为了实现精确施肥和防治土壤肥力退化，本研究以农业面源污染风险极高的华北高产粮区为对象，通过监测土壤养分的时空变异了解土壤耕作管理及污染等过程对土壤肥力的影响，采用GIS和地统计学相结合的方法对华北桓台县1989年和2006年的土壤碱解氮、速效磷和速效钾的空间分布进行分析。同时采用田间定位观测与的方式系统研究了3种不同种植体系下土壤中化肥氮素的去向、农田水氮的运移规律及其生态环境效应。主要研究结果如下：（1）土壤养分时空变化格局：与1989年相比，2006年土壤碱解氮含量普遍提高，中等水平以上(>91mg·kg^-1)的面积占整个研究区面积的21.23%，含量61⁹0mg·kg^-1的土壤面积增加了7.05%，低含量(<60mg·kg^-1)的面积减少了8.07%。土壤速效磷也大幅度增加，主要是零散的较低级别含量的斑块向高级别转化，丰富级别(>21mg·kg^-1)的面积增加了26.92%，含量缺的(<15mg·kg^-1)地块面积比重下降了52.75%；土壤速效钾含量整体提高，2006年平均含量达118mg·kg^-1，变化最明显的是101¹50mg·kg^-1级别，增幅达25.18%。桓台县各土壤养分含量均有显著提高。（2）不同种植体系下农田氮素淋失特征：玉米-小麦地和韭菜地的土壤水分收入大于支出，均出现土壤水分的渗漏。0²00cm土层剖面硝态氮含量大小顺序为韭菜地>玉米-小麦地>树林地，韭菜地对肥料和水分的需求大，其整体土壤中水氮累积量大于玉米-小麦地和树林地。强降雨和施肥导致韭菜地土壤剖面硝态氮含量普遍较高，土壤硝态氮峰值的下移，传统水分处理方式导致蔬菜地水分渗漏量较大。树林地2m土体水势呈下降趋势，水分供应不足，且施肥量较小，因此土壤深层各剖面硝态氮含量较稳定。2010年的冬小麦季，各种植体系土壤溶液硝态氮的含量处于相对稳定的水平，2011年6、7、8月的强降雨引起土体水分饱和，导致含氮量高的土壤溶液下渗,造成玉米-小麦地和韭菜地土壤溶液硝态氮含量上升。树林地的变化相对平缓，排除误差的可能性，最合理的解释可能是因为树林地的施肥量相对较少，且长期处于轻微干旱胁迫，暂时的降雨不足以引起土壤水分的渗漏和硝态氮的淋失。