硝态氮污染至今仍是农业区水体中最为普遍的污染物之一。引黄灌溉保证了农业生产和农作物高产稳产，然而长期引黄灌溉对水氮运移具有重要影响。在高施肥和引黄灌溉的作用下，硝态氮(NO3-N)在土壤剖面中的垂直运移及对地下水的影响不可忽略;并且，引黄灌溉对水氮在空间和时间上进行了重新分配，引起了NO3-N在流域上时空分布变化，随着时间的推移，未来气候条件改变可能对水循环和NO3-N具有潜在影响，这些是目前尚待解决的科学问题。本文以禹城站为例，利用RZWQM2模型，模拟不同灌溉条件下作物生长和水氮垂向运移转化机理;在区域范围内基于大量调查数据，以黄河下游引黄灌区（自花园口以下，马颊河、徒骇河、漳卫新河流域部分）为研究对象，利用改进灌渠的SWAT模型，研究黄河下游引黄灌区水循环特征、氮素迁移转化和非点源污染，NO3-N非点源污染负荷的输出量等。利用HadGEM2-ES的RCP4.5未来气候情景结果，模拟未来气候情景下的水氮响应情况。主要的结论如下:　　1.对华北平原农田生态系统而言，降水充沛的年份，灌溉量对作物产量、耗水量影响比较小。冬小麦季降水不超过300mm的条件下，灌溉量越大(＜300mm)，作物耗水量越大。夏玉米水分利用效率在无灌溉条件下最大，不同的灌溉条件对夏玉米产量影响不明显。禹城地区地下水埋深较浅，在100 cm以下土壤水分波动较小，土壤含水量变化与地下水交换相关。NO3-N淋溶量年际差异很大，一般玉米季高于小麦季，且施氮量高于280 kg N/ha/季可导致土壤硝态氮含量积累，增加淋失风险。　　2.CO2升高对小麦和玉米产量具有促进作用，而温度上升导致小麦和玉米减产。只增加CO2情况下，2099年小麦产量比现在增产50％;而玉米产量增加不明显。只变化温度情况下，2025年小麦产量稍有增加趋势，2050年以后小麦产量显著降低。在使用RCP4.5情景模式下，玉米产量下降趋势比较明显，平均每十年下降260 kg/ha，小麦平均年产量并没有下降趋势。气候变化对粮食产量的影响不只体现在温度升高和CO2增加，另外，作物品种、降水、风速和光辐射也是导致粮食产量发生巨大年际变异的主要原因。　　3.改进了SWAT2009模型，为SWAT2009增添了主干渠NO3-N计算的新模块，使其在模拟渠道的引水、蓄水、拦截地表水的过程中，考虑了灌渠NO3-N迁移转换过程。利用改进的SWAT2009研究不同灌溉情景的模拟结果可知:(1)灌溉量增加明显提高了实际蒸发量，在模拟的情景中高水灌溉(500mm/a)比其它情景增加了1.8％-20.6％;渗漏量提高了32.0％-335.7％;500 mm/a灌溉量比无灌溉条件下产流增加了1倍。(2)从空间分布上看，不同灌溉条件下所引起的蒸散量区域变异性不明显，河南部分实际蒸散发量大于山东实际蒸散发量，齐河禹城地区偏大;灌溉作用的增加改变了产流量的空间分布，部分产流量较小的地区由于灌溉作用产流量也变大;灌溉情景没有明显改变渗漏量空间格局，但是渗漏量的空间变异系数随着灌溉量的增加而降低。(3)在无拦截条件下，引黄进入干渠的NO3-N量为19.32×106 kgN，其中超过一半的NO3-N通过灌溉作用引入农田中。当拦截系数为0.2时，年平均拦截NO3-N入渠量为5.4×106 kgN，虽然提高了有效引水灌溉量，但减少了灌溉效率。一般情况下，拦截系数越高，有效灌溉率越低。　　4.农田施肥量高是该地区非点源污染的最主要原因之一，非点源污染的主要来源是耕地，NO3-N的污染负荷均超过86％;耕地占总NO3-N总淋溶量的99％。中部地区NO3-N淋溶量越过1m土层在87-141 kg N/ha之间。模拟结果显示2010年NO3-N淋溶量明显随着灌溉量的增加而增大，然而，多年统计平均值增加(＜2％)并不显著。　　5.在给定的未来气候条件下，不同灌溉条件下未来90年实际蒸发量比现在增加7.0％-8.9％;然而，产流量和渗漏量总体上呈减小趋势。NO3-N非点源污染有降低的趋势，未来90年比现在削减30％。未来气候变化改变了NO3-N非点源污染区域分布，年际间变化明显，并且明显缩减了容易产生非点源污染地区的NO3-N最大负荷。NO3-N平均淋溶量在未来有增加的趋势，然而不同的灌溉情景处理下，NO3-N淋溶量变化差异不明显。