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农业生产中过量施用化肥不仅造成经济损失，而且产生面源污染，如何有效利用肥料资源成为当前人们关注的一个焦点。从机理上阐明养分进入土壤后的形态转化、运移和作物吸收，才能为农田养分最佳管理提供科学依据。为此，采用室内实验、盆栽试验和田间试验以及计算机模拟相结合的方法，首先，研究土壤氮磷钾解吸模型以及作物根长增长和根系养分吸收宏观模型，获取土壤养分解吸和根系养分吸收的特征参数；然后，改进土壤养分运移模型和参数求取方法，建立描述一个种植周期的稳态模型；最后，通过研究土壤养分流失潜能，并与稳态模型结合，探讨叶菜类菜园土壤氮磷面源污染最小化的养分管理技术。主要结果和结论如下。
(1)土壤养分运移CDE模型数值解编程新方法采用MATLAB语言编写数值解程序d0201.m。与专业软件相比，预测植物氮磷钾吸收量的相对误差分别为2.94％、1.35％和2.83％。d0201.m程序简短高效，图形界面美观，易于使用和维护。
(2)评价土壤氮磷钾生物有效性新方法应用吴启堂等人提出的土壤镉解吸模型研究土壤铵态氮、硝态氮和钾素的解吸规律，164个氮钾解吸模型中有163个的统计相关系数达显著水平以上。模型增加修正项eλH后就能描述土壤磷素解吸动态，38个磷素解吸模型有31个达到统计显著水平以上。解吸模型能同时求得评价土壤氮磷钾供应能力的强度(Cli)和数量(Q)指标以及缓冲系数(b)。土壤氮钾解吸特征值与供试蔬菜氮钾吸收量和产量都有显著水平以上的抛物线型关系，肥力较低的土壤磷素亦有这种非线性关系。
(3)建立了描述一个种植周期的植物根长增长模型和根系养分吸收宏观模型根长增长模型和根系养分吸收宏观模型分别为：
L(t)=1/2lot2(1-2/3Tt);U(t)=kt4(1/4-1/3Tt+1/9Tt2).式中，k=πr0β0l0。4个土壤24个盆栽施肥处理的蕹菜(Iponoeaaqatica，俗名：空心菜)根长实测表明，根长增长模型能很好地拟合根长增长动态。在盆栽和田间试验的70个施肥处理中，空心菜、菜心(Brassicaparachinensis)和莴苣(Lactucasativa)不同生育期氮磷钾吸收量实测值和对应的种植时间进行回归拟合，表明有65个模型的复相关系数达到显著水平以上。根系养分吸收特征参数l0、k和T为一个种植周期的土壤养分运移稳态模型参数估计提供了试验测定的可能性。
(4)首次建立了描述一个种植周期的土壤-植物系统养分运移-吸收稳态模型，并提出参数估计新方法计算机模拟试验表明，一个种植周期的根系养分吸收力α(t)和土壤水流速率V(t)随植物生育期而变化，建立了数学表达式；在稳态条件下，根系养分吸收速率等于土壤养分向根供应速率，并假设每条根仅消耗各自圆柱体内的养分，从而改进土壤养分运移模型，推导出描述一个种植周期的根表养分浓度C10计算式。根系养分吸收速率满足：I(t)=2πr0L(t)α(t)C10。对各模拟时段的I(t)累加，得到供试蔬菜养分吸收量。建立了稳态模型参数与根系养分吸收特征参数的关系式：
(C1)/β0=2/v0/1/t/T/t(1-2/3Tt)+[1/α0-2/v0/1-t/T/t(1-2/3Tt)]2/d[(x/r0)d-1/(x/r0)2-1]其中，d=2-r0/2bv0/Det2(1-2/3Tt)
应用MonteCarlo法和MATLAB语言，编写d0502b2.m程序，对盆栽和田间试验的α0、v0和De参数进行寻优估计。结果表明，盆栽试验的42个稳态模型和田间试验的29个稳态模型，在较大施肥量范围内，一个种植周期的空心菜、菜心和莴苣氮磷钾预测吸收量与实测值的平均误差仅10％左右。3个供试土壤第二年的验证试验表明，空心菜氮磷钾预测吸收量的平均误差分别为7.8％、9.6％和11.3％。参数线性插值估计也表明，盆栽试验氮磷钾吸收量预测误差为14.3％，田间试验则为9.5％。植物参数T、L和α0对预测养分吸收量的敏感性远高于土壤参数v0和De，其中T最敏感。
(5)提出“双速率转折点”的概念，用于评价土壤氮磷钾养分流失潜能盆栽试验表明，土壤渗漏水养分浓度与中低施肥量具有线性关系，但在较大施肥量范围内表现为非线性关系，线性和非线性模型的渗漏水养分浓度增加速率的公共解X0即为双速率转折点。土壤养分解吸特征值Q、Cli和C1/a或C1/λ比值(x)与土壤渗漏水养分浓度(y)，以及施肥量(x)与渗漏水养分浓度或化肥残留量等(y)满足模型：y=y0+A1exp((x-x0)/t1)。计算表明，土壤氮磷钾解吸特征值或施肥量超过X0后，土壤渗漏水相应养分浓度将处于非线性急剧增加状态，反之，将稳定在较低水平上，土壤养分流失潜能将大大减少。化肥利用率(y)与施肥量(x)之间的关系满足y=axbe-cx模型，表明当施肥量超过极大值X0后，利用率将急剧下降。
(6)探讨了基于稳态模型和土壤养分流失潜能的菜园土壤最佳养分管理技术4个田间试验表明，稳态模型能用于预测土壤供肥量和化肥利用率，推荐目标产量下的经济施肥量，并与当前平衡施肥的推荐施肥量具有显著水平以上的线性正相关；化肥残留量对施肥量的双速率转折点X0或化肥利用率最大值所对应的施肥量X0称为生态施肥量。计算表明，经济施肥量一般都大于生态施肥量，按经济施肥量施肥，土壤渗漏水养分浓度可能处于非线性的急剧增加状态，应将二者相结合作为推荐施肥的依据。结果表明，空心菜生态经济施肥量分别为每公顷N92～190kg、P32～55kg和K85～128kg，菜心分别为N92～151kg和K63～97kg，莴苣则分别为N116～142kg和P22～30kg，具体施肥量应根据农产品和化肥的价格等因素进行选定。