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化肥氮的施用对于提高作物产量起着重要作用,但过量施氮并不能增加作物产量,反而会引起土壤和水环境污染,因此合理的水氮管理措施对于农业和环境的可持续发展意义重大。本研究于2008年-2012年在北京东南郊开展了冬小麦-夏玉米轮作喷灌条件下,不同施氮水平对作物生长、土壤水氮动态变化及温室气体排放影响的试验研究,试验设置了6个施氮水平,分别为单季作物施氮0,110,220,330,440,550kg ha-1。并采用根区水质模型(RZWQM)进行了不同灌水条件、不同水文年份及气候变化条件下作物生长和土壤水氮过程模拟研究。主要结论如下：(1)喷灌条件下冬小麦农田0-60cm土层土壤水氮动态变化较大,且根层(0-100cm)没有水氮淋洗。夏玉米季土壤水氮淋洗到100cm以下土层。单季施氮220～550kg ha-1时,土壤氮素锋面在深层土壤中(100-500cmm)的运移速率为50cm yr-1。经过四年轮作试验后,未施氮处理0-200cm土层内土壤氮素处于消耗状态；单季施氮110kg ha-1保持相对稳定土壤氮素,根层土壤氮素渗漏量可以忽略；单季施氮220～550kg ha-1时,0-300cm土壤剖面硝态氮含量显著增加,四年根层土壤氮素淋洗累积量分别为700、1293、1689和2412kgha-1。(2)与未施氮相比,施氮处理冬小麦的干生物量、产量和吸氮量分别增加43%～70%、51%～72%、60%-160%,夏玉米的干生物量、青贮产量和吸氮量分别增加20～48%、26%～41%、30%-63%,各施氮处理之间差异不显著。四年间,单季施氮110～550kg ha-1处理氮素损失总量为348～3136kg ha-1,占施氮量的40%～71%。作物氮素利用效率随施氮量增加而降低。(3)施氮后土壤NH3和N2O排放速率显著增加,且随施氮量增加而增加,N20排放速率小于NH3挥发速率。夏玉米季NH3排放速率高于冬小麦季。不同施氮处理对夏玉米生育期内CO2、CH4的排放没有显著影响。(4)RZWQM可以较好地模拟冬小麦-夏玉米农田土壤水、氮迁移转化过程和作物生长过程。根据模拟结果,在综合考虑经济效益和环境效益的情况下,本文推荐喷灌条件下累积蒸发皿水面蒸发量达到30～70mm时灌溉,灌水量为0.65×(水面蒸发量-降雨量),且作物单季施氮量为110kg ha-1.(5)1952～2014年期间冬小麦的气候生产潜力呈下降趋势。冬小麦季温度增加将缩短作物生育期长度,从而降低产量、生物量和吸氮量；空气相对湿度增加将增加产量、生物量和吸氮量。夏玉米季气象因子的变化对产量和吸氮量没有显著影响。