SiB2(Simple Biosphere Model version 2) 是将植物生理学、土壤微气象学结合起来用以研究单层植被中的水、能量以及CO2通量变化的陆面过程模型。为了使SiB2适用于江西低丘红壤区农田小流域生态系统，根据在余江县花生地试验区的实地测量以及SiB2提供的土壤和作物分类，确定土壤特性参数和花生形态学参数，调整部分花生生理学、光学参数，并修正SiB2长波辐射的计算。在此基础上，选取花生幼苗、开花和饱果成熟三个关键的生长期的近地层观测资料代入模式，对花生根域土壤水分动态变化进行短期模拟，探究不同生长期的花生生长特性和气象因素对模拟结果的影响，并且针对模型提出了基于集合卡尔曼滤波的单点数据同化方案以提高精度。与观测结果进行验证后，结果表明：在不同生长期下，极端天气越少、植株形态越成熟稳定，模拟结果越准确。在进行数据同化后，模型精度得到明显提高。

以当地大水漫灌模式为对照，采用完全随机裂区设计，在河西走廊（甘肃省永昌县）地区进行了大田喷灌试验，试验设置了灌水量（I高、I中、I低：3300、2550、1800m3?hm-2）与施肥量（F高、F中、F低：337.5、225、187.5kg?hm-2）两个因素，研究了不同灌水方式、灌溉施肥处理、生育期下0～80cm土层硝态氮的分布特征。结果表明：喷灌灌水后硝态氮含量在0～60cm土层处于较高水平；施肥量是引起同一土层硝态氮含量变化的主要因素；抽穗期与收获后的硝态氮差值分析结果表明，高灌水水平时硝态氮有明显淋失，大水漫灌时部分硝态氮被淋移到80cm土层下；喷灌灌水技术对提高河西走廊地区水肥利用率有利。

为了探究微润交替灌溉不同交替周期和不同压力水头对大棚辣椒根系生长的影响，设置1m压力水头4天交替灌溉(A处理)、1m压力水头8天交替灌溉（C处理），1.5m压力水头4天交替灌溉（B处理）、1.5m压力水头8天交替灌溉（D处理），双管灌溉（E处理）和普通灌溉（F处理）六个不同处理，每种处理重复三次，分析辣椒根系生长情况，以及根系的生长发育对辣椒产量的影响。研究表明：微润灌溉处理的灌溉水分生产率均高于普通灌溉，其中双管灌溉试验组的灌溉水分生产率最高。

土壤水分和肥料管理是农业生产中最为关键的可控指标，是农作物高产稳产必不可少的因子。新疆北部阿勒泰草原的农牧业生产主要是在荒漠瘠薄的土地上开发和发展起来的，本文通过2015-2017年在阿勒泰地区福海县开展的膜下滴灌青贮玉米水肥耦合试验数据进行分析比较，初步得到青贮玉米不同水肥处理基本同时进入各个生育阶段；拔节期玉米的株高和茎粗随着施肥量的变化而变化；抽穗期，在不受旱和轻度受旱条件下，青贮玉米叶面积指数随施氮量的增加而增加；通过二元回归方程，合理的灌溉量、施肥量应分别是280 m3/亩和13 kg/亩。

微润灌是一种全新的低能耗节水灌溉技术，应用前景广阔。为了揭示微润灌管带埋深及压力水头对累积入渗量的影响，采用室内土箱试验，对不同管带埋深（D5、D10、D15、D20）与压力水头（H100、H150、H200）条件下的水分入渗过程进行了研究。结果表明：不同压力水头处理后的累积入渗量大小表现为：H200>H150>H100，不同埋深处理后的累积入渗量大小表现为：D5>D10>D15>D20，埋深、压力水头及两者间的交互效应对总累积入渗量的影响均达到极显著水平。微润灌累积入渗量变化过程符合Kostiakov模型，压力水头与模型入渗系数、入渗指数呈正相关关系，而管带埋深与模型入渗系数、入渗指数呈负相关关系，管带埋深与压力水头间的交互效应对入渗系数和入渗指数存在极显著影响。进一步分析发现，管带埋深、压力水头与入渗系数之间的关系分别符合线性函数和指数函数，而与入渗指数之间的关系均符合指数函数，将其代入Kostiakov模型，建立了管带埋深与压力水头双因素耦合条件下的微润灌累积入渗量模型DH-K（Kostiakov修正模型）。经验证，DH-K模型的平均相对误差MAPE仅为3.97%，模拟精度较高，可用于微润灌管带埋深与压力水头双因素耦合条件下的累积入渗量预测。

探讨地下滴灌玉米高产的科学合理施肥技术。在地下滴灌条件下，通过设置不同施氮量和施氮次数研究氮肥运筹管理对玉米产量和构成要素的影响。结果表明：施氮次数、施氮量及交互作用对穗长和百粒重影响不显著，施氮量对秃尖长、施氮次数对穗粒数、施氮次数和施氮量的交互作用对穗粒数影响差异显著，施氮量对穗粒数和施氮次数对玉米产量影响极显著，三次施氮平均玉米产量比一次施氮处理提高了7.60%，T3N120、T3N180处理分别比T1N120、T1N180处理增加了11.36%、9.13%；施氮量、施氮次数与施氮量的交互作用对玉米产量影响不显著；建立了以施氮次数和施氮量为自变量的玉米产量回归模型，能够反映玉米产量与施氮次数和施氮量的关系。本研究建议黑龙江省黑土区地下滴灌玉米采用3次施氮、施氮量120～180kg/hm2的管理措施。

为研究膜下滴灌在马铃薯种植过程中的适宜性，试验设置膜下滴灌（DI）、裸地滴灌（OI）、沟灌（FI）和漫灌（CK）共4个处理，对比研究了不同灌水方式对马铃薯叶片SPAD值，光合特性指标以及产量和水分利用效率的影响。结果表明：各处理均较漫灌处理 (CK)显著提高了马铃薯叶片的SPAD值，且以膜下滴灌增幅最为显著，各生育期平均较处理CK高22.22%~49.58%。马铃薯全生育期内，膜下滴灌处理叶片光合特性指标均明显优于其他各处理，且各处理光合特性指标显著高于漫灌处理CK(P<0.05)。在马铃薯块茎形成期各处理光合特性指标较漫灌处理CK增幅达到最大，处理DI、OI和FI净光合速率值分别较CK高88.50%、63.34%和41.88%，蒸腾速率值高30.07%、26.80%和19.17%，气孔导度值高26.32%、19.30%和12.28%。膜下滴灌马铃薯较其他处理显著提高了经济产量和水分利用效率，经济产量分别较裸地灌溉、沟灌和漫灌处理高10.56%、29.80%和58.72%；水分利用效率高5.99%、34.80%和150.23%。综合考虑，马铃薯膜下滴灌技术较适宜在该地区推广应用。

为了探究微润交替灌溉条件下，地埋微润管合理埋设深度，采用室内土箱模拟试验，研究了当微润管铺设间距为30 cm，压力水头为150 cm，土壤容重为1.25 g/cm3，微润管埋深分别为15 cm和20 cm时的土壤水分累计入渗量、土壤含水率、湿润锋运移距离等指标的变化，每组试验重复三次。结果表明：累计入渗量随时间线性递增，两微润管在埋深15 cm时的累计入渗量比埋深20 cm时的累计入渗量分别高11.33%、13.57%；埋深为15 cm时土壤含水率大于埋深为20 cm的土壤含水率；微润交替灌溉条件下，埋深15 cm时湿润锋运移距离大于埋深20 cm时湿润锋运移距离约0.5 cm~2.9 cm，埋深对湿润锋运移有影响但不显著；湿润锋运移距离与时间的拟合结果为良好的幂函数关系，两者具有显著的相关性；埋深为15 cm时形成的湿润体截面积较埋深20 cm时大，且土体表层已经湿润。

针对工作压力及喷射角度对微喷带单孔喷水特性的影响进行了试验，通过对微喷带单孔喷洒射程、湿润区宽度、干燥区宽度、水滴直径以及工作状态下微喷带直径的研究分析，发现：喷射角度为30°时，微喷带单孔喷洒射程达到最大值；湿润区宽度随着喷射角度和工作压力的增大而增大；工作压力为20kPa时，微喷带喷洒性能参数曲线波动明显，不宜在实际生产实践中应用；工作压力和喷射角度变化对水滴直径并没有明显影响；工作状态下微喷带直径的稳定程度反映了微喷带喷洒性能的稳定程度。

以排水带作为渗灌系统灌水器，在不同的水头压力、渗灌管距水箱出水口的距离和出水历时条件下，通过实验室内试验，测量不同因素下渗灌管上每个灌水器的出水量，再利用均匀度公式，分别计算不同因素下渗灌管的出水均匀度，在完成室内试验后又做了相应的大田试验，分析灌水速率的变化。实验结果表明：渗灌管上每个灌水器的出水量不尽相同，水箱压力水头和渗灌管距水箱出水口的距离对出水量影响明显，但对其出水均匀度影响不明显；随着供水水头的增大，均匀度也有所增大，但并非按比例增长；随着渗灌管离水箱出水口距离的增大，均匀度有所减小；渗灌管总出水量与时间不成线性关系；灌水速率随着灌水量的增大先增大后减小等。

对白菜和萝卜进行再生水滴灌大棚试验，与地下水滴灌为对照，分析研究了再生水滴灌后土壤和植物地 下及地上部分中重金属积累分布情况。结果表明: 重金属主要在土壤表层( 0～ 40 cm 深度处) 积累，浓度随深度降低， 40～ 80 cm 深度处无明显差异，80～ 100 cm 深度处重金属含量突增，浓度最高，100 ～ 180 cm 深度处重金属含量急剧降 低，180～ 220 cm 深度处重金属浓度无差异。对植物地下及地上部分进行研究，发现再生水滴灌使白菜和萝卜地上部 和根系中 Pb2+ 、Cu2+ 、Cd2+ 的含量增加显著。

根据水生态系统提供的服务机制、类型和效用，水生态系统的服务功能可分为提供产品功能的直接使用价值和具有生命支持系统的间接使用价值两大类，河道生态基流的间接服务功能又包括水生态调节功能，水生态文化功能和水生态支持功能三类。生态基流保障的关键期为枯水期，极端干旱条件下生态基流同样蕴涵着不容忽视的价值，根据河道生态基流的各项服务功能及其影响因素，各项价值采用资源环境经济学的方法来进行估算。本文以渭河宝鸡段为例，以2015年为评价基准年份，对极端干旱年份下生态基流的间接价值进行了计算。结果表明，渭河宝鸡段2015年生态基流总价值为38301.9万元/年，其中调节功能价值为25581.6万元/年；支持功能价值为220.3万元/年；文化功能价值为12500万元/年。开展本次研究，为缺水地区生态基流长效保障与生态补偿机制的建立等提供理论支撑与科学依据。

通过对水资源承载力“生态内涵”、“技术内涵”、“社会经济内涵”3个核心内涵的研究，构建基于“物理Wuli—事理Shili—人理Renli”方法论（WSR）的水资源承载力评价理论体系与评价体系，结合熵值法和耦合协调度，构建“熵值—耦合协调度”方法体系，并应用于2006-2015年河北省水资源承载力综合评价。研究结果表明：2006-2015年河北省水资源承载力和各系统间的耦合协调度整体上呈上升趋势，但影响河北省水资源承载力的指标仍是：“铅排放总量占废水排放总量比”、“工业废水治理设施日均处理能力”、“万元工业增加值用水量”，可见，转变经济发展结构、提高科技治污能力、转变消费观念仍是当前河北省提高水资源承载力的主要方向。

采用熵权法计算高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮权重，结合贝叶斯法计算了珊溪水库库区及其入库支流20个监测站位所处各水质等级的后验概率，以熵权后验概率和评价各监测站位地表水环境质量。与单因子法相比，熵权贝叶斯法更贴近实际水质状况。研究结果显示：监测站位水质优良，均在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类以上；珊溪大坝水质最优，黄坦坑水质较差、污染相对较重。提出了熵权贝叶斯法评价水环境质量的适用范围。

针对农业物联网信息应用层及数据处理部分进行研究，通过对数据进行处理、挖掘、融合和应用来制定科学的管理决策，实现对农业生产过程的控制。通过在南宁市灌溉实验站火龙果实验田安装农田物联网系统，长期对实验田空气温湿度，CO2浓度，光照强度，土壤水分，土壤温度进行实时监测。首先对试验田获取的数据进行清洗，然后根据火龙果生长环境需求，将每组环境数据进行类别标记，分为“适宜”和“不适宜”两种类别，最后通过决策树方法对数据进行自动分类，并采用正确率评价模型性能。实验结果表明，决策树分类模型测试集的正确率为：99.04%，验证集的正确率为100%。表明决策树在数据分类方面具有很好的效果。

为了得到黑龙江地区不同降雨频率下的干旱情况以及玉米灌溉需水分布，利用1990-2015年黑龙江72个站点逐月降雨数据，研究了玉米生育期（5-9月）各月及全生育期的降雨分布，同时分析了不同降雨频率下各站点降水距平百分率以及玉米灌溉需水情况。结果表明：.黑龙江较易发生干旱以及降雨量较少的地区是黑龙江西部的齐齐哈尔、龙江、杜蒙、泰来、大庆、肇州、肇源等地以及黑龙江东北部的鹤岗、桦川等地；7、8月为各地区玉米灌溉需水量较多的月份；在50%降雨频率下，黑龙江大部分地区都不会发生干旱，在75%降雨频率下，黑龙江有少部分地区发生干旱并需要对玉米进行灌溉，在90%降雨频率下，黑龙江大部分地区都达到了干旱标准，并需要进行灌溉。

利用生态足迹计算模型，测算了 2015 年浙江省各地区生态足迹和生态承载力，并基于生态补偿系数对浙 江省区际生态补偿标准进行分析。研究结果表明: 2015 年浙江省生态足迹和生态承载力总量分别为 15 484 和 7 111 万 ghm2 。除丽水市为生态盈余外，其余 10 个地区均为生态赤字，其中宁波市生态赤字为最高的 2 011 万 ghm2 ，有 7 个地区的生态环境处于极不安全状态。丽水市应获得生态补偿 46 509 万元，其余 10 个地区均需支付生态补偿，总量 为 13 466 220 万元。2015 年浙江省需净支付生态补偿 13 419 711 万元。以浙江省地均生态补偿量为基准进行修正， 结果显示宁波市、杭州市和嘉兴市这 3 个地区需支付生态补偿，支付量分别为 3 457 187、2 110 322 和 144 189 万元。 其余 8 个地区获得生态补偿，其中丽水市、衢州市和金华市是获得生态补偿最大的三个地区，补偿量分别为 2 276 403、1 093 543 和 989 003 万元。

对红寺堡灌区现状种植结构、灌溉面积、宁夏现行灌溉制度调查统计，计算各灌域灌水率及灌水流量，通过与设计流量对比分析，红三干泵站有21天供水能力不足，红五泵站有82天供水能力不足，据此得出，红三干渠灌域需建设总库容为511.5万m3调蓄池，红五干渠灌域在将红五泵站设计流量改造为3.65m3/s的基础上，需建设总库容为786.8万m3调蓄池，并发展高效节水灌溉，节水量为563万m3时，可保证灌域实现充分灌溉，红一至红五干渠灌域在现状灌溉面积下，水量分配比例为0.15%、4.44%、68.52%、5.56%、21.33%。

通过建立新疆畜牧业发展对用水量影响的计量模型，分析了新疆十四个地州（市）12个年份的面板数据，寻找畜牧业产值、农业用水量和玉米产量之间的关系。结果表明三者之间存在着长期正向的影响，即畜牧业发展长期正向影响用水量的增加。由于畜牧业发展长期存在着用水粗放、水资源利用效率低的问题，因此，从畜牧业发展与用水量呈正相关关系的角度出发，本文呼吁我们应当发展节水型畜牧业来实现节约用水，并提出一些相应的建议。

节水灌溉技术的高效运行离不开新型农业经营主体的科学管理，当前新型农业经营主体节水灌溉技术管理模式的推广与应用符合现代化农业发展的要求。以新疆干旱区温宿县“集约化模式”为研究对象，根据调研总结并分析“集约化模式”的运行过程及优势所在。结果显示，温宿“集约化模式”集规模化、集约化、科学化、专业化于一体，充分利用各资源要素实现节水灌溉技术的高效利用，其优势主要表现在实现了农业规模化经营，对各要素进行集约化的投入与配备，充分发挥了各要素的优势，并在专业化的管理下对节水灌溉技术实行高效利用，促进节水灌溉技术经济效益的充分发挥。

为了探索U形渠道斜坎量水堰水力性能及影响因素，采用试验及计算流体力学软件（FLOW-3D）对量水堰体型参数不同时，在各流量工况下的过堰水流流场进行模拟，获得其水面线变化、断面流速分布以及量水堰最大堰高所在断面附近的佛汝德数。结果表明：数值模拟与试验所得的水面线变化情况具有较好的一致性，模拟所得佛汝德数和断面流速分布均与理论结果吻合。通过量纲分析法将试验数据运用spss进行拟合得到的测流公式具有较高的测流精度，相对误差最大为6.68%，最小仅为-0.13%，满足灌区量水设施精度要求。

提出了一种二线合一的方案，将低压电力线载波通信技术应用到果园轮灌控制系统中。以ST7540载波芯片为核心，设计耦合滤波电路构成电力线载波通信模块；根据均匀传输线理论，建立果园轮灌电力传输线模型；最后利用此模型在不同传输距离下对电力线载波通信模块的传输可靠性进行了测试。测试结果表明，ST7540在直流24V电压情况下，理论上通信距离可以达到2000m，能够满足果园分区轮灌控制系统的传输距离需求。