年作物施氮量的2.83%,其中PN、DTN、NO₃^--N、NH₄⁺-N和DON的流失负荷分别占TN的50.3%、49.7%、28.6%、8.6%和12.5%。与CK相比,PH、PHS和CR的TN径流损失量分别降低了28.3%、40.7%和21.2%（P<0.05）,PN的降低幅度则分别为58.4%、71.1%和44.5%（P<0.05）,NH₄⁺-N的降低幅度则分别为32.8%、48.6%和28.3%（P<0.05）。3种水土保持措施对氮素输出的控制效应主要通过减少径流量和降低颗粒态氮的浓度来实现的。PH、PHS和CR3种水土保持措施也显著减少了坡耕地TP（总磷）和PP（颗粒态磷）的径流损失。CK条件下,径流TP的浓度范围是0.61～1.22 mg/L,其中PP约占TP的71.5%～81.7%,PP是磷地表径流迁移的主要形态。在DTP（溶解态总磷）中,D-Ortho-P（溶解态正磷酸盐）所占比例较大,为87.4%～90.7%,DOP所占比例较小,仅占9.3%～12.6%。与CK相比,PHS、PH、CR3种农艺措施显著降低了径流PP和TP的浓度（P<0.05）,但与此同时却不同程度的提高了DTP和D-Ortho-P的浓度,而对DOP（溶解态有机磷）的浓度无显著影响（P>0.05）。CK条件下,磷素地表径流流失负荷为706.29 g/（hm².a）,占当年作物施磷量的0.98%。PP、DTP、D-Ortho-P和DOP的流失负荷分别占TP的75.0%、25.0%、22.3%和2.8%。与CK相比,PH、PHS和CR3种水土保持措施TP的径流流失负荷分别降低了38.4%、53.8%和33.4%（P<0.05）,PP的降低幅度则分别为49.0%、67.6%和41.0%（P<0.05）,同时也不同程度降低了DTP、D-Ortho-P和DOP的径流损失量。与氮相似,3种水土保持措施对磷素输出的控制效应主要通过减少径流量和降低颗粒态磷的浓度来实现的。（4）肥料施用后8-10 d内是控制巢湖流域水旱轮作田水稻季氮磷流失的关键时期。连续两年的秸秆还田条件下稻田田面水氮磷动态变化试验研究表明,稻田施肥后（尿素、过磷酸钙和氯化钾）第2天或第4天田面水的TN、DTN、NH₄⁺-N和TP的浓度达到峰值,然后随着时间的推移而迅速下降,至8～10 d后趋于稳定,其中TN、DTN和TP浓度随时间下降的最优拟合回归方程为:Y=C₀×e^-kt。翻耕条件下秸秆还田能有效降低这一时期田面水较高的TN、DTN、NH₄⁺-N和TP的浓度,有利于消减整个生育期的氮磷损失,从而能够降低氮磷流失的风险。（5）巢湖流域水旱轮作田氮磷径流损失在水稻季和旱作季呈现出不同的特点。连续7季（3季水稻,2季小麦和2季油菜）的农田氮磷流失监测试验表明,水稻季氮磷径流损失风险远高于旱作季。当地常规耕作条件下（CK）,水稻季径流TN和TP的浓度范围分别为0.73～15.33 mg/L和0.07～0.50 mg/L,旱作季则分别为2.12～4.01 mg/L和0.11～0.30 mg/L,几次高浓度的氮磷损失均发生在水稻季。氮主要以DTN的形式进行迁移,PP却是磷迁移的主要方式。NH₄⁺-N和NO₃^--N所占DTN比例在水稻季的差异比较大,主要与径流-施肥时间间隔以及水稻的生育期有关,而在旱作季DTN则以NO₃--N为主,NH₄⁺-N所占比例则较小。巢湖流域水旱轮作田TN和TP径流损失量分别为3.07～7.29 kg/hm²和238.08～376.48 g/hm²,分别占施氮量的0.9%～2.2%和施磷量的0.36%～0.57%,氮磷的径流损失主要发生在水稻季。由于降雨事件的偶然性以及追肥采用表施的方式,优化施肥对氮素径流损失的影响具有很大的不确定性,径流流失风险难以控制,但在一定程度上可以减少磷的损失。秸秆还田在翻耕和免耕条件下均可有效降低氮素流失负荷,使得氮素流失潜能大大减小。免耕条件下秸秆还田尽管可以减少旱作季磷的流失,但却显著增加了稻季磷的流失风险。因此,从控制水旱轮作田氮磷养分流失的角度来看,在巢湖流域,秸秆还田与翻耕相结合更能有效地降低氮磷养分的损失风险。整体而言,本研究利用稳定氮氧同位素的定性识别结合SIAR模型的定量计算,较为精确地解析了河道氮素的来源。农田氮素面源污染是河流氮素的主要污染源,从源头上采取不同的农艺措施控制污染物的产生是巢湖流域农业面源污染控制的关键和最有效的策略。巢湖流域的坡耕地采取植物篱结合秸秆还田,水旱轮作田采取翻耕结合秸秆还田的农艺措施对农田面源污染物具有显著地控制效应,可在研究区域及类似流域进行推广利用。