生物刺激剂在增强农作物非生物逆境耐性方面的潜在价值备受各方关注。采用完全随机区组设计，考察了生物刺激剂（清水对照组CK；黄腐酸FA；甜菜碱GB）叶施与减量灌溉（常规灌溉CI；73%常规灌溉RI）措施相耦合对设施芹菜生产的影响，旨在探索生物刺激剂的节水增产增效潜力。分析了芹菜光合作用、生物量、产量、灌溉水利用效率、营养和安全品质以及矿质营养元素氮磷钾吸收量等指标。结果表明，常规及减量灌溉条件下，叶施FA和GB显著降低了芹菜的叶片温度，大幅提升了芹菜的叶片蒸腾效率；叶喷2种生物刺激剂还明显提升了芹菜地上部氮磷钾元素吸收量和单棵重、产量、净收入、灌溉水利用效率，叶施FA处理芹菜的生长及产量明显优于GB。品质调控方面，GB优于FA。与CI相比，RI处理未引起芹菜减产，大幅提升了芹菜灌溉水利用效率。RIFA和RIGB组合处理的芹菜产量、水分利用效率和净收入均明显大于CICK，表明2种生物刺激剂在农业增产增效及节水领域均具有应用价值。

针对当前新疆地区西瓜肥料利用效率低问题，探究水溶性复合肥对西瓜生理性状及经济效益的影响，从而推选最优的施肥方案。通过大棚试验，设置T1、T2、T3、T4、T5（CK）（分别为当地常规施肥量的50%、100%、150%、200%及当地常规施肥）5种施肥处理，探究水溶性复合肥施入量对西瓜生长、品质和产量的影响，并利用TOPSIS法对施肥方案进行综合评价优选。西瓜生长指标、产量、品质随水溶性复合肥施入量增加呈抛物线趋势，其中T2处理植株长势旺盛显著高于其他处理，西瓜地上部植株生物量T2处理相比T5（CK）处理显著提高26.43%。在果实形态、品质和产量方面，果形指数、边际总可溶性固形物质量分数、果实含水率、产量以T2处理最大，可溶性糖、维生素C总量、瓜心总可溶性固形物质量分数以T3处理最大，中边差以T2处理最小，且T2处理利润最高为19.19 万元/hm²。采用TOPSIS-熵权法得到不同处理由好到差依次为：T2、T4、T1、T3、T5（CK）。在本试验条件下，适宜西瓜生长的施肥处理为T2，该研究可为新疆地区设施西瓜优质生产提供科学依据。

为了降低热带草原气候区域可用水资源不确定性带来的灌区规划风险，合理进行灌区农作物的种植结构分配，从而充分发挥灌区经济效益，结合确定性动态规划及随机规划的优点，建立了基于随机动态规划的热带草原气候灌区种植结构优化模型。以塞内加尔卢加灌区为例，通过分析长系列1987-2016年灌区的灌溉可用水量，建立正态分布概率函数进行概率模拟，将随机动态规划模型应用于卢加灌区并将试验结果与确定性动态规划模型结果进行对比。研究结果表明，随机动态规划模型能够充分考虑灌区灌溉可用水量的不确定性，对灌区种植结构进行合理优化，相较于确定性动态规划的种植结构结果，平均每年增加1.37 亿CFA的经济效益；随机动态规划模型的种植结构规划结果能够有效应对干旱等极端气候条件带来的影响，在极端干旱时（如1987年）灌区经济效益较确定性动态规划增加5.33 亿CFA，使灌区发挥较高且稳定的经济效益。研究成果有利于灌区制定合理的农田管理和种植决策，为灌区农业经济可持续发展提供科学依据。

针对利津县当地灌溉水资源远远不能满足农田灌溉用水的难题，采用亏缺灌溉的调控方式控制作物生育期灌溉用水量，选取作物经济效益、综合水分生产力、生态效益最大为目标，运用多目标优化模型（AE-FOS-MOP）进一步对利津县不同水平年下的农作物进行种植结构调整。研究表明：①亏缺灌溉方式下，灌溉水量仍不能满足农田灌溉用水需求，但显著缓解了灌溉水供需矛盾。②在保证粮食安全生产的前提下，不同水平年下模型优化的结果有效地调整了粮经作物的比例并实现了节约耕地。③现状年（2022年）通过调减冬小麦、水稻、玉米、棉花的播种面积，增加花生的播种面积，可实现经济效益提升1.9%，综合水分生产力提升4.5%，生态效益提升3.1%。④规划年（2025、2035年）进一步增加蔬菜、花生的种植规模，经济效益分别提升9.5%、14.3%，生态效益分别提升16.9%、14.1%，综合水分生产力分别提升2.1%、5.0%，节水率分别为8.2%、5.5%。

为了探究土壤水盐含量对冻土水力传导度模拟的影响，以内蒙古河套灌区土壤为研究对象，使用MesoMR23-060V-I核磁共振仪系统测定了5个初始土壤含盐量（0.1%、0.2%、0.5%、0.7%和1.0%）和3个初始质量含水率（20%、25%和30%），共15种组合下的土壤冻结曲线（SFCC）。基于SFCC，采用最新的毛管束模型（CBM）预测冻土水力传导度，并与目前广泛采用的冰阻抗模型（IIM）对比。结果表明：①土壤盐分能够显著增加冻结土壤未冻水含量，降低冰点和冻结曲线斜率，但三者均随初始土壤含水率的增加而增大。②幂函数模型能较好地描述土壤冻结特征曲线，拟合参数α和β随盐分增加而分别增大和减小，水分对拟合参数无显著影响。③无论是冰阻抗模型还是毛管束模型，盐分对冻土水力传导度的影响都明显大于水分。盐分分别通过影响临界温度和土壤冻结曲线参数影响IIM和CBM对冻土水力传导度的预测。相比于IIM，CBM在低温和高盐条件下预测精度更高。

针对水肥混合过程中水肥EC值精准控制的问题，设计一个基于模型参考自适应的水肥一体化决策和控制系统。建立母液动态调控模型，并通过该模型设计模型参考自适应控制器。仿真试验结果显示，模型参考自适应控制相较于模糊PID控制，在跟踪试验中超调量降低1.2%，调整时间减少12.6 s，阶跃试验中超调量降低14.4%，调整时间减少超过2 s，抗干扰能力优于模糊PID控制。通过3种方式进行田间试验，对比模糊PID控制和人工灌溉方式，采用模型参考自适应控制能够使番茄株高分别提高15.7%和35.6%，茎粗分别增长11.1%和18.6%，产量分别提升23.3%和48.1%，结果表明，模型参考自适应控制优于模糊PID控制和人工灌溉方式，从而验证模型参考自适应控制的有效性，为精准施肥灌溉提供技术支持。

分流漩涡型灌水器是一种先分流再产生漩涡从而达到消能目的的灌水器。为研究灌水器流道结构参数对水力特性和抗堵塞性能的影响，选取分水体与流道边壁的距离、分水体与阻水体头部的距离、阻水体齿倾斜角度和阻水体齿到流道边壁的距离4个特征参数研究其水力性能，选取粒径为0.125 mm、密度为2 500 kg/m³的泥沙颗粒研究其抗堵塞性能。结果表明，灌水器流态指数为 0.481 2~0.506 8，分水体与流道边壁的距离对流态指数影响最大；灌水器流量系数为2.209 3~3.290 6，分水体与流道边壁的距离和阻水体齿端到流道边壁的距离均对流量系数有影响。研究发现主漩涡区是易堵塞区域，在多数情况下流态指数与颗粒滞留时间呈负相关规律。最后对该结构进行了优化设计，以提高其水力性能和抗堵塞性能，可为分流漩涡型灌水器水力性能评估和结构优化提供技术支撑。

优化灌区渠系输配水技术是推动农业水资源高效利用的重要举措。针对新疆部分灌区渠系管理上沿用人工传递信息方法来决策配水方案，难以达到优化调配。以轮灌分组和配水流量为决策变量，建立了以渠道输水损失最小、轮灌组内配水时间差最小为目标的灌区支、斗渠优化配水模型，采用多目标粒子群算法进行求解；在深入研究渠系优化配水模型及其算法求解的基础上，采用Visual Studio Code、Matlab开发工具，开发灌区渠系水优化配置系统，并通过实例进行检验分析。结果表明：优化后的配水方案较该时段实际灌溉方案，渗漏损失总量由48.49 万m³减少至23.78 万m³，配水时间由30 d缩短为14.6 d。所建立的渠系优化配水模型贴近渠系实际运行情况，可以实现集中高效配水；开发的渠系水优化配置系统界面友好、参数简洁，能方便快速地为灌区的配水优化编组提供决策依据。

通过对长喉槽量水堰在疏勒河双墩子断面和玉门关断面的实地观测与深入分析，运用Winflume软件进行建模和率定，建立了水位与流量之间的关系。结果表明：长喉槽量水堰在不同条件下均能够取得出色的测流效果，表现出卓越的可靠性和准确性。通过对1号和4号长喉槽的流量曲线和流量表进行详尽分析，验证其在设计流量范围内的普适性，1号长喉槽设计流量0~31.7 m3/s范围内均适用，4号长喉槽设计流量0~34.5 m3/s范围内水位流量关系同样适用。研究结果为疏勒河流域长喉槽量水堰提供技术支撑。

为响应化肥减量增效有关政策，探究砂管灌装置灌溉方式下不同有机肥30%养分替代化肥处理对骏枣产量与品质和对土壤蔗糖酶活性及有机质含量的影响，以南疆骏枣为研究对象，设置鸡粪（T1）、油渣（T2）、有机水溶肥（T3）和单施化肥（CK）4个试验处理，结果表明，有机肥配施化肥可以使果实膨大期枣树叶片SPAD值提高3.29%~6.29%，能够不同程度地提高0~40 cm土壤蔗糖酶活性，并能使0~40 cm土层有机质含量提高5.93%~34.62%。有机肥配施化肥能在稳定产量的同时使骏枣果实的总糖含量增加12.36%~35.25%、可溶性固形物含量增加25.60%~38.24%、维生素C含量增加1.17%~15.36%，并能使骏枣产量增加0.63%~4.81%。综合比较下T1处理鸡粪有机肥（2 kg/棵）30%养分替代化肥的处理效果最佳。该研究对于化肥减量增效与农业水资源高效利用具有重要意义。

再生水资源化是缓解区域水资源紧张和发展农业用水的良好解决方案。试验以河水（R0）、混合水（河水∶再生水=1∶1，R1）、再生水（R2）和井水（CK）为不同处理的灌溉水源，以大田玉米为研究对象，探究不同水源灌溉对不同层次土壤（0~200 cm）和玉米植株各器官中Pb、Ni、Cr的迁移和累积规律以及对玉米生长和产量的影响。结果表明，灌水定额相同时，短时间内（>32 d）再生水灌溉导致了Pb向土壤深层（>70 cm）的迁移和Ni、Cr在土体0~200 cm范围内的累积，其中，Pb含量减少了9.8%~38.7%，Ni、Cr含量分别升高了2.5%~21.2%和5.5%~166.8%。但是，试验结束时各处理土壤中重金属含量均低于苗期。对于植物体，灌水前后，CK处理植株体内重金属相对累积量均高于R0、R1、R2处理，Pb分别高23.2%、3.5%和24.4%，Ni分别高12.7%、0.1%和1.1%，Cr分别高19.7%、1.6%和6.5%，玉米成熟期各处理籽粒中重金属含量无显著差异，但植株体内重金属总量均表现为R0＞R2＞CK、R1＞CK。与井水相比，各处理均增加了玉米株高、叶面积和地上生物量，R0、R1、R2处理与CK相比，2022年分别增产1 197.9 kg/hm²、1 296.6 kg/hm²和447.4 kg/hm²，2023年分别增产472.1 kg/hm²、638.4 kg/hm²和243.9 kg/hm²。因此，混合水灌溉增产效应最大，但与井水灌溉相比，混合水也较易导致重金属在植物体内的富集，而采用再生水灌溉时，土壤中重金属的残留风险较大，探讨两者合理的掺灌比例尤为重要。研究为不同水资源优化配置利用提供了参考，对于非常规水灌溉利用具有一定借鉴意义。

对农田排水沟除草护坡及生态净化等方面的研究进行了综述，并对目前主要使用的除草技术，生态护坡技术，以及发展前沿的生态净化技术等方面的国内外相关成果进行总结归纳。然而这些方法都存在技术单一、影响环境等缺点，在对各影响因素的协同作用进行综合系统分析的基础上，提出新的解决思路。对沟道运行面临的问题与需解决的科学问题进行了探讨，旨在为现代农业灌溉排水区域建设提供参考。

冬小麦是黄土高原地区重要的粮食作物，以畦灌为主的地面灌溉是该地区普遍采用的灌溉方法。明确畦灌条件下不同灌水量对冬小麦蒸散耗水规律的影响可以为冬小麦合理的灌溉管理提供参考。利用改进的Shuttleworth-Wallace模型（SW模型）计算2016-2019年间黄土高原地区畦灌冬小麦的蒸散量，对蒸散发及其组分的影响因素进行分析。结果表明：改进的SW模型模拟畦灌冬小麦蒸散具有较高的精度，R² 为0.88~0.90，RMSE为0.39~0.42 mm/d，MAE为0.29~0.30 mm/d，RRMSE为0.08~0.09，NSE为0.88~0.90，d为0.97。冬小麦生育期内E/ET呈先下降后升高的趋势。随着灌水量的减少，日蒸腾量有明显的下降，高水处理M1、低水处理M2、雨养处理M3分别为1.19~1.24 mm/d、0.93~1.05 mm/d和0.67~0.69 mm/d；E/ET表现出升高趋势，M1、M2、M3处理分别为28%~35%、34%~39%和41%~47%。随干旱程度增加，控制E/ET变化的主要因素从叶面积指数（LAI）转变为LAI和土壤含水量，高水处理冬小麦的蒸散发ET主要受净辐射控制，雨养处理冬小麦ET则受净辐射、土壤含水量和叶面积指数的综合影响。

为利用修正后的双作物系数法来准确估算不同生育期计划湿润层深度下春玉米蒸散量（ E T_{\mathrm{c}}）。根据不同生育期设定不同计划湿润层深度（T1、T2、T3），试验灌水下限设定为65%田间持水量（θ _FC），灌水上限为100% θ _FC。利用实测叶面积指数（ L A I）修正双作物系数模型中的基础作物系数（ K_{\mathrm{c}\mathrm{b}}）和土壤蒸发系数（ K_{\mathrm{e}}），并结合山西省中心灌溉试验站的气象数据等估算了春玉米 E T_{\mathrm{c}}，同时用实测数据对估算值进行适应性评价。2023年T1、T2、T3春玉米全生育期 E T_{\mathrm{c}}分别为438.46 mm、 397.68 mm和419.86 mm；估算的全生育期 E T_{\mathrm{c}}为454.08 mm、 431.87 mm和452.47 mm。改正后的双作物系数法的决定系数（ R^{\mathrm{2}}）、均方根误差（ R M S E）、模型效率系数（ E_{\mathrm{n}\mathrm{s}}）、平均绝对误差（ A A E），T1为0.82、0.67 mm/d、0.84和0.57 mm/d，T2为0.81、0.79 mm/d、0.78和0.55 mm/d，T3为0.75、0.90 mm/d、0.71和0.60 mm/d。灌水较多的T1和T2的 R^{\mathrm{2}}和 E_{\mathrm{n}\mathrm{s}}均高于T3， R M S E和 A A E小于T3，T1和T2的参数相差不大，说明灌水量较少时会影响模型的估算精度，T1处理的灌水量最大，蒸散量最大，模型的拟合程度最高，T2和T3次之。因此，修正后的双作物系数法可用于不同湿润层深度下春玉米蒸散量的预测，该模型更适用于水分充足条件下春玉米蒸散量估算。

为优化现行农业水价形成机制，推动水资源配置和生态可持续发展，基于两部制水价理论，构建以资源水价、工程水价、环境水价相结合的农业全成本水价模型。研究选取江苏地区4个典型灌区为对象，调研农业水价形成要素，计算农业用水全成本和基于两部制的全成本水价，分析农业水价影响因素。结果显示，在仅考虑环境补偿的前提下，环境水价仍略高于工程水价；生产费用、管理费用等部分工程水价构成要素也与农业用水全成本呈强相关，相关系数达到0.88以上；两部制水价较单一制水价更能发挥水价在促进节水、控污方面的调节作用。通过实例验证，模型具有实用性，可为当地农业水价成本测算工作提供借鉴。