四川是西南粮食主产区,受地形、化肥价格及农户分散性经营管理等因素的影响,面临因水肥施用不合理导致的粮食产量降低、氮肥资源浪费和土壤环境污染等问题。因此,如何通过科学确定氮肥施用量,提高氮素在紫色土坡耕地上冬小麦-夏玉米耕作体系中的利用率,有效控制其损失,已成为紫色土坡耕地农业可持续发展和长江上游生态安全保障所面临的重要课题之一。本研究通过实地调查与田间实验相结合,探明不同种植年限和不同施肥水平对紫色土的理化特征的影响;观测不同施氮肥水平下玉-麦生长周期内紫色土垂直剖面水分和硝态氮变化特征,监测各施氮肥水平下土壤硝态氮累积量和作物产量,利用HYDRUS-1D模型模拟紫色土水氮运移过程,为确定环境友好的推荐施氮量,控制氮素损失,协调区域内农业和环境的平衡发展,维护长江上游生态安全具有重要的现实意义。主要研究结果如下:（1）通过调查分析典型紫色土坡耕地区夏玉米-冬小麦轮作系统,不同耕种年限土壤的物化性质及经济施氮量。本试验采用紫色土属于粉砂质壤土,由表层到深层不同耕种年限土壤黏粒含量高于未耕种土壤。未耕地、0-5年、5-10年和10-20年土壤平均容重分别为1.61g/cm~3、1.72g/cm~3、1.77g/cm~3和1.71g/cm~3,随着耕作年限的增加而增加。不同种植年限土壤各层之间水分和硝态氮含量变化差异较大（P＜0.05）:0-5年、5-10年和10-20年耕地土壤含水率分别为16.05%-19.82%、16.78%-17.13%和19.19%-21.44%,各耕作层土壤含水率均表现为10-20年耕地土壤含水率高于0-5年和5-10年含水率;土壤硝态氮含量表现为0-5年（7.23-35.02mg/kg）＞10-20年（1.65-8.20mg/kg）＞5-10年（4.23-29.49mg/kg）＞未耕林地（0.11-1.56mg/kg）,施肥水平是影响耕地中硝态氮含量的主要因素（75%）。（2）试验田种植年限中,在冬小麦和夏玉米从播种到苗期阶段,表层（0-20cm）和深层（20-40cm）土壤硝态氮均含量随着施肥量的减少而逐渐减少,表层土壤硝态氮含量高于深层,各小区田的硝态氮平均含量从高到低依次为NE+50%N（33.25mg/kg）＞NE+25%N（27.78 mg/kg）＞NE（25.50 mg/kg）＞NE-25%N（24.82mg/kg）＞NE-50%N（16.19 mg/kg）＞CK（3.39mg/kg）。不同施肥量的耕地土壤容重分布范围在1.27-1.66 g/cm~3,土壤容重随着施肥量的增加而降低。综合分析施氮量,作物含氮量,土壤硝态氮累积量和作物产量,确定推荐环境友好的施氮量为冬小麦季115.89-135.65 kg/hm~2,夏玉米季100.74-120.53kg/hm~2。（3）利用HYDRUS-1D软件进行水氮运移模拟并验证。利用田间试验中各层土壤颗粒组成（砂粒、粉粒、黏粒的百分含量）、容重实测值、降雨及气候数据,利用室内填充土柱,确定模拟模型的边界条件,计算水力参数、α和n,得到模拟值。模拟各层土壤饱和含水量从上到下依次为0.3015 cm~3/m~3、0.3479cm~3/m~3、0.3027 cm~3/m~3、0.3365 cm~3/m~3,硝态氮含量从上到下依次为,14.30mg/kg、2.55 mg/kg、4.59 mg/kg和5.68 mg/kg,整体实测值与模拟值的相关系数分别为0.9669和0.9771。（4）在模型验证合理性的基础上,加入施肥量、自然降雨及作物根系条件,用于模拟紫色土坡耕地小麦季和玉米季水氮运移状况,结果显示六个施肥水平下各层土壤含水率变化范围均在10%-20%之间,玉米期降水丰富,同时气温升高、蒸散发量加大,导致土壤水分含量变化波动性较大,变化范围在10%-40%之间。六个施肥水平下土壤硝态氮含量模拟过程中土壤硝态氮的含量呈现较平稳持续下降趋势,没有明显的峰值,除NE+50%处理0-20cm土层土壤硝态氮含量大于10mg/kg外,其余各田间土壤硝态氮含量均小于8mg/kg。在玉米成熟期,六个小区田各层土壤硝态氮含量均在5mg/kg以下。综合分析可知,在保证粮食质量的前提下,要达到对环境最小的氮素污染,施氮量介于NE和NE-25%N施肥水平之间,是合理的指导意见。通过田间实测和模型模拟研究,明确了紫色土基本理化性质,探明了氮肥施用量是影响紫色土硝态氮含量的主要因素;验证了HYDRUS-1D模型的可靠性,模拟了作物生长期完整的水氮运移,提出了环境友好的推荐施氮量。此研究成果为确定作物生长期内合理追肥时间,预测不同土耕地中硝态氮的残留情况提供技术支持,为硝态氮残留对土壤环境的影响评价环境提供依据,更好的协调区域内农业和环境的平衡发展。