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目前,我国已经成为世界上氮肥施用量最多的国家,但氮肥利用效率远低于世界平均水平。较低的氮素利用率不仅会造成资源浪费,还会引起严重的生态环境污染。因此,深化氮肥转化机理是解决氮肥投入效率瓶颈问题的重要前提,是从根本上解决环境污染的有效手段之一。论文采用室内培养试验和理论分析与模拟相结合的研究方法,对不同含水量（θ）（60%田持、80%田持、100%田持）、施氮量（F）（247 mg/kg、309 mg/kg、371 mg/kg、433mg/kg）和温度（T）（15℃、20℃、25℃、35℃）耦合条件下土壤尿素转化动力学和热力学特性进行研究,主要研究结论如下:（1）对水氮热耦合条件下尿素水解动力学特性进行了试验分析。结果表明水、氮、热及其耦合效应对脲酶活性（V0）、尿素水解速率常数（Ku）和水解半衰期(H1/2)的影响大小均表现为:T>F>θ>T*F>T*θ>F*θ>T*θ*F。水、氮和热对水解动力学过程的重要度分别为10.4%、26.8%和62.8%。构建了尿素水解参数的水热耦合模型Ku（θ,T）、水氮耦合模型Ku（θ,F）、热氮耦合模型Ku（T,F）及两种水氮热耦合模型[Ku-1（θ,F,T）和Ku-2（θ,F,T）],模型平均相对误差分别为1.89%、2.15%、4.75%、2.89%和4.01%。（2）对水氮热耦合条件下尿素水解热力学特性进行了试验分析。结果表明水、氮及其耦合效应对水解活化能的影响大小表现为:F>F*θ>θ。水、氮和温区Tzone及其耦合效应对水解温度系数Q10u的影响大小表现为:Tzone*F>Tzone*F*θ>F>θ>Tzone>F*θ>Tzone*θ。各个因素及其耦合作用对活化焓ΔHu的影响大小表现为:F>θ>T>F*θ>T*F>T*θ>T*F*θ,对活化自由能ΔGu的影响大小表现为:T>F>θ>T*F>T*θ>T*F*θ>F*θ,对活化熵负值-ΔSu的影响大小表现为:T>F>T*F>T*F*θ>θ>T*θ>F*θ,对活化度lgNu的影响大小表现为:T>F>θ>T*F>T*F*θ>T*θ>F*θ。尿素水解反应速率由ΔHu和ΔSu共同决定,尿素水解属于焓熵双控的吸热反应。（3）对水氮热耦合条件下铵态氮转化动力学特性进行了试验分析。结果表明水、氮、热及其耦合效应对铵态氮转化速率常数(KNH)的影响大小表现为:T>θ>T*θ>F>T*F>T*θ*F>F*θ。水、氮和热对铵态氮转化动力学过程的重要度分别为39.1%、8.3%和52.6%。构建了铵态氮转化动力学参数的水热耦合模型KNH（θ,T）、水氮耦合模型KNH（θ,F）、热氮耦合模型KNH（T,F）及水氮热耦合模型KHN（θ,F,T）,模型平均相对误差分别为3.5%、1.3%、4.3%和3.44%。（4）对水氮热耦合条件下铵态氮转化热力学特性进行了试验分析。结果表明水、氮及其耦合效应对铵态氮转化活化能的影响大小表现为:F*θ>F>θ。水、氮、温区Tzone及其耦合效应对温度系数Q10NH的影响大小表现为:Tzone>Tzone*F*θ>θ>Tzone*F>F*θ>Tzone*θ>F。各因素及其耦合效应对活化焓ΔHNH的影响大小表现为:T*F*θ>θ>F*θ>T*F>F>T*θ>T,对活化自由能ΔGNH的影响大小表现为:T*F*θ>T>T*F>F*θ>T*θ>F>θ,对活化熵ΔSNH的影响大小表现为:T>T*θ>T*F*θ>F*θ=F>T*F>θ,对活化度lgNNH的影响大小表现为:T>θ>T*F*θ>T*θ>F>T*F>F*θ。铵态氮转化速率由ΔHNH和ΔSNH共同决定,铵态氮转化过程属于焓熵双控的吸热反应。（5）对水氮热耦合条件下氨挥发动力学特性进行了试验分析。结果表明水、氮、热及其耦合效应对氨挥发速率常数（KN）的影响大小表现为T>F>θ>T*F>T*θ>F*θ>T*θ*F。水、氮和热对氨挥发动力学过程的重要度分别为12.2%、17.9%和69.9%。构建了氨挥发动力学参数的水热耦合模型KN（θ,T）、水氮耦合模型KN（θ,F）、热氮耦合模型KN（T,F）及水氮热耦合模型KN（θ,F,T）,模型平均相对误差分别为4.36%、3.99%、4.54%和3.44%。（6）对水氮热耦合条件下氨挥发热力学特性进行了试验分析。结果表明水、氮及其耦合效应对氨挥发活化能的影响大小表现为:θ>F*θ>F。水、氮、温区Tzone及其耦合效应对氨挥发温度系数Q10N的影响大小表现为:F>F*θ>Tzone*θ>Tzone*F*θ>Tzone*F>θ>Tzone。各个因素及其耦合作用对活化焓ΔHN的影响大小表现为:T*F*θ>T*F>θ>F>F*θ>T>T*θ,对活化自由能ΔGN的影响大小表现为:F>T*F*θ>T*F>F*θ>T*θ>T>θ,对活化熵负值-ΔSN的影响大小表现为:T>T*F*θ>T*F>T*θ>F*θ>F>θ,对活化度lgNN的影响大小表现为:T>F*θ>θ>T*F*θ>T*F>T*θ>F。氨挥发速率由ΔHN和ΔSN共同决定,氨挥发过程属于焓熵双控的吸热反应。（7）对水氮热耦合条件下硝化动力学特性进行了试验分析。结果表明水、氮、热及其耦合效应对硝化速率常数(KNO)的影响大小表现为:T>θ>T*θ>F>T*F>F*θ>T*θ*F。水、氮和热对硝化动力学过程的重要度分别为3.5%、44.6%和51.9%。构建了硝化动力学参数的水热耦合模型KNO（θ,T）、水氮耦合模型KNO（θ,F）、热氮耦合模型KNO（T,F）及水氮热耦合模型KNO（θ,F,T）,模型平均相对误差分别为3.49%、3.81%、3.02%和2.57%。（8）对水氮热耦合条件下硝化热力学特性进行了试验分析。结果表明水、氮及其耦合效应对硝化活化能的影响大小表现为:F>F*θ>θ。水、氮、温区Tzone及其耦合效应对硝化温度系数Q10NO的影响大小表现为:Tzone>Tzone*θ>Tzone*F>F>Tzone*F*θ>θ>F*θ。各个因素及其耦合作用对活化焓ΔHNO的影响大小表现为:T*F*θ>T*F>F>T>F*θ>θ>T*θ,对活化自由能ΔGNO的影响大小表现为:θ>T*F*θ>T*θ>F*θ>T*F>T>F,对活化熵负值-ΔSNO的影响大小表现为:θ>T*F>T*F*θ>F*θ>T*θ>T>F,对活化度lgNNO的影响大小表现为:θ>T*F*θ>F*θ>T*F>F>T*θ>T。硝化速率由ΔHNO和ΔSNO共同决定,硝化过程属于焓熵双控的吸热反应。（9）在对尿素转化动力学和热力学特性分析基础上,构建了以含水率、温度、施氮量、电导率、PH和时间为输入,铵态氮、硝态氮和氨挥发含量为输出,改进聚类方法与全传递神经网络相结合的新型尿素转化预测模型（MCA-F-ANN）。当采用MCA-F-ANN模型进行土壤氮素含量预测时,铵态氮、硝态氮和氨挥发含量的平均相对误差分别为3.180%、2.756%和3.656%,该模型具有较高的模拟精度。