丹江水源区的水环境质量对南水北调中线工程的供水安全具有重要意义。本文在丹江鹦鹉沟小流域进行水质监测和土壤采集分析的基础上，运用地统计学方法、分形理论、土壤侵蚀预报模型和水文学方法等对小流域土壤氮素空间变异特征和径流-泥沙-养分流失规律进行研究，以期为水源区保护和清洁小流域建设提供依据。本研究取得的主要结论如下：（1）流域土壤全氮含量随土壤深度的增加而降低，不同土地利用下0-40cm每平方米土壤全氮含量表现为林地>农地>草地。不同土层间土壤全氮含量存在极显著差异（P<0.01），0^-10cm （A1）、10^-20cm （A2）和20-40cm （A3）土壤全氮含量平均值分别为0.85、0.47和0.30g/kg；3个土层下，土壤全氮的最优模型均为线性模型，具有中等空间相关性；A1和A2层不同土地利用下土壤全氮含量存在显著差异（P<0.05），不同土层下土壤全氮在不同坡度均存在显著差异（P<0.05），农地不同土层下土壤全氮含量与海拔、坡度和坡向均呈极显著相关性（P<0.01）；在0-40cm土壤深度下，研究区土壤全氮储量为562.37t，林地、农地和草地每平方米土壤全氮含量分别为0.343、0.299和0.289kg/m²。（2）不同土壤深度下土壤含氮量与土壤颗粒特征有极显著关系，不同土地利用土壤粉粘粒含量随土壤深度的增加而增大。土壤全氮在0^-20cm土层与中粗砂粒呈极显著正相关（P<0.01），土壤颗粒分形维数和土壤全氮在20-60cm土层均与土壤粉粘粒含量呈极显著正相关（P<0.01）；不同土层下土壤粉粘粒含量平均值均表现为农地>林地>草地，不同植被类型间土壤颗粒分形维数亦存在显著差异（P<0.05），但10^-20cm土层的土壤颗粒分形维数更能代表不同土地利用的差异；土壤颗粒分形维数与坡度呈显著负相关（P<0.05），与坡向和海拔无显著相关性；不同土地利用下0^-10cm土层每平方米土壤粉粘粒含量表现为农地>林地>草地，分别为74.71kg/m²，71.54kg/m²和70.23kg/m²。（3）阐明了氮素随径流的迁移转化过程及污染负荷特征，流域径流中总氮的流失模数为0.89t×km^-2×a^-1。径流水质中主要是总氮含量超标，且硝氮含量均大于氨氮含量，农村生产生活污染物排放对水质有很大影响；氨氮、硝氮和总氮的年均径流流失模数均表现为农地>草地>林地，农地、草地和林地的总氮年均径流流失模数分别为0.36、0.22和0.09t×km^-2×a^-1；流域出口非点源污染物氨氮、硝氮和总氮的平均浓度分别为0.17、4.71和7.55mg/L，点源污染物氨氮、硝氮和总氮的平均浓度分别为0.20、2.12和4.08mg/L。（4）阐明了土壤氮素流失与水土流失的关系，流域泥沙中全氮的年均流失模数为0.27t×km^-2×a^-1。鹦鹉沟流域的年均土壤侵蚀模数为3140t/km²，侵蚀强度为中度，坡耕地是流域需要重点治理的区域；林地、草地和农地的年均土壤侵蚀模数分别为509.7、1511.8和4606.5t/km²，林草地年侵蚀量较小，农地土壤侵蚀量占流域总侵蚀量的95.3%；坡度每增加5°，不同土地利用的土壤侵蚀模数增加量比坡长每增加5m的增加量要大1～2倍；研究区表土流失造成的全氮、氨氮和硝氮损失量分别为3799.9、44.8和16.9kg，其中农地的氮素损失量最为严重。（5）模拟了不同水土保持治理情景对流域氮素流失的阻控作用，丹江流域大于5°的坡耕地全部退耕还林情景下，其径流总氮年均浓度将降低0.203mg/L。水土保持治理下，当坡面全部是林地和草地时，丹江流域的平均侵蚀模数分别为750.1t×km^-2×a^-1和1875.2t×km^-2×a^-1，土壤侵蚀强度可达到轻度土壤侵蚀；坡面林（草）措施比例与侵蚀模数之间的关系接近于线性函数，而梯田比例与侵蚀模数之间的关系更接近于指数函数；林草措施减水减沙效益最好，使降水大部分以壤中流形式流出，从而降低了氮素浓度；丹江流域大于5°的坡耕地在林地和草地极限治理状态下，其泥沙量分别减少205.3和196.6万吨，泥沙全氮含量分别减少732.8和701.9吨，径流总氮流失量分别减少346.9和169.2吨。