本文针对南方地区自然条件和耕作特点,综合考虑施肥、灌溉和秸秆作用等影响因素,通过模拟试验和理论分析,研究秸秆覆盖条件下小麦生育期内的土壤氮素时空分布转化规律,寻求最优养分拦截与利用方式,采用人工神经网络模型对土壤氮素分布运移规律进行模拟预测,并对土壤排水污染进行综合评价。研究的主要结果如下:(1)秸秆覆盖、施肥量和灌水量对氮素迁移、转化和积累影响显著。在秸秆覆盖条件下,通过适时控制土壤含水率、灌水方式、施肥量可以提高土壤氮素利用率、降低土壤氮素流失率。从控制污染和提高产量两方面综合分析可知中等施氮及秸秆覆盖处理为较优处理。(2)人工神经网络在模拟氮素在土壤中的运移、转化、吸附、利用和污染评价等高度的非线性过程时,较动力学角度分析有优势,精度较高。神经网络用于土壤硝态氮运移和分布模拟预测时的样本检验相对误差值和波动幅度都比较小,表明网络具有较强的稳健性,网络的拟合精度较高,可以用作硝态氮迁移和分布的模拟。(3)秸秆覆盖处理条件下土壤排水比无秸秆对照处理的水质好,其中以中等施氮及秸秆覆盖条件下排水水质状况较优,表明秸秆覆盖对农田水环境具有改善作用。本文研究成果可以提高对秸秆覆盖农田非饱和土壤氮素迁移转化规律的认识,对控制农业面源污染、构建农田水分安全循环系统具有特别重要的意义。