氮素淋失是主要的氮肥损失方式之一，不仅降低了氮肥利用效率，同时造成水体污染严重等负面影响。黄河水滴灌中利用水梦吸附剂进行水沙分离时会产生絮凝泥沙，为了有效利用絮凝泥沙资源、实现废弃资源再利用。通过室内土柱模拟试验，探讨絮凝泥沙对中度盐渍土的水力特性、氮素淋失、pH及电导率的影响规律。试验共设5个处理，絮凝泥沙施用比例分别为0（CK）、20（T1）、40（T2）、60（T3）、80（T4）g/kg，每个处理3个重复。施用絮凝泥沙能改善盐渍化土壤的水力特性，处理T1、T2、T3、T4的持水能力随絮凝泥沙施用比例的增加呈现逐渐升高的趋势；絮凝泥沙能够有效提高砂壤土对氮素的吸持能力，随着絮凝泥沙施用比例的增大，土壤淋溶液中氮素浓度呈逐渐减小的趋势，氮素累积淋溶量也逐渐减小，处理T1、T2、T3、T4淋溶液中氮素的淋失总量较CK分别降低了3.4%、6.18%、8.06%和11.27%；絮凝泥沙对不同处理盐渍化土壤的pH值无显著影响；当絮凝泥沙使用量不超过60 g/kg时，可以降低土壤电导率值，但效果不显著。絮凝泥沙施用量为40~60 g/kg时，能够有效改变盐渍化土壤的理化性质，降低土壤氮素的淋失量，进而可提高土壤氮素的利用效率，降低地下水面源污染的风险。

土壤在冻融过程中水和溶质迁移规律的研究，是土木工程的冻害防治、水土环境保护、陆地水循环、土壤次生盐渍化防治等领域的重要基础内容。通过室内实验对天津市西青区和静海地区4种不同质地的土壤冻结过程中的盐分（Cl^-、Ca²⁺和有效Ｐ）的迁移规律进行了研究。实验采用室内短土柱法，对土样进行冻结实验，采用滴定法、比色法对盐分进行化学分析。结果表明，土壤冻结过程中，盐分添加相同，土质不同对盐分运移存在较大差异。添加盐分不同，同一土质，对同种盐分运移有较大不同。土质和盐分添加的交互作用，影响盐分的运移。

为提高膜下滴灌的水肥一体化的水肥利用效率，以石河子周边农田盐碱土为研究对象，开展室内土箱入渗试验，对不同施氮时序W、W-N、N-W 、W-N-W、W-W-N、N-W-W、N-W-N-W、N-W-W-N、W-N-N-W（W-纯水灌溉，N-肥液灌溉）条件下的湿润锋、累积入渗量及入渗率进行观测，从而分析不同施氮时序对入渗特征参数的影响。结果表明：相同时间内，施氮时序对湿润锋水平运移距离和垂直运移距离有着显著影响，在试验结束时，各施氮时序处理下水平运移距离比W高21.28 %，13.95 %，21.28 %，9.76 %，22.92 %，17.7 8 %，26.00 %，-2.78 %；垂直运移距离分别比W处理下低14.67 %，14.67 %，28.00 %，36.00 %，22.67 %，28.00 %，22.67 %，30.67 % ；各施氮处理下的湿润比显著高于W时序处理，N-W-W-N的方差较小，为0.14；灌水结束时，N-W-W-N下的累积入渗量比W-N-W（目前大田常用）时序高20%、累积入渗率最大，为17.98 mL/min。综上所述， N-W-W-N时序处理比W-N-W时序处理入渗性能好，湿润比稳定且变异程度小。应将N-W-W-N考虑应用于大田，从而进一步与W-N-W相比较，为大田膜下滴灌自动化水氮高效利用技术奠定基础。

随着城市绿化面积的不断增大，其用水量与水资源短缺之间的矛盾渐显，推广节水灌溉技术在城市中的应用是解决水资源短缺问题的趋势所向。基于此，在对比喷灌、微喷灌、滴灌、微润灌及痕量灌溉等不同节水灌溉系统技术特征的基础上，基于情景假设，开展了五类节水灌溉系统用水量及总投资的对比分析，并以此为基础，探讨了五类灌溉系统对再生水的适用性问题，最后提出了适用于不同城市绿地形式的灌溉系统。结论表明：微润灌及痕量灌溉系统的单位面积年用水量较滴灌系统分别减少了39.6%、42.4%；微润灌及痕量灌溉系统单位面积投资最高，分别为8.09元/m²和8.02元/m²；以再生水为水源的条件下喷灌系统的抗堵塞性能最优，微喷灌、微润灌、痕量灌溉其次，滴灌系统抗堵塞性能最差；综合考虑不同节水灌溉系统的技术特征、用水量、总投资及对再生水的适用性等因素，建议主要推广微喷灌及微润灌系统在城市绿地中的应用。

为了解决农田畦灌畦田规格不合理、灌溉效率低下、水资源浪费等问题。采用2次田间灌水试验和WinSRFR 5.1模型分析相结合的方法，模拟地面灌溉水流过程和灌水质量情况。第1年田间实测灌水结合WinSRFR 5.1模型率定土壤入渗参数（入渗系数 K和入渗指数α）；第2年田间实测灌水是对模型进行验证，根据WinSRFR 5.1模型模拟得到的灌水质量等值线图对参数进行不确定性分析。结果表明，灌水技术不确定性与灌水技术参数有很大关系，畦长和流量对灌水效率和灌水均匀度有很大的影响，灌水效率对畦长变化更加敏感，灌水均匀度对单宽流量变化的影响更为显著。根据灌水质量等值线图得到满足灌水质量要求的畦长和流量组合范围，即畦长30 m以内，单宽流量增加对灌水质量影响不大；畦长30~53 m，单宽流量为2.7~5.7 L/（s·m）；畦长50~100 m，单宽流量≥3.34 L/（s·m）；畦长100~150 m，单宽流量≥6 L/（s·m）。

杜鹃为“木本花卉之王”和长沙市市花，在长沙市海绵设施中广泛应用。为了以低成本改良海绵设施中土壤，保证设施内杜鹃的抗旱性和观赏性，以原土、椰糠土（椰糠∶粗砂∶原土为2∶4∶4）、谷糠土（谷糠∶粗砂∶原土为2∶4∶4）、锯末细砂土（锯末：细砂：原土为2∶4∶4）和锯末粗砂土（锯末∶粗砂∶原土为2∶4∶4）为基质，以叶片含水量和生理指标为参数，研究了不同土壤中栽培杜鹃抗旱性及生长的变化。结果表明，原土中种植的杜鹃干旱30 d后死亡。椰糠土、谷糠土、锯末细砂土和锯末粗砂土中种植的杜鹃干旱30 d后生长受到抑制，表现为最大光合速率、ETR（表观光合电子传递速率）、qP（光化学淬灭系数）、Fv/Fm（最大光能转换）和呼吸速率值的下降，但是不同土壤各指标下降程度不同。椰糠土、谷糠土、锯末细砂土和锯末粗砂土中种植的杜鹃干旱30 d复水一周后，植物恢复生长，表明椰糠土、谷糠土、锯末细砂土和锯末粗砂土壤的保水能力增强，能增强杜鹃的抗旱能力。各指标的相关性分析结果表明，叶片含水量、最大光合速率、光补偿点、呼吸速率与其他指标的相关性明显。主成分分析表明，qP、ETR、叶片含水量、叶绿素含量、Fv/Fm、光补偿点6个指标能反映杜鹃的抗旱能力。成本分析表明锯末粗砂土成本最低，因而在海绵设施改良土壤中，锯末粗砂配比土壤，不仅能增加杜鹃的抗旱性，而且成本较低，值得推广。

探究垄沟集雨条件下不同生育期水分亏缺对青椒生长发育过程的影响不仅有利于深入理解干旱区农作物高效节水增产的生理机制，而且还有助于制定科学的调亏灌溉模式。以青椒品种‘中椒107’为试材，设置5个调亏灌溉模式（充分灌溉FI、苗期轻度调亏SSMD、苗期重度调亏SSSD、花期轻度调亏FSMD、花期重度调亏FSSD），探讨了垄沟集雨条件下不同生育期水分亏缺对青椒气孔特征、生长过程和生物量的影响。研究结果显示：①对青椒苗期进行调亏处理可以显著增加近轴面气孔长度与气孔周长，但显著减小了远轴面的气孔密度和气孔宽度，而青椒花期水分亏缺却明显增加了气孔长度、宽度与周长。②青椒在整个生长期内，充分灌溉条件下的株高长势较好，而各调亏处理下青椒的茎粗与叶面积指数显著高于充分灌溉。③花期轻度调亏灌溉条件下青椒的总生物量最大，且花期轻度调亏处理下植物组织的含水量最高。研究结果表明，花期轻度调亏对青椒的生长发育过程和生物量累积尤为重要。将为华北平原地区青椒种植精准调亏灌溉模式的制定提供理论依据和数据支撑。

为了解不同土壤水分传感器的工作性能，以目前国内应用最为广泛的频域反射性（FDR）土壤水分传感器为例，考虑当前新型的探管式结构，选取3种国产主流的FDR（管式）传感器（编号为Q1、Q2和Q3）进行261 d的田间性能测试试验。结果表明：3种传感器监测的土壤含水量曲线变化规律一致，峰值出现在有降雨时，表层土壤含水量曲线波动幅度大于深层土壤。但3种传感器在绝对数值上存在较大差异，土壤含水量变异系数在0.20~0.58之间。3种传感器的观测数值受温度影响较大，表层（0~20 cm）土壤变异系数大于深层土壤，增幅为38%以上，夏季（6月到7月）的土壤含水率变异系数大于其他季节，增幅为16%。通过对传感器观测值和人工观测值进行数据拟合，分别建立了3种传感器土壤水分的原位二次标定方程，有效降低了传感器之间的变异系数，降幅为53%~66%。因此，在农田应用中，应考虑土壤温度、土壤类型因素对FDR传感器原位二次标定的影响，以消除不同传感器工厂标定的差异性。

基于称重式蒸渗仪及土壤蒸发器实测数据分析了温室秋茬茄子植株蒸腾量（T）、土壤蒸发量（E）和总蒸散量（ET）的逐日动态变化规律，采用Pearson相关分析法研究了温室茄子耗水状况与主要气象因子的相关关系，采用通径分析原理分析了气象因子对T、E和ET的直接和间接作用，并建立了多元回归方程。结果表明：温室秋茬茄子全生育期ET为254.91 mm，其中T和E分别为134.97 mm和119.54 mm，占总蒸散量的53.1 %和46.9 %。温室秋茬茄子T、E和ET随生育期推进均呈单峰曲线变化，茄子苗期以地表蒸发为主，占总蒸散量的57.13%，开花坐果期和成熟期茄子植株蒸腾显著增加，地表蒸发与总蒸散量的比值降低为40.99 %和41.61 %。平均温度（T _avg）、相对湿度（Rh）、饱和差（VPD）和太阳辐射（R_s ）是影响温室秋茬茄子耗水的主要气象因子。VPD和T _avg分别是影响T的主要决策因子和次要决策因子，Rh为间接限制因子；Rh为影响E的主要限制因子；VPD对ET起主要决策作用，R_s 起次要决策作用。气象因子与ET之间的回归关系为：ET=0.714+0.786 VPD+0.017 R_s，相关系数达0.77，可用于ET的估算，研究可为温室秋茬茄子高效生产下的环境调控和智能化灌溉提供科学依据和决策参考。

为了研究保水剂对土壤水分入渗性能和土壤水吸力变化过程的影响。通过室内土柱试验，对保水剂不同层施深度和施用量进行模拟试验。设置不施保水剂（CK）、施用量0.1%、施用量0.3%、施用量0.5%，分别层施在土层深度5 cm(W)和10 cm(S),并用T5（微型张力计）测定土壤水吸力值.结果表明；保水剂对土壤入渗特性有影响。随着保水剂施用量增加，累积入渗量和湿润锋运移不断减小；保水剂对湿润锋运移的影响较大。施用保水剂层的土壤含水量高于对照组；相同层施深度下，保水剂层施量越大，上层土壤含水率越高，下层土壤含水率越低。保水剂对土壤水吸力有重要影响。随着保水剂含量越大，上层土壤在T5释水阶段所测土壤水吸力偏大，在T5吸水阶段所测土壤水吸力偏小，下层土壤两阶段所测土壤水吸力越大。相同层施深度下，保水剂影响上层土壤水吸力峰值大小，并不影响到达峰值的时间，对于下层土壤水吸力峰值时间和大小都有影响且随着保水剂含量的增加，土壤水吸力峰值越大，达到峰值的时间越长。研究结果反映了保水剂的层施位置和施用量对土壤水吸力影响，可为保水剂在农田灌溉和科学施用上提供一定理论支撑。

为了明确土壤水分对芥蓝养分吸收利用的影响，基于不同灌溉上限的条件分析土壤水分对芥蓝植株氮、磷、钾、钙、镁的养分吸收量的影响，及其在各器官中含量的变化规律。结果表明，增加土壤水分能促进芥蓝植株各种养分的吸收，其促进作用以Ca＞P＞N≥K＞Mg的顺序排列。氮含量在根和基茎中较少，在基叶、薹叶和薹茎中相对高一半左右，薹叶和基叶的氮含量随着土壤水分增加呈上升趋势，并保持薹叶高于基叶的趋势；薹茎的氮含量则随着土壤水分增加呈相对减少趋势。磷含量在植株各器官基本随着土壤水分增加呈上升趋势，其中薹叶的磷含量上升幅度最大；当植株的磷相对缺乏时则更多向薹茎中转移。基茎的钾含量在土壤水分增加时有较大提高，在其它四个器官保持较平稳的增长的趋势，并按基叶＞薹茎＞薹叶＞根的顺序排列。钙含量在植株各器官相差极大，以基叶中钙含量最高，薹叶中少一半以上，根和基茎中较少，薹茎中极少。镁含量植株基叶中较高，比其他器官高一半左右，土壤水分增加有促进根吸收的镁转移，在基叶、薹叶和薹茎中积累的趋势。土壤水分促进芥蓝养分的吸收和利用，并对芥蓝各器官的养分分配有较大影响。

为预测干旱、半干旱地区的水面蒸发量，以实测水面蒸发量为基准，利用我国西北部地区的45个气象站实测逐日最低气温、最高气温、相对湿度、风速及太阳辐射，建立基于蝙蝠算法的分类梯度提升算法模型（Bat-CB）并与原分类梯度提升算法模型（CatBoost）及随机森林模型（RF）进行对比。结果表明Bat-CB模型的预测能力与稳定性（RMSE为0.859~2.227 mm/d； MAE为0.540~1.328 mm/d； NSE为0.625~0.894； MAPE为0.162~0.328）最优，而CatBoost模型（RMSE为0.897~2.754 mm/d； MAE为 0.531~1.77 mm/d； NSE为 0.147~0.869； MAPE为0.161~0.421）对水面蒸发的预测能力略优于随机森林模型（RMSE为 1.005~3.604 mm/d； MAE为0.644~2.479 mm/d； NSE为 -1.242~0.894； MAPE为 0.176~0.686）。此外，Bat-CB模型对于水面蒸发的季节及空间变异性具有较好的适应能力，而随机森林模型在夏季水面蒸发预测中表现最差。研究成果可用于干旱、半干旱地区水面蒸发量的预测。

在高精度水肥一体化装置的研究中，蠕动泵作为动力源存在局部回流问题。为了降低蠕动泵回流程度和减少水力损失来提高配肥精度，设计了蠕动泵混肥注肥一体化的精准灌溉装置，建立了性能参数模型，并分别采用蠕动泵辊子数量为2、3和4的不同泵头结构，对流量、压力和泵管温度进行了水力性能试验及分析。结果表明：四辊子结构蠕动泵相比于双辊子和三辊子结构，流量分别增加了22%和7%，回流程度分别降低了23%和8%，最大压力分别提高了0.105 MPa和0.030 MPa，泵管最大温度分别增加了13 ℃和8 ℃。经过试验对比，四辊子的泵头结构对泵管高频率挤压，流体回流起到减缓作用，水力损失减小，泵流量和压力均有所提高。得出蠕动泵四棍子结构为水肥一体化动力源较优结构。

针对小规模农业灌溉应用中对水肥一体机高精度及低成本的需求，设计了一套轻简型水肥一体化系统。为实现精准水肥比例调控，系统可根据用户输入的标准水肥比和测量实时水速，利用脉宽调制技术通过改变占空比来调控肥速，直至满足水肥比误差要求。为降低测量误差的影响，设计中对传感器所测流量及水肥比例调控过程进行修正补偿，提高水肥调控精度。此外，提供了触摸屏和远程APP两种控制模式，操控方式简单，用户只需根据实际情况输入灌溉水肥总量，系统即可自动完成控制过程。结果表明，所设计的轻简水肥一体系统在不同水肥比例要求下，水肥配比精度高，运行稳定，可实现精准施肥灌溉。

为了给坡地喷灌系统适宜技术参数的确定提供一定科学依据，以水文学产流原理为基础，建立了满足灌水定额条件下的坡地允许喷灌强度计算模型，并通过试验验证了模型的准确性。应用该模型，分析了土壤质地、地形坡度和灌水定额对坡地允许喷灌强度的影响。结果表明，土壤黏粒比越重，地形坡度越陡，灌水定额越多，坡地允许喷灌强度越小，达到灌水定额所需的灌溉时间越长。综合考虑喷灌系统运行效率和能耗，当采用雨鸟R5000型喷头进行坡地喷灌时，建议将黏土的允许喷灌强度控制在0.118 mm/min以内，而砂土的允许喷灌强度控制在0.461 mm/min以内；允许喷灌强度可根据坡度进行折减，建议坡度每升高5%，允许喷灌强度下降11.69%；灌水定额大于30 mm时，允许喷灌强度宜降低50%。

为了分析高密度聚乙烯（HDPE）板衬砌技术在渠道工程中的可行性，使用改性后的HDPE原料或废旧PE滴灌带作为渠道的衬砌板，结合施工方案设计、水力学分析以及冻胀数值模拟对其展开研究。HDPE板采用热熔连接和在渠段连接处设置伸缩孔的施工方案，保证了整体的防渗性能。水力学分析表明：相较于混凝土衬砌渠道，低糙率的HDPE板衬砌可以减小渠道一半的过流面积，间接减小了工程占地面积和工程量。冻胀模拟结果表明：与混凝土板衬砌渠道相比，柔性的HDPE板材料使渠基土的冻胀力得到较大的释放，渠坡板的法向冻胀力和切向冻胀力分别减小51.15%和45.49%，渠底板的法向冻胀力和切向冻胀力分别减小84.22%和85.59%；随着HDPE板厚度减小，渠板位移、法向冻胀力以及切向冻胀力会有略微的增加，但不会发生断裂破坏。综合表明：HDPE板衬砌渠道具有施工方便快捷、防渗性能较好、水力性能优良、抗冻胀效果显著、符合可持续发展理念等特点，此项研究可为寒旱地区梯形渠道工程设计和施工提供参考。