伴随着全球气候变暖的加剧，更加频繁且持续时间更长的极端高温天气严重影响了水稻生产。基于CN05.1数据集中的逐日平均气温和逐日最高气温数据，对长江中下游地区1961-2014年间的高温热害进行了评估。通过巴特沃斯(Butterworth)低通滤波平滑和Morlet复小波分析等方法对影响水稻生产的3个高温热害指标（高温持续日数、连续高温积温和危害热积温）进行了对比分析，结果表明：①3个指标在1980年前后呈现出先下降再上升的趋势，但是高温持续日数的上升或下降趋势更为平缓；②空间上，基于3种不同热害指标的结果均反映出高温热害严重的地区集中在平原区，其中，连续高温积温和危害热积温相较于高温持续日数在空间的异质性更加明显；③在周期分析中，3个指标在54年中均存在着25~32年、13~24年、7~12年以及3~6年的四类尺度，并且以18年、9年和5年为主周期的周期变化；④在强度等级划分中，无论是从标准划分的精细程度还是从划分结果的合理性上来看，基于逐日最高气温所计算的危害热积温均是3个指标中的最优选择。研究结果推荐使用危害热积温作为计算长江中下游水稻高温热害的指标。

滴灌条件下设施芹菜科学合理的灌溉策略，可为芹菜节水高效生产提供理论依据。在滴灌芹菜外叶生长期、立心期和心叶生长期分别设置I、0.8I和0.6I(I为充分灌水量，灌水上限为90%θ_Fc，灌水下限为70%θ_Fc；0.8I和0.6I分别表示充分灌水量的80%和60%)3个灌溉水平的三因素三水平正交试验，研究不同处理芹菜地上部分生长、生理指标，产量和灌溉水利用效率对水分调控的响应，并基于CRITIC-TOPSIS综合评价方法确定最佳灌溉策略。芹菜株高、产量及灌溉水利用效率对外叶生长期灌水最敏感，叶柄粗对心叶生长期灌水敏感；叶片光合作用对心叶生长期灌水最为敏感；随着心叶生长期水分亏缺程度加重，叶片净光合速率P_n 、气孔导度G_s 、蒸腾速率T_r 均显著降低，胞间CO₂浓度C_i 显著升高；3个生育期均灌水充足的处理T1（I，I，I）株高和产量均为最高，其中株高为66.03 cm，模拟最大生长速率为0.86 cm/d；产量为103.50 t/hm²；T2（I，0.8I，0.8I）处理叶柄最粗，为20.71 mm，较灌水充足处理增加4.1%，模拟最大生长速率为0.36 mm/d，灌溉水利用效率为61.27 kg/m3，较T1增加6.3%；运用CRITIC-TOPSIS综合分析得出，T2处理综合评分最高，是最优灌水处理。综合全生育期考虑，外叶生长期、立心期和心叶生长期灌水量分别以140～160、215～245、390～420 m³/hm²为最优灌水方案。

为探索土壤氮素利用率低，氮素淋失导致环境及葡萄产量品质不佳的影响因素，研究滴灌条件下灌水和避雨栽培对葡萄氮素淋失及产量品质的影响。试验设置了灌水下限(80%、70%、60%田间持水量)及避雨措施（无避雨处理、避雨处理）2个因素6个处理，研究不同土壤水分下限和是否避雨处理对土壤淋失水中NH₄ ⁺-N 、 NO₃ ^--N浓度及总淋失量、NO₃ ^--N淋失率和葡萄产量品质的影响。结果表明：在相同灌水下限条件下，避雨栽培的各处理在NO₃ ^--N浓度及总淋失量、NO₃ ^--N淋失率方面均低于无避雨栽培的处理；在相同避雨措施下，低灌水下限的处理在NO₃ ^--N浓度及总淋失量、NO₃ ^--N淋失率方面均低于高灌水下限的处理； NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N淋失量的变化趋势基本一致；T5处理单位面积产量较T1、T2、T3、T4和T6处理分别高了34.02%、10.21%、37.67%、20.90%、36.33%，且差异显著。避雨栽培和适当降低灌水下限的措施具有很好的氮素淋失阻控作用及优质高产效果。

为探究不同灌溉模式和施肥处理对受涝稻田土壤酶活性的影响，为受涝稻田土壤质量的改良提供科技支撑，通过盆栽试验，分析常规灌溉（W1）和间歇灌溉（W2）2种灌溉方式和稻草还田+化肥（F1）、稻草还田+化肥+土壤调理剂（F2）、稻草还田+化肥+炭基肥（F3）3种施肥处理配施对分蘖期、抽穗期、收割后土壤脲酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性的变化规律。结果表明：与常规灌溉相比，间歇灌溉对水稻全生育期土壤脲酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性均有提高作用，分别增加5.60%、13.16%、29.76%。与施肥处理F1相比，F2、F3处理的全生育期脲酶活性均值分别增加3.81%、8.65%；过氧化氢酶活性均值在分蘖-抽穗期分别增加6.74%、2.29%，收割后分别减少9.58%、20.85%；酸性磷酸酶活性均值分别显著减小37.03%、37.37%（p<0.05）。间歇灌溉配施土壤调理剂或炭基肥可以更有效增加受涝稻田土壤脲酶、过氧化氢酶活性，其中，炭基肥对提高脲酶活性的效果优于土壤调理剂。间歇灌溉能够减小土壤调理剂和炭基肥施用对酸性磷酸酶活性的抑制作用，改善受涝稻田土壤质量。

为协调渠井结合灌区灌溉经济效益、灌溉用水效率、作物缺水、地下水可持续利用和渠系配水公平度5个目标，确定各作物合理的灌溉用水量与适宜的渠井用水比例。采用基于Python开发的MODFLOW模块FloPy构建地下水数值模拟模型，在此基础上采用优化框架Pymoo中的NSGA-Ⅲ算法构建了紧密耦合的灌区多目标水资源优化配置模拟优化模型，获得了一个假想渠井结合灌区的多目标水资源优化配置方案。结果表明：与57个非劣解集的平均值相比，经济效益最优方案，经济效益高1.10％；地下水可持续利用方案中地下水平均累计降深低4.52％；作物缺水量最小方案中缺水量低14.25％；配水公平度最高方案中公平度高32.84％；用水效率最高的方案中用水效率高19.72％；采用博尔达计数规则优选出的最优方案中，经济效益高0.14％，地下水平均累计降深低4.49％，缺水量低0.15％，用水效率高16.90％，但用水公平度低52.2％。基于模拟优化模型通过调整渠井用水比例和灌溉水量来进行渠井结合灌区多目标水资源优化配置，并采用博尔达计数规则确定最优配置方案，可为灌区地表水地下水可持续安全高效利用，地下水取水总量和地下水水位双控提供强有力的技术支撑。

选取宁夏老龄枸杞园撂荒前和撂荒后连续5年的土壤，利用高通量测序技术解析土壤（0~20和20~40 cm）细菌群落结构，明确关键的土壤影响因子。结果表明：撂荒后20~40 cm土层含水量、有机质和碱解氮含量显著增加，含盐量、全氮、NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N含量显著降低。表土有机质、碱解氮和速效磷逐渐增加，全氮则逐渐减少，细菌多样性指数普遍逐渐增大。撂荒后Proteobacteria和Acidobacteriota 相对丰度分别增加15.19%和28.38%，但Bacteroidota、Actinobacteriota和Cyanobacteria相对丰度分别减少26.72%、40.09%和46.13%。优势属Hymenobacter、Limnobacter和Cavicella数量增加了13.18、8.98和6.24倍，而Candidatus_Methylomirabilis和Flavisolibacter降低了91.37%和72.98%。Pearson相关分析表明撂荒过程中土壤全氮、含水率、速效磷、速效钾和NO₃ ^--N是影响土壤细菌群落组成的关键因子。研究结果可为宁夏老龄枸杞撂荒园的管理与可持续利用提供科学依据。

针对新疆南疆地区干旱环境，常规冬春灌耗水严重，不利于南疆水资源的可持续发展，探索干播湿出环境下出苗期适宜的灌水方式。在南疆沙雅县开展大田试验，设置7个不同灌水量及频率处理（C1:675 m³/hm²，C2:900 m³/hm²，C3:1 125 m³/hm²，C4:675+225 m³/hm²，C5:675+450 m³/hm²，C6:675+300+150 m³/hm²，CK:冬灌2 700 m³/hm²），研究不同出苗水量和滴水频次对棉花株高、茎粗、出苗率、干物质累积量等生长指标、产量及其构成要素(单株铃数、收获密度)的影响。结果表明：CK处理出苗率最高，C1、C2、C3、C4、C5、C6出苗率分别为对照的81.48%，88.62%，67.35%，95.01%，73.66%与80.06%。在苗期，C1、C2、C3、C4、C5、C6处理株高分别对比CK减少10.63%，10.37%，36.33%，8.05%，22.45%，26.74%；茎粗分别对比CK减少2.14%，6.05%，31.67%，4.27%，12.81%，16.73%。冬灌棉单株铃重与籽棉产量的相关性最高(r=0.646)，干播湿出棉收获密度与籽棉产量相关最密切(r=0.748)。CK处理在苗期出苗率、棉花生长指标以及后期产量及其构成要素要显著高于其他处理，C4处理在出苗率、收获密度以及籽棉产量均与CK处理处于同一水平。出苗水量大于675 m³/hm²时，同一滴水频次下，棉花出苗率随灌溉定额的减少而增加，C2处理棉花出苗率、苗期生长状况、后期产量及其构成要素高于C3处理，C4高于C5处理。同一灌水量下，棉花出苗率随滴灌次数的增加而升高，C4处理棉花出苗率、产量及其构成要素高于C2、C5处理，C6高于C3处理。综合各处理出苗、生长状况及产量情况，C4为最佳出苗水处理。

中国是世界上水资源最贫乏的国家之一，其水资源利用效率同经济发展之间的矛盾正日趋严峻。近年来，伴随环境保护意识增强和对经济建设质量要求不断提升，探究水资源利用与经济发展之间的关系显得愈发重要。基于此，以粤港澳大湾区9市为例，利用LMDI模型将2012-2020年间用水量变化进行分解，并引入Tapio脱钩弹性法厘清水资源利用量与经济增长之间的脱钩关系，初步得出以下结论：①大湾区建设导致产业用水量出现明显变化。具体而言，伴随总用水量出现下降的同时，第二产业用水量下降较快、第三产业用水量迅猛上升，第一产业则保持相对平稳态势；②水资源利用变化的拉动效应主要受规模经济效应和人口效应的影响，而水资源利用变化的抑制效应主要受产业结构效应和用水效率影响，其中用水效率占主导；③第一产业的“强脱钩”出现次数最多，第二产业脱钩状态大体经历了“强负脱钩-弱脱钩-强脱钩”的变化，第三产业的脱钩关系表现出较大的波动性。

以北疆耕作层土壤为研究对象，采用室内冻融模拟试验，研究冻融循环过程中土壤含水量、含盐量和冻融循环次数对土壤团聚体水稳定性特征指标（平均质量直径、几何平均直径、分形维数）的影响。结果表明：70%田间持水量时冻融过程可增强团聚体稳定性，含水量过高或过低均破碎团聚体，特别是达到田间持水量时；初始含盐量对团聚体稳定性也有显著影响，随着含盐量的增加土壤团聚体稳定性逐渐降低；随冻融循环次数增加(1次、3次和5次)，＜0.1 mm的团聚体组成比例显著上升，几何平均直径和平均质量直径降低；在初始含水量较低时，冻融循环对分形维数没有显著影响，随着初始含水量的增加，分形维数最高增加0.88%；土壤的平均质量直径和几何平均直径均与分形维数呈显著负相关。建议在盐碱土冻结前，调节土壤含水量至70%田间持水量，可以保持和改善土壤物理结构。

随着设施农业的快速发展，设施土壤普遍出现次生盐渍化、养分失调、土壤板结等退化问题。引发的根区氧气含量不足已经成为制约设施农业生产力的主要因素之一。加氧灌溉通过向灌溉水中掺入空气或氧气，以直接向作物根区输氧的形式提高根际氧气含量，从而实现作物产量与品质的提升。纳米气泡作为一种高效加氧方式，在农业领域的应用逐渐引起人们的广泛兴趣，也取得了良好的应用效果。目前，关于纳米气泡产生方法、表征手段、在水处理以及矿石浮选方面的应用等已经被竞相报道，然而对于纳米气泡在农业领域的效果与应用还鲜有概述。综述聚焦于纳米气泡特性，以及纳米气泡灌溉对设施作物生长、产量、品质、土壤理化指标与土壤微生物的影响，对纳米气泡在设施农业领域的现有研究成果进行了总结，并对未来纳米气泡在农业领域的研究重点提出了展望。

土壤优先流是影响土壤水分和溶质迁移与分配的重要过程。以宁夏中宁县引黄灌区农田土壤为研究对象，基于土壤裂隙、降雨强度与降雨历时模拟的田间试验，采用染色示踪法，通过对入渗深度、染色面积、优先流入渗对总入渗贡献率等参数的调查与分析，探讨了干旱半干旱区农田土壤优先流的特征。主要研究结果表明坡面土壤裂隙在降雨重新分配中起重要作用，即裂隙增大了土壤水分入渗量，减少了地表径流量，延缓了地表径流形成的时间。在50和30 mm/h降雨强度下，较无裂隙对照，裂隙处理使土壤水分入渗量分别提高了31.3%和33.6%。该结果对土壤水运移规律的认识，特别是对干旱半干旱区农业灌溉管理、提高农田用水效率具有一定的理论与实践意义。

针对现代化灌区建设中输配水管理工作越来越繁重等问题，在研究了传统灌溉管理信息系统后，提出执行申请灌溉管理方案。通过手机APP收集需水信息，建立灌溉调度计划，再反复循环计划-执行-监测-更新计划的过程实现物理水网和数字水网的融合，最后优化调度计划，预测灌溉作业结束时间，促进作业间顺利交接。进一步将灌溉调度计划转化为矩形条带装箱问题（2DR-SPP），即灌溉作业表示成由流量和时间构成的矩形条带，设计了快速更新调度计划方法，即将灌区离散化为二叉树，灌溉申请（矩形条带）沿着灌区结构（二叉树）由下至上分层装箱，自动生成并更新计划。还设计了收集灌区基础信息手机APP程序，管理灌溉过程的闸门智能锁及灌溉评价子系统等。通过手机APP收集灌溉信息至服务器端，应用循环装箱程序生成并更新灌溉调度计划，指导闸门操作，督促用户分工协作，进而降低灌溉管理工作量，提高工作效率。信息技术的发展萌生了执行申请灌溉管理，在便利农民生产生活的同时提供了科学、精准、高效灌溉调度决策建议，随着管理制度、流程、使用方法的不断完善，必然会深入改变传统的灌溉管理模式。

为探究微润灌施肥条件下压力水头对湿润锋运移距离及湿润体内水氮运移规律的影响，进行室内土箱模拟试验，设置5个水头（1 m、1.25 m、1.5 m、1.75 m和2 m），以浓度为600 mg/L的硝酸铵钙作为灌溉施肥，研究湿润锋运移距离与压力水头的关系，分析不同压力水头下湿润体内水氮运移规律。硝态氮（NO₃ ^-）是植物吸收氮的主要形式，研究土壤中硝态氮的运移规律，对研究不同压力水头下微润灌的室外种植试验具有指导意义。试验结果表明：在微润灌施硝酸铵钙条件下，湿润体纵剖面为圆形，且湿润锋的运移距离与灌水时间均符合幂函数关系，入渗系数a与压力水头呈正相关关系，入渗指数b与压力水头呈负相关关系。压力水头对土壤水分运移有促进作用。压力水头越大，入渗界面的压力势越大，土壤水分入渗速率越快，同一时刻相同深度土层的含水率越大，累积入渗量越大。累积入渗量与灌水时间符合Kostiakov经验入渗公式，参数a、b与压力水头均为正相关关系。硝态氮运移规律与水分运移规律相反，距离微润管越远，土壤中硝态氮含量越高。压力水头对硝态氮运移有促进作用，同一时刻相同土层深度，压力水头越大，氮素运移越快，土壤平均硝态氮含量越高。硝酸铵钙能够改变土壤的孔隙结构。硝酸铵钙中钙离子与土壤胶体发生中和反应，导致土壤团粒结构增加，孔隙率增大，土壤入渗能力增强，在一定程度上可减小土壤入渗能力的衰弱速度，因此在大面积施用时，要避免其淋溶累积对水体及环境造成危害。微润灌施的推广与使用，仍然需要不断深入研究。

为探明旱直播水稻模式下播种量和水分管理对产量和水分利用效率的影响，在旱直播模式下，设置裂区试验，主处理为旱管（DM，干（重旱）湿交替灌溉）和水管（WM，常规淹水灌溉），副处理为播量1（SO，22.5 kg/hm²）和播量2（SS，37.5 kg/hm²），考察对产量、叶面积指数、籽粒灌浆动态、叶片衰老及水分利用效率的影响。结果表明：旱管处理的水稻产量低于水管处理，提高播种量后两者产量差距缩小11.6个百分点，主要因为提高播种量后显著提高了有效穗的数量，旱管播量2的有效穗数量比旱管播量1提高23.7%，也使其群体LAI的提高6.8%，但是播量提高均使其他产量构成因子降低。旱管处理后的植株叶片衰老速度高于水管处理，两年平均高19.9%，提高播量进一步加剧了衰老进程。旱管播量1处理的水分利用效率低于水管处理，提高播量后，旱管水分利用率比水管提高5.47%，且比旱管播量1提高12.05%。旱直播旱管模式提高播种量后可改善群体质量，显著提高水稻产量和水分利用效率，为旱直播水稻技术在缺水条件下的稳产打下基础。

稻田中氮磷污染物的排放引发了严重的农业面源污染问题。在不同的地区或试验条件下，不同灌溉方式对稻田氮磷损失的研究结果存在差异，尤其是科学蓄雨灌溉条件下有关此方面的研究更少。因此，2019年在贵州省天柱县（平均降水量1 444.5 mm，属平水年）开展了不同灌溉方式（科学蓄雨灌溉、浅湿灌溉和传统淹灌）对整个生育期内稻田田面径流和渗漏液中氮、磷素浓度动态变化特征及排放量，土中氮磷残余量影响的试验研究。结果表明：科学蓄雨灌溉相对于浅湿灌溉和淹灌分别降低灌水量24.7％和18.7％。田面径流液和渗漏液中氮磷浓度的峰值出现在基肥和追肥后，科学蓄雨灌溉径流液氮磷浓度峰值最大；整个生育期的大部分时段渗漏液中氮浓度变化表现为浅湿灌溉>科学蓄雨灌溉>淹灌；拔节期前的大部分时段，科学蓄雨灌溉的渗漏液磷素浓度最大。科学蓄雨灌溉和浅湿灌溉的氮素排放总量和污染物总排放量差异不显著，且显著低于传统淹灌；磷素排放总量表现为传统淹灌>科学蓄雨灌溉>浅湿灌溉。总体上，相对于传统淹灌，科学蓄雨灌溉降低氮素总排放量18.6%，降低磷素总排放量29.0%，降低氮、磷素总排放量达16.0%。综上，科学蓄雨灌溉由于其高效利用降雨，显著提高了水分利用率，并能降低氮和磷的田面径流和渗漏损失量，促进了稻田水肥资源高效利用。

陇中地区是我国雨养春玉米重要产地，但该区长期存在氮肥利用效率低和种植密度不合理等问题，因此，在甘肃省定西市开展春玉米氮肥和种植密度试验，以期提出陇中雨养区维持春玉米高产效的种植密度与施氮方案。以先玉335为研究对象，采用裂区试验设计方法，设置种植密度和施氮量2个因子。主区为种植密度（D），设置3个水平，D1：3.5 万株/hm²，D2：5.5 万株/hm²，D3：7.5 万株/hm²。副区为氮肥施用量（N），设置4个水平，N1：0 kg/hm²，N2：180 kg/hm²，N3：225 kg/hm²，N4：270 kg/hm²，研究了种植密度与氮肥互作对春玉米生长、产量、氮素利用效率以及土壤硝态氮残留的影响。结果表明：不同的种植密度与氮肥施用量对春玉米生长、产量和氮肥利用效率均有显著影响，且两者交互作用明显。中等密度中等氮肥施量（D2N3）处理下春玉米产量最大（10 203 kg/hm²）、氮肥利用效率最高（37.5%）。氮肥利用效率较其他处理提高了39.0%~47.1%。同时，春玉米收获时，D2N3处理的土壤硝态氮含量也较低。综合考虑产量、氮肥利用效率和土壤氮素残留，密度为5.5 万株/hm²，施氮量为225 kg/hm²是陇中雨养区春玉米种植的最佳密度和氮肥组合。

良好的水肥调控模式是维持、提升土壤肥力的重要措施，也是作物高产的重要保证。为了探究不同水肥调控对水稻产量，干物质量及稻田土壤肥力的影响规律，在湖北省漳河灌区开展水稻种植的测桶试验研究，供试品种为荃早优丝苗，设置淹灌W1和间歇灌溉W2两种灌溉模式以及常规肥N1和5种施肥水平的缓释肥N2处理，其中同N1常规肥肥效相同的为N2F（1）处理，并在此基础上将施肥水平各增加、减少25％、50％，共设计N2F（0.5）、N2F（0.75）、N2F（1）、N2F（1.25）、N2F（1.5）5种处理。采集泡田前、黄熟期土样、植株样，对土壤全氮（TN）、全磷（TP）含量及黄熟期干物质量、产量进行分析。结果表明：间歇灌溉W2N2F（1）处理的产量为17 128.4 kg/hm²，比产量最高W1N2F（1）处理低5.73%。W2N2F（1）处理穗部干物质分配比例为44.81%，低于W1N2F（1）处理4.9%。两种灌溉模式下常规肥N1条件土壤中TN的含量显著高于泡田前，W1N1和W2N1处理土壤TN含量分别为1.38 g/kg、1.57 g/kg，且与缓释肥各处理间差异显著（P<0.05）。土壤TP的含量整体低于泡田前。间歇灌溉W2N2F（1.5）处理TP含量最高，为0.37 g/kg，高出W2N1处理101.29%。间歇灌溉较淹灌可以更好的维持土壤中的TN含量及提高水稻的有效穗数，缓释肥可以提高土壤的氮磷肥力和穗部干物质的积累，进而增产。

为了去除水产养殖行业中由于使用抗生素带来的抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes，ARGs）的污染，采集了渔业养殖废水作为处理原水，构建了以沸石为主要填料的水平潜流人工湿地，采用荧光定量PCR技术测定基因丰度，研究了在氯化亚铁的作用下，人工湿地实验槽对磺胺类ARGs（sul1和sul2）的去除效果，并分析了ARGs的去除机制。实验结果表明，添加氯化亚铁后，人工湿地实验槽对sul1的去除率提高，并且会随着氯化亚铁浓度的提高而提高，但人工湿地实验槽对sul2和16S rRNA去除率并未随着浓度提高而提高。综合分析得出，当氯化亚铁添加量为80 mg/L时，人工湿地实验槽对sul1和sul2的去除效果最优。添加氯化亚铁对原水TP（总磷）、TN（总氮）和NH₄-N（氨氮）的去除效果也提升明显，当氯化亚铁添加量为40 mg/L时，对常规污染物去除效果最合适。此外，添加不同含量的氯化亚铁能够改变实验槽进水和出水中的微生物群落结构，使sul1宿主分枝杆菌属（Mycobacterium）细菌在出水中的相对丰度降低，从微生物群落层面影响ARGs的去除。因此，添加氯化亚铁，增加了人工湿地实验槽对常规污染物和sul1的去除效果。氯化亚铁的絮凝作用能够增加人工湿地实验槽对ARGs的过滤效果，促使微生物群落结构变化或促进基因转移，增加处理体系中ARGs的丰度。亚铁促进基因转移和基质过滤作用是提升人工湿地去除sul1和sul2的潜在机制。