黄土高原地区侵蚀、养分流失现象严重,水土养分的流失不仅造成土地质量退化,同时还造成水体环境污染,因此,准确的预测坡面养分流失量对流域管理、农业耕作指导有重要的意义。本文通过室内试验、野外试验、理论分析相结合的方法,研究降雨特性、地形条件、施加PAM等对坡面养分迁移特征的影响,并提出描述坡面水分、泥沙、养分传递的数学模型及参数确定方法。主要研究结果如下:(1)揭示了雨滴击溅和水流冲刷条件下雨滴直径、冲刷流量、化学调控对水土养分运移规律的影响。雨滴击溅作用下,雨滴直径增大会增大径流率和泥沙、养分流失量,在土壤表层覆盖纱布和施用PAM可以有效减少水土养分流失,但二者作用机理不同,覆盖纱布的作用是减小了雨滴动能的影响,施加PAM是改善土壤结构,增强土壤抗蚀性。土槽放水量越大坡面侵蚀量和养分流失量越大,施用PAM处理径流含沙率降低了 27.2%-98.6%,径流氨氮流失量降低了40.0%-63.4%。(2)综合分析了降雨强度、坡面形态、化学调控措施对坡面径流量、径流含沙率以及养分流失规律的影响,提出了试验区适宜的化学调控方式。施用PAM处理能有效减小坡面流速和产沙量,且随施用量的增大逐渐递减,但是坡面径流和养分流失量随PAM施用量的增大呈先减小后增大的趋势。黄土坡面适宜的PAM施用量为1-2g/m2,不宜超过4g/m2。坡面土壤和养分的流失量在不同坡形坡面的排序大致为凸形坡>凹形坡>直形坡,在凸形坡面上施用PAM控制水土养分流失的效果最为明显。(3)建立了考虑降雨过程中土壤表层容重随降雨时间变化的土壤导水率模型和基于运动波方程和Green-Ampt入渗模型为基础的坡面产流模型。考虑雨滴击溅作用下表层容重随时间变化的导水率模型可以很好地描述降雨过程土壤导水率的变化过程。模型参数表层容重的衰减速率与雨滴直径之间存在线性递增关系,土壤表层容重的最大变化量随施加PAM量的增大呈指数下降。土壤饱和导水率随降雨时间变化的径流模型可以很好的描述坡面的径流运动,可为计算复杂的坡面产沙过程及溶质迁移过程提供基础研究方法。(4)提出了不同侵蚀条件下基于土壤剥蚀率参数为时变函数的土壤颗粒和养分随地表径流迁移动力模型,为黄土地区水土养分流失治理提供科学依据。针对坡面产沙过程提出了坡面养分向径流迁移的数学模型,通过雨滴击溅、水流冲刷和野外降雨试验数据对模型进行验证和参数确定。结果显示交换层深度随降雨强度、雨滴直径的增大而增大,随PAM施用量的增大而减小。对比混成层深度模型,考虑侵蚀作用的养分迁移动力模型的模拟效果要优于混合层深度模型。