土壤养分是衡量作物产量和质量的一个极其重要的指标,预测土壤养分及其空间变化特征是精确农业中精确施肥的一个重要目标。土壤肥力性质的空间变异性可作为精确农业研究和实施的依据,将其用于分析土壤某些肥力指标和作物产量之间的关系,预测精确施肥所产生的效果。通过确定最适宜的施肥量,指导人们在减少化肥施用量、降低环境污染的同时增加作物产量,以达到农业可持续发展的目的。近年来,随着太湖地区工农业生产的快速发展,排入太湖的氮、磷等营养物质不断增多,特别是在农业生产中过量地使用化肥、农药引发的农业面源污染,已成为该地区水体最主要的污染源之一。因此,研究农田土壤氮磷时空变异及对水环境的影响具有重要的理论与实际意义。本研究以太湖地区两种典型土壤(白土和乌栅土)为研究对象,采用经典统计学与地统计学相结合的方法评价了这两种土壤的全氮、硝态氮、铵态氮、全磷、速效磷、有机质含量随时间(不同耕作条件)和空间(剖面)上的变化规律。研究了两种土壤氮、磷和有机质含量的时空变化特征,分析了地表水中氮、磷与化学需氧量(COD)的变化趋势。为太湖地区科学施肥和污染物控制提供科学依据。通过本研究主要取得以下结果：(1)土壤氮素时空变异研究区白土的三个土层土壤全氮、硝态氮和铵态氮的含量随深度的增加而减少。这种现象除了与速效养分较易淋失有关外,还可能与施肥和灌溉等人为管理因素有关。对研究区的土壤氮素和pH值进行克里格插值与绘图,结果表明研究区土壤的pH与硝态氮的空间分布格局极为相似,说明它们之间空间相关性较强。分析比较了研究区乌栅土麦收后和稻收后采样数据,在稻-麦轮作系统中,受水旱轮作方式和施肥的影响,农田中稻季土壤全氮、硝态氮含量低于麦季。(0-15 cm土层全氮、硝态氮含量高于15-28 cm土层和28-42 cm土层。由于施肥的影响养分在表土层聚集含量较高。同时,表层的含氧量较高导致硝化作用加强,致使硝态氮含量也增高,但在灌溉和雨水的作用下,硝态氮含量在土壤剖面中随土层的增加而增加。(2)土壤磷素的时空变异研究了白土田块尺度下土壤全磷和速效磷的空间变异特征,结果表明：全磷含量随深度的增加而减小,而速效磷含量随深度的增加呈先增大后减小的趋势。全磷和速效磷具有一定的空间结构和相近的空间相关距离。速效磷的含量在研究区的东部最大,向西逐渐减少。通过研究乌栅土田块尺度下土壤全磷和速效磷的空间变异特征,结果显示：全磷、速效磷含量随深度的增加而减小。三个土层土壤的速效磷的平均值略高于中位数,说明基本没有特异值的影响。各层pH和速效磷含量之间存在极显著的正相关关系,pH和全磷含量存在负相关关系。通过不同土层土壤速效磷含量的空间分布图可以看出速效磷含量在研究区的中部最大,向东逐渐减少。乌栅土速效磷含量,稻季高于麦季。麦季的变程大于稻季,空间相关范围较大。(3)土壤有机质的时空变异本研究综合运用地统计学方法和空间分析技术,将有机质数据进行插值,研究了太湖流域典型水稻土(白土和乌栅土)有机质的空间变异特征。结果表明：研究区各层土壤有机质的空间自相关性较弱。从变程上来看,白土的变程小于乌栅土的变程,空间相关范围小,乌栅土有机质的空间相关范围较大,空间异质性较为强烈。土壤有机质的这种空间结构特征与研究区的成土条件和种植制度有关。乌栅土有机质的含量在研究区的西部较大,向东逐渐减少,三个土层土壤有机质含量的分布格局有一定的相似性。乌栅土有机质在稻季的空间相关性强于麦季。(4)农田氮、磷对水环境的影响一年中的5～9月是太湖地区的水稻生长时期,同时也是雨季,这时段降水和灌溉对地下水氮素含量的影响较大。研究区总磷、总氮和铵态氮超标最为严重,其中总氮含量雨季明显大于旱季。雨季与旱季的地表水硝态氮和铵态氮均值没有明显的差异。硝态氮是研究区地下水中的主要污染源,且雨季地下水中的硝态氮含量明显高于旱季。在地表水研究中发现铵态氮是地表水的主要污染源。旱季的第一主成分和第三主成分均反映了以氮、磷等面源污染物作为主导因子对地表水体的影响较大。