水资源短缺和氮肥施用的农田生态系统氮（N）素利用和氮素盈余的环境影响问题已受到全球范围普遍关注。当前,喷滴灌施肥灌溉生产提高产量优势研究成果较多,然而,针对喷滴灌施肥灌溉与传统沟灌比较,氮素利用、氮素盈余、氮循环和氮平衡问题系统研究需要进一步加强。本研究以内蒙古阴山南麓马铃薯（Favorite）田为研究对象,通过连续三年野外原位观测试验,应用随机区组设计,设置喷灌施肥灌溉处理、滴灌施肥灌溉处理、以传统沟灌处理为参照,每种灌溉生产方式设施肥和不施肥处理,共6个处理。利用通气法、静态暗箱-气相色谱法和数值模拟法,定量化确定喷滴灌施肥灌溉与传统沟灌比较的马铃薯田土壤水氮时空变化、马铃薯氮素利用、土壤NH₃、N₂O排放过程、特征、强度及驱动机制的影响规律,揭示喷滴灌施肥灌溉马铃薯田氮平衡机制,建立氮素管理指标体系,为客观评判喷滴灌施肥灌溉生产方式氮素管理水平和环境效应提供科学依据,探寻有利于实现农业生产效益和和环境效应双赢的生产体系原理构建提供数据支撑。主要结果如下:（1）马铃薯田野外原位观测结果表明,和传统沟灌比较,喷滴灌施肥灌溉条件利用马铃薯生长。喷滴灌施肥灌溉和传统沟灌施用等量氮肥273.0 kg N·ha^-1,滴灌施肥灌溉马铃薯产量最高,在45.23-48.08 t·ha^-1之间;喷灌施肥灌溉马铃薯产量次之,为39.59-42.39 t·ha^-1;传统沟灌产量最低,为29.84-35.36 t·ha^-1。滴灌处理分别比喷灌和沟灌处理产量增加13.4%-17.6%和36.0%-51.6%;喷灌处理比传统沟灌生产方式增加19.9%-32.7%。（2）阐明了喷滴灌施肥灌溉马铃薯田土壤水分时空分布规律。喷滴灌施肥灌溉生产方式不会发生深层水分渗漏。喷滴灌施肥灌溉土壤水分剖面垂直分布为0-30cm水分活跃层,水分分布均匀,平均含水量分别为19.7%、18.9%。喷灌30-40cm土体和滴灌20-30 cm水分骤变层,喷灌40-60 cm土体和滴灌30-40 cm水分缓慢降低,喷灌60-120 cm土体,滴灌40-120 cm土体水分相对稳定层。沟灌方式0-80 cm土体水分随深度加深而升高,湿润层达80 cm,平均含水量23.7%。土壤水分水平方向呈现规律:滴灌在离滴头水平方向0-10 cm水分含量高,喷灌在喷头正下方10-20 cm土体水分含量最高,沟灌方式距垄中心40 cm水分含量最高。（3）揭示了喷滴灌施肥灌溉马铃薯田土壤N时空变化特征,确定了不同灌溉生产方式土体NO₃^--N截留量。不同灌溉生产方式不同土层NO₃^--N浓度存在显著差异（p<0.01）。滴灌施肥灌溉土壤NO₃^--N含量在马铃薯根区10-30 cm土体出现累积,最高值出现在水平离滴头10 cm、深度10-20 cm土体,平均为27.58 mg·kg^-1;喷灌施肥灌溉生产方式NO₃^--N浓度在马铃薯根区附近20-40 cm土体出现累积,最大值出现在水平距喷头20 cm、深度20-30 cm土体,平均为34.52 mg·kg^-1;传统沟灌方式土壤0-30 cm土体NO₃^--N含量较低,马铃薯根区以外,30-80 cm土体却有较明显增加,最大值出现在40-80 cm土体,平均为73.66 mg·kg^-1。0-120cm滴灌土壤氮截留量平均为54.6 kg·ha^-1,喷灌土壤氮截留量平均为72.27 kg·ha^-1,传统沟灌是滴灌施肥灌溉土壤的4.72倍,是喷灌的3.57倍。传统沟灌生产0-120cm土体氮截留逐年增加,而喷滴灌施肥灌溉土壤氮截留量逐渐降低。（4）揭示了喷滴灌施肥灌溉马铃薯各器官氮积累和氮素分配规律,分析了马铃薯对氮需求关键时期。三种不同灌溉生产方式马铃薯根、茎、叶N素累积量从出苗后逐渐增加,块茎膨大期最大,滴灌施肥灌溉马铃薯叶氮素累积量最高,平均为881.6 mg·株^-1,传统沟灌马铃薯叶的氮素累积量最低,平均为504.3 mg·株^-1,成熟期降低。薯块N素累积量从苗期到成熟期呈升高趋势。三种灌溉方式中,氮素分配比例在苗期和块茎形成期,叶的氮素分配比例最高;和传统沟灌比较,滴灌施肥灌溉马铃薯叶的氮素分配比例最高,平均达42.6%,传统沟灌马铃薯叶N素分配比例最低,平均达29.9%;块茎膨大期与成熟期,薯块氮素分配比例最高。块茎形成期至块茎膨大期属于马铃薯N供给重要时期。（5）明确了喷滴灌施肥灌溉马铃薯田土壤N₂O排放变化特征和影响因子。土壤水分含量、土壤温度与土壤N₂O排放呈显著正相关。与传统沟灌比较,喷滴灌施肥灌溉生产方式能显著降低N₂O排放,具有明显减排效果。不同灌溉生产方式马铃薯田土壤N₂O排放通量存在明显季节变化,均在7、8月份出现排放高峰。滴灌施肥灌溉土壤N₂O平均累积排放量为137.29 mg m^-2,喷灌土壤为164.63 mg m^-2,沟灌土壤为323.72 mg m^-2。与传统沟灌比较,滴灌施肥灌溉增温潜势降低50.0%-65.5%;喷灌施肥灌溉降低40.7%-59.7%。（6）确定了喷滴灌施肥灌溉马铃薯田土壤NH₃排放过程和强度的驱动机制。与传统沟灌处理比较,滴喷灌施肥灌溉生产方式能显著降低NH₃排放。NH₃排放通量与土壤温度（r=0.81,p<0.01,n=36）、土壤水分含量（r=0.80,p<0.01,n=36）、NH₄⁺-N（r=0.76,p<0.01,n=36）和NO₃-N含量（r=0.74,p<0.01,n=36）均呈极显著正相关。逐步回归分析表明,NH₃排放通量可由土壤NH₄⁺-N和土壤NO₃^--N确定的逐步回归方程决定（r²=0.85,n=36,p=0.001）。不同灌溉生产方式马铃薯田土壤NH₃排放追肥期显著高于基肥期,峰值出现在追肥后2-7天,7、8月NH₃排放量最高。传统沟灌生产方式NH₃累积排放量最高,平均为118.68 kg·ha^-1;喷灌施肥灌溉累积排放量最低,平均为69.58 kg·ha^-1;滴灌施肥灌溉土壤NH₃累积排放量比传统沟灌NH₃排放平均减少33.03%;喷灌施肥灌溉土壤NH₃累积排放量与传统沟灌相比平均减少39.83%。（7）阐明了喷滴灌施肥灌溉马铃薯N肥利用特征,明确了喷滴灌施肥灌溉马铃薯田具有高效氮素管理水平。喷滴灌施肥灌溉高氮肥利用率减少氮素进入环境的损失。喷滴灌施肥灌溉可显著增加N肥利用率、农学效率和偏生产力。滴灌施肥灌溉马铃薯N肥利用率最高,为68.13%-83.84%;喷灌施肥灌溉次之,为65.20%-76.22%;滴灌施肥灌溉氮肥利用率是传统沟灌2.50-2.62倍,喷灌是传统沟灌的2.30-2.50倍。滴灌施肥灌溉马铃薯平均吸氮量417.63 kg·ha^-1,喷灌马铃薯359.70 kg·ha^-1,传统沟灌162.00 kg·ha^-1。（8）揭示了喷滴灌施肥灌溉马铃薯田氮输入、输出、盈余及平衡规律。喷滴灌施肥灌溉生产方式显著降低马铃薯田氮素盈余量,与传统沟灌相比,降低45.6%-61.8%。喷滴灌施肥灌溉明显减少N素淋失、NH₃排放、N₂O排放损失,减轻环境代价。针对传统沟灌,施氮量是马铃薯田氮素主要输入项,马铃薯收获N和土壤N截留是主要输出项。针对喷滴灌施肥灌溉,施N量和土壤矿化N是主要输入项,马铃薯N吸收是主要输出项。氮素气体损失主要途径是NH₃排放损失。