大豆根系吸收与根氮含量的关系及土壤水、氮运移模拟

大豆是我国东北地区重要的油料作物，提高大豆水分与氮素利用效率对于缓解大豆增产与东北地区水资源短缺以及水污染之间的矛盾具有重要意义。本研究拟通过设置不同水分、氮素处理条件下的室内栽培试验（包括水培及砂培土柱试验）与田间试验，借助先进的仪器设备，应用部分已有的根系吸水、吸氮模拟理论及研究成果，致力于探索大豆主要生育期内固氮功能与根-土环境、吸收（吸水、吸氮）功能与根氮含量之间的关系；应用反求方法，研究各种环境条件下大豆固氮、根系吸收功能变化的动力学机制，建立相应的大豆固氮、根系吸收和根氮分布模拟模型；应用所建立的模型，模拟各种试验条件下土壤-大豆系统中水分与氮素的运移规律。本项目的研究结果除可为大豆固氮、根系吸收功能模型的校正与完善奠定理论基础外，还可为制定合理的灌溉/施肥制度、提高农田水分/养分利用效率提供科学依据。

水分与氮素是作物获得高产最关键的两个要素。绝大多数作物需要通过根系获取这两大要素，而根系吸水是作物根系吸收功能的基础。大豆虽然可以自身固氮，但是为获得高产，通常仍需补充一定的外源氮素。因此，研究大豆根系吸水对于提高大豆水分、氮素利用效率，缓解高产与水资源短缺之间的矛盾具有十分重要的现实意义。. 本研究采用水培试验方法，研究了供氮水平、供磷水平对苗期大豆根系吸水特性的影响。结果表明，大豆日平均根系吸水速率随营养液氮素浓度的升高呈现出先增大后平稳的趋势；最优水分条件下，单位根长潜在吸水系数并未一个常数，它受供氮水平和生长阶段的影响。同一时期，供磷水平对根干重的影响小于对地上部干重的影响，缺磷胁迫促进了根干重和根冠比增加；供磷水平对大豆根系形态影响显著，大豆根长、根表面积和根体积基本随供磷水平的升高呈现先减小后增大的趋势，大豆根系对不同浓度磷素处理具有一定的自我调节能力，表现为“低促高抑”现象，但这种能力是有限的。. 砂培试验条件下，当水分供应充足时，单位根长潜在根系吸水系数同样随大豆根龄的增大而逐渐减小，并且氮素供应充足条件下各土层内的单位根长潜在根系吸水系数明显大于受到氮素胁迫条件下各土层内的单位根长潜在根系吸水系数。这说明农田土壤中，由于根区各土层内根龄与氮素浓度都存在较大差异，根区范围内单位根长潜在根系吸水系数很难保持均一，假设根区范围内单位根长潜在根系吸水系数为一常数与实际情况有很大出入。. 在水分供应充足时，大豆日蒸腾量与根氮含量之间呈现一定的线性相关性，但是与冬小麦相比，其相关性不显著，这很可能与大豆作为一种共生固氮植物在氮素来源及氮素分配方面与冬小麦有较大差异有关。大豆根系吸水、吸氮模型的建立尚须结合其固氮机理进行更深入的研究。. 此外，本研究还提出了一种应用反求方法同时优化多个土壤硝态氮转化速率常数的方法。该方法在优化两个及两个以上土壤硝态氮转化一级速率常数或根系吸氮因子时，比以往方法表现出更为理想和可靠的效果，该方法可广泛用于土壤-大豆系统中硝态氮转化模型的建立及水氮运移模拟。