近年来，随着全球水资源短缺与污染问题的日益突出，在不影响农业生产的基础上尽可能地减少资源(水分与养分)消耗已成为国内外专家学者致力研究的核心课题。本研究拟通过探索植物根系吸收功能(吸水与吸氮)与根系自身特性之间的关系从而建立切实可行的根系吸水、吸氮模型，以便能基于一些比较容易获取的资料模拟预报土壤水分与氮素运移，为指导农田灌溉施肥提供参考依据。 为了探索根系吸收功能与根氮含量之间的关系，本研究设置了苗期冬小麦室内水培实验，为不同处理提供不同氮素浓度的营养液与不同的光照条件。实验结果表明：在实验设置的各种营养液氮素浓度条件下，苗期冬小麦各生长阶段的日蒸腾量与根氮含量之间都表现为显著的线性正比关系，两者之间的比值即单位质量根氮潜在根系吸水系数既不受营养液氮素浓度的影响也不受冬小麦生长以及根龄的影响，但受大气条件的影响比较大，并且随着水面蒸发强度的增大而线性增大；另一方面，在苗期冬小麦各生长阶段，当根氮浓度高于某一临界值时，单位质量根干物重的潜在根系吸氮系数与根氮浓度之间也表现为比较显著的线性关系，不受营养液氮素浓度与根龄的影响，但是，当根氮浓度低于该临界值时根系不再吸收氮素；相比之下，苗期冬小麦日蒸腾量以及日吸氮量与根长之间的线性关系比较差，单位根长潜在根系吸水系数与单位根长潜在根系吸氮系数既受到营养液氮素浓度的严重影响，又随着冬小麦根龄的增大而逐渐降低。为了进一步验证水培实验中的上述研究成果，本文还布置了一个苗期冬小麦室内砂培实验，实验结果表明：在水分供应比较充足的条件下，无论冬小麦是否受到氮素胁迫，苗期冬小麦生长各阶段的日蒸腾量以及根区各土层的根系吸水速率分别与根氮总量以及根氮密度之间呈比较显著的线性正比关系。 根据上述实验研究成果，本文基于根氮密度建立了根系吸水模型，并将根系吸氮模型通过根系吸水项间接地建立在根氮密度的基础之上。为了获得根系吸氮模型中的参数即根系吸氮因子，本文提出了一种根据两个连续测定的土壤硝态氮(NO<-><,3>-N)浓度剖面迭代求解硝态氮运移方程(对流弥散方程，即CDE方程)从而估算CDE方程源汇项的反求方法，并且通过设置不同条件下的数值实验对该反求方法的准确性、稳定性与适应性进行了探讨，考虑的影响因素主要有：观测资料在土壤剖面上的空间间距，硝态氮浓度测量的时间间隔、土壤水力参数、NO<-><,3>-N浓度测量误差、边界条件的差异、非均质土壤等。数值实验结果表明，所提出的反求方法可以较为可靠地估算CDE方程中的源汇项平均分布。在此基础上，本文应用所估算的源汇项平均分布进一步优化获得根系吸氮模型中的参数即根系吸氮因子。另外，本文又借鉴已有根系生长分布模型中有关碳素在植物根冠之间的分配规律，先将植物根系所吸收的氮素在根冠之间进行分配，然后又根据根系吸水与根氮含量之间的互反馈关系，将分配到根区的氮素在根区各土层之间进行再分配，从而建立根氮密度分布模型。 为了验证所建立的根系吸水、吸氮模型以及根氮密度分布模型并展示其应用，本文将其组合成一个联合模型，并根据冬小麦砂培试验各处理条件下冬小麦各生长阶段土壤含水量、土壤硝态氮浓度以及根氮密度的初始分布状况，连续模拟预报土壤水分与氮素的运移以及根氮密度的分布，模拟值与实测值都吻合较好，这说明联合应用上述三个模型来模拟预报苗期冬小麦土壤中水分与氮素的运移是切实可行的。