中文摘要：

本项目采用现场试验、理论建模和数值分析相结合的方法，以氮肥为主要的试验和模拟研究对象，对基于土壤－作物－大气系统（简称SPAC系统）的氮迁移动力学和模拟问题进行研究。基于SPAC系统作物覆盖条件下溶质地表径流试验和NRCS模型理论，揭示作物植被类型、水保持力常数、径流量和溶质径流量的相关规律，建立溶质地表径流迁移模型；基于SPAC系统不同作物对氮响应规律的试验和生长率折减系数理论，以土壤水动力学IRE方法为数值分析手段，建立作物根系的氮吸收模型；同时开展数值模拟方法的研究，完善包含土壤水动力学、溶质地表径流及扩散运移和作物根系吸收等过程的氮迁移动力学理论，建立"水－污染物－根吸收"耦合的氮迁移动力学模型。项目的研究成果不仅能完善土壤水动力学和多孔介质污染物迁移动力学理论，而且拟建立的氮迁移动力学模型对优化水肥使用和防治农业面源污染具有一定的应用价值。

结论摘要：

本项目采用室内试验、现场试验、理论建模和数值分析相结合的方法，以土壤水和氮肥为主要的试验和模拟研究对象，对基于土壤－作物－大气系统（简称SPAC系统）的土壤水动力学，氮迁移动力学及相关模拟问题进行了研究。本课题主要取得了以下几方面成果第一，基于SWMS_2D模型，耦合了根系生长，作物生长和氮吸收模块。根系生长模块包括两个子模块，一个是基于累计温度值的根系贯穿模块，另一个是根长密度分布函数模块。作物生长模块采用了EU-ROTATE_N中的作物生长模块，作物干重的计算考虑了土壤水分影响因子, 氮影响因子, 和温度影响因子。根据不同的生长阶段，采用了不同的生长系数。氮吸收模块的计算主要基于作物干重和氮含量两个变量。第二，基于对四类不同作物的农田进行的土壤紧实度和土壤含水率的试验监测，揭示了土壤紧实度和土壤含水率的负相关关系。使用Ayers模型和Upadhyaya模型对相关关系拟合结果的决定系数，相比于线性模型略有增加。第三，对降雨条件下，施入硝酸钠和尿素的土壤氮素迁移转化进行了室内土柱实验研究，结果表明，土柱中总氮含量的变化趋势大体相似。向土壤中施入硝酸钠，土壤水中的总氮淋失量较高；而向土壤中施入尿素，土柱底层渗漏的氮量较低。第四，基于Gardner提出的模型，对潜水稳定蒸发条件下，欧洲地区5种土体响应进行了模拟研究。数值实验结果表明土壤含水率和对数坐标系下的土壤水吸力分布曲线分别呈现单拐点和双拐点的特点；相同地下水埋深条件下，土体的最大蒸发强度与黏粒含量呈负相关关系。此外，对降雨条件下土体的入渗响应进行了模拟研究，研究发现土体入渗响应主要与土壤饱和导水律成正相关关系，与其它物理参数关系较小。项目的研究成果不仅能完善土壤水动力学和多孔介质污染物迁移动力学理论，而且建立的氮迁移动力学模型对优化水肥使用和防治农业面源污染具有一定的应用价值。