大规模农业开发活动引起的非点源氮污染已严重影响农业区的可持续发展。经济增长和人口膨胀以及粮食危机迫使人类对自然生态环境的开发强度逐渐增加,导致大量生态系统结构被改变,过度的垦殖和农药、化肥滥用导致区域环境污染和生态环境破坏等问题日益严重,进而威胁粮食生产安全。虽然非点源污染的研究已经取得了很多成果,但对于特殊历史条件影响下的三江平原,目前还存在很多问题,尤其缺少适用于本地研究的完善的系统理论和机理模型。怎样结合本地水文特征,将氮素循环过程和水文模型相耦合,如何在此基础上利用遥感驱动模型,实现空间尺度的扩展,揭示流域尺度氮素迁移过程,这都是三江平原环境研究中亟待解决的问题。本研究围绕这两个问题开展研究,探索大规模农业活动影响下的氮素迁移时空变化规律,主要研究内容及结论如下:　　(1)论文以东北三江平原为研究对象,分析人类农业开发活动影响下的流域尺度氮迁移过程,揭示流域尺度氮迁移时空规律。首先基于EcoHAT系统构建农田尺度氮素循环模型,将田间土壤氮素转化过程与遥感驱动的时变增益水文模型(RS-DTVGM)进行耦合,利用水文模型中的径流作为营养氮素地表迁移的动力因子,构建流域尺度氮迁移模型(RS-WNTM)。基于ENVI/LDL平台开发了模型系统,实现了水文过程驱动氮元素迁移。　　(2)在研究区内结合野外原位观测实验和模拟降雨实验,获取农田土壤水分和氮迁移过程,为模型的调参和验证提供依据。以SRTM数据、MODIS数据产品和GLDAS陆地产品等遥感数据作为主要数据源,获取模型中所需的气象及生态水文要素。在确保时空间连续性基础上,各类数据通过进行时间和空间的补值及插值获得;对于遥感数据不能直接获得,而需要模型计算的简单参量,利用遥感数据作为主要输入,利用模型模拟获取;对于依靠气象站点空间插值获得的气象数据,利用克里金方法插值获得。然后从不同时间尺度上对遥感产品在三江平原地区的精度进行了评价,分析认为气温、风速、湿度、净辐射都有很好的效果。最后在对以上各类数据进行精度分析的基础上,选择合适的数据输入作为模型的驱动　　(3)在多源遥感数据以及水文气象观测数据基础上,建立了三江平原生态环境空间数据库,利用已构建的遥感驱动流域尺度氮迁移模型中的水文模块,基于能量平衡原理和FAO-Penman公式,估算日潜在蒸散发,进而模拟三江平原实际蒸散发,与地面实测数据进行对比发现模拟结果较好。以三江平原典型流域-挠力河流域为例,利用MODIS和GLDAS数据产品,推求RS-DTVGM的水文变量与参数,构建挠力河流域水文空间信息数据库,开展流域水文过程数值模拟,并验证模型的精度。结果显示,水文过程模拟结果与实测数据的相关系数R2为0.6-0.8,说明RS-WNTM中的DTVGM水文模型能够很好的反映挠力河流域的水文过程。　　(4)基于三江平原生态环境空间数据库,利用构建的遥感驱动的流域氮迁移模型(RS-WNTM)进行模拟计算。首先估算了三江平原土壤侵蚀,结果表明三江平原2010年水土流失情况并不严重,侵蚀以微度侵蚀为主,而且总的侵蚀面积占总面积的比例也不大。然后模拟了2000年-2010年三江平原氮循环过程,发现三江平原不同土地利用类型的多年平均土壤侵蚀面积差异较大,土壤侵蚀面积排序为:林地>旱地>水田>湿地>草地。从侵蚀面积占该类用地的比例来看依次为:林地>草地>旱地>未利用地>水田>湿地。三江平原单位面积NPP的最大值出现在林地,为466gCm-2a-1,其次为草地和湿地,分别为412gm-2a和408g Cm-2a-1,NPP比较低的土地利用类型为旱田,只有329g Cm-2a-1。2000-2010年三江平原土壤中硝态氮和活跃态有机氮含量有所提高,而稳定态有机氮含量总量大体一致;三江平原不同土地利用和覆被类型在生长期对氮素的吸收能力存在以下关系:旱田>水田>草地>湿地>林地,从大的植被类型上来说,草本植物比乔木植物吸收N元素能力更强。最后分析了氮素时空迁移规律,表明2000-2010年三江平原溶解态氮的负荷总量呈现增加趋势,从2.5-3万吨上升到3.5-4万吨;吸附态氮负荷量从从2000年的24万吨上升到2004年的30万吨,然后下降到2010年的25万吨;溶解态氮的负荷强度有增加趋势,负荷强度从2000年的2.7 kg/ha到2010年的3.4kg/ha,吸附态氮负荷强度也有所增加。2000-2010年农田是溶解态氮污染负荷最主要的污染源,而林地和草地等不具备水保措施的土地利用类型成为吸附态氮负荷最主要的氮输出源。2000-2010年三江平原溶解态氮高污染区域的有汤原县、依兰县和桦川县,吸附态氮高污染区域的鸡西市和穆棱市。溶解态氮均处于较低污染水平的只有饶河县;吸附态氮污染均处于较低污染水平的有绥滨县、富锦市、同江市、友谊县、虎林市和抚远县.　　本论文在水文过程和营养元素循环模型耦合以及分布式模型的遥感驱动等方面开展了探索性的研究工作,包括水文过程驱动氮元素空间迁移、遥感驱动模型的构建和模型关键变量的遥感推求技术研究,具有一定的创新性。但是,研究中仍存在一些不足,主要包括:一是遥感数据的时空连续性较差,对于数据缺失研究中采用较为简单的插值方法,会降低参数估算精度;二是研究中引入了大量具有不确定性的遥感数据产品,产品的分辨率也不尽相同,有些产品未经精度校验,有些产品进行了简单的尺度转化,误差累计和尺度效应会加大模型的不确定性;三是水文过程和元素循环模型的耦合虽然取得了较满意的模拟结果,但是还需得到更进一步的验证,这些都是将来的研究工作中有待于进一步深入和完善的问题。