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常熟地处太湖流域，水稻是该地区主要的粮食作物。通过过量施用氮肥来获得水稻高产是当地农业生产中存在的普遍问题。氮肥过量施用不仅造成资源的严重浪费，还会对水体、大气环境产生负面影响。因此，通过数值模型开展水稻生长发育过程和土壤氮素迁移过程的耦合及定量化研究，是全面、客观评价南方稻区氮肥施用的农学和环境效应的必然选择。但是，与北方旱地相比，在南方稻区有关作物生长与土壤氮素迁移耦合模型的研究仍很缺乏。本论文以此为题，在常熟地区田间监测试验的基础上，建立并验证了水稻生长和土壤氮素迁移过程的耦合数值模型—RGNTM。研究结果不仅补充了已有研究中存在的一些不足，对太湖流域农业生产、管理决策及环境保护等工作也有一定的指导意义。
论文以常熟乌栅土为研究对象，参照当地稻季适宜施氮量，设置了四个氮肥处理(0，125，225，325kg N/hm2)，通过田间小区试验对不同氮肥水平下的水稻生长指标(根长、株高、叶面积指数、生物量、产量等)及田面水和不同层次(20，40，80cm)土壤溶液中NO3--N和NH4+-N动态进行了连续监测。进一步地，利用点尺度的水稻生长与土壤氮素迁移转化数值模型——RGNTM，对土壤剖面中氮素的运移动态和水稻产量的形成过程进行了耦合模拟，验证了RGNTM模型的有效性，取得了较好的模拟结果。论文的主要研究结果如下：
1、土壤氮素动态监测试验表明，田面水和各层次土壤溶液中NO3--N和NH4+-N含量对氮肥施用均有响应，总体趋势为随施氮肥增加，NO3--N和NH4+--N浓度升高；同一施肥水平下，随剖面深度的增加各层次的NO3--N和NH4+-N峰值浓度和波动幅度均变小；
2、稻季前后，各处理下表层土壤全氮含量无显著差异。但80cm土层中全氮和碱解氮含量随施氮量的增加而增加。与种植水稻前相比，施用225和325kgN/hm2氮肥的情况下，80cm处全氮含量分别升高了20.6％和29.2％。碱解氮也体现相同趋势。这表明大量施用氮肥可能存在污染浅层地下水的风险。
3、水稻产量随着施氮量的增加而增加。高氮处理(325kg N/hm2)下的氮肥吸收利用率为19.1％，明显低于低氮(125 kg N/hm2)和适宜施氮量(225kgN/hm2)处理。边际收益分析也表明，过量施肥对水稻的增产效果不明显。
4、数值模型的验证结果表明，RGNTM模型能较好地模拟整个生育期的水稻生长过程，水稻产量、地上部分生物量和吸氮量模拟值与实测值间的确定性系数均在0.95以上。对土壤剖面上不同深度的NH4+-N和NO3--N浓度动态的模拟结果也较为满意。