传统一体化结构喷嘴存在参数固定、维护成本高的缺陷；分体式喷嘴通过可替换喷片实现结构参数灵活调节，其雾化性能直接由喷片决定。以空心锥形喷嘴为基体，通过控制单一变量探究喷片材料与结构参数对雾化质量的影响。结果表明：材料方面，YG6硬质合金喷片的性能优于304不锈钢及TiN涂层喷片；结构方面，雾化角随出口等径段长度减小而增大，随入口锥度增大而减小。当出口等径段长度为0.5 mm及以下、压力范围在0.2~0.5 MPa时，雾滴体积中值直径保持在105~150 μm，相对跨度因子均小于1.1，雾化效果细腻均匀。60°入口锥度喷片在0.5 MPa时可获得最大雾化角(64.28°)，且其雾滴粒径和均匀性表现较好。推荐喷片采用YG6硬质合金材质配合0.5 mm出口等径段长度及60°入口锥角组合，可同步实现雾化角最大化、粒径精细化与分布均匀化，为植保喷嘴精细化设计与精准施药提供直接选型依据。

植树造林是防止旱区土壤侵蚀、减少水土流失、解决生态环境问题的重要举措，但土壤干旱、降水分布不均和雨水利用率低严重制约了树苗成活率。为此设计了一种林木补灌用集雨托盘（Rainwater Harvesting Tray，RHT）,该集雨托盘采用多棱褶皱式设计，可有效提高雨水收集面积，使用时集雨托盘位于林冠下，可实现雨水就地原位集蓄入渗，补充土壤水分。为提高集雨托盘集流性能，通过将集雨托盘结构数字化重构后，建立了一种基于Grasshopper-SWMM的集雨托盘集流性能评价模型，模型计算值与实测值相对误差在2.5%以内。模拟结果表明，当集雨托盘表面棱体数量为26条、棱体高度为3 cm、集流槽倾斜角度为13°时，集雨托盘集流性能最优。

作物水分亏缺的精确诊断与预测有助于提高水资源利用效率，促进精准农业发展，是实现灌溉水资源智慧管控的前提与关键。传统的灌区作物水分信息获取方法以“点”尺度为主，耗时耗力且具有一定的空间局限性。卫星遥感监测技术具有监测范围广、动态连续等优势，可以大面积、长时间提供地表信息，为大面积区域尺度作物水分亏缺程度监测提供了解法。首先总结当今农业生产中常见的土壤及作物水分信息获取方法并分析其优劣势；然后基于作物对水分胁迫的不同响应，从光谱反射特征、微波遥感技术、红外测温以及多模态遥感数据耦合等方面阐述卫星遥感在作物缺水诊断方面的研究进展；最后概括作物生长模型、机器学习算法和混合驱动模型等方法在作物缺水预测和干旱预警研究领域的应用进展，并指出作物缺水诊断研究所面临的挑战。旨在明晰卫星遥感技术在作物缺水诊断和干旱预测中的应用前景和发展方向，为卫星遥感手段下作物缺水诊断研究提供新的思路与借鉴。

为实现烤烟地土壤含水率快速精准监测，以云南省昭通市巧家县蒙姑镇拖坑村9块烤烟试验田为研究区，结合多光谱、热红外无人机影像与机器学习模型开展反演研究。获取DJI Mavic 3多光谱无人机（4波段，分辨率0.003 m）、DJI Matrice 4T 热红外无人机（VOx 传感器，分辨率0.005 m）影像，以及土壤体积含水率数据。经ENVI与Pix4D预处理影像，提取多光谱敏感特征（9个）并结合热红外DN值构建特征集，采用随机森林、支持向量机、极端梯度提升、卷积神经网络算法构建单源/多源反演模型，以均方根误差（RMSE）与决定系数（R2）评估精度。结果表明：多源模型精度显著优于单源，RF在多光谱+DN输入下最优（RMSE=1.30%、R2=0.79），XGBoost 性能与其接近（RMSE=1.31%、R2=0.78）；SHAP分析显示NREI、NDVI_RVI及热红外DN值为关键特征。研究证实多光谱与热红外无人机影像协同机器学习可高效反演烤烟地土壤含水率，为产区精准灌溉与水资源管理提供技术支撑。

北疆棉花膜下滴灌普遍沿用“少量多次”经验模式，但对“多少量、多少次”缺乏量化依据，导致根系浅层化、水分利用效率（WUE）低、产量年际波动大。针对该问题，在昌吉典型绿洲棉田设置7组灌溉制度，利用WinRHIZOPro对不同水分胁迫条件下的棉花根系进行分级分析，系统量化0~4.5 mm五级细根对土壤水分下限的响应阈值。结果表明：①蕾期作为根系发育的重要时期，保持70%FC（FC为田间持水量）处理（F2B）相较于农户常规（CK）使0~2.5 mm细根长度、表面积和体积分别提高53.81%、54.80%和60.63%，而灌水量较CK减少34.27%；②F2B3（蕾期和花铃期灌水下限均为70%FC）籽棉产量达7 154.7 kg/hm2，比CK显著增产32.45%，WUE由1.56 kg/m³提升至2.78 kg/m3，增幅78%，且纤维上半部长度和断裂比强度同步提高6.92%和4.93%；③20 cm土层土壤含水率与产量呈显著正相关（R=0.85，p<0.05），与单株铃数呈显著正相关（R=0.73，p<0.05），表明保持表层土壤水分对促进棉花结铃具有关键作用，且根系指标间接影响产量。研究提出了“蕾期70%FC+花铃期70%FC+21次高频”的北疆棉花节水增产阈值组合，为干旱区棉花精准滴灌提供可复制的技术参数。

掌握内蒙古寒区降雨与水稻灌溉需求的关系是优化灌溉制度与高效利用水资源的重要依据。基于1959-2017年内蒙古寒区4个典型水稻站点的逐日气象数据，构建水量平衡模型，应用Mann-Kendall检验分析水量平衡要素变化趋势，结合Pearson相关系数与最大互信息系数揭示要素间的相关性，同时采用降雨集中度、集中期揭示降雨时序特征。结果表明，内蒙古寒区水稻生育期降雨量较少（<500 mm），但作物需水量较高（>600 mm），整体表现出较大的灌溉需求：开鲁（921.1 mm）>巴林左旗（799.7 mm）>扎赉特旗（777.6 mm）>扎兰屯（669.5 mm）。各站点均表现为高降雨利用率（>80%）但低降雨贡献度（<40%）的特征，有限降雨虽被高效利用，但难以满足灌溉需求。近年来内蒙古寒区降雨呈下降趋势，ET_c 呈现上升的趋势，灌溉依赖性持续增强。未来在降雨减少与蒸散增强的气候变化下，内蒙古寒区可结合降雨预报优化灌溉模式，以提升降雨贡献度，缓解水资源压力。

近年极端雨水天气发生频率逐渐增多，提升降水量预测精度，助力农作物生长显得尤为迫切。基于变分模态分解（VMD）在时间序列分解中的优势，以及擅长处理局部时序信息的长短期记忆网络（LSTM）与擅长处理全局依赖并且具有频域特性的FEDformer优势互补，提出基于变分模态分解的LSTM-FEDformer组合模型的降水预测方法。选取河南省5个不同地理特征的气象站进行预测分析，结果显示组合模型在各气象站中的降水量预测结果误差均在5 mm以内，说明模型具有较强的鲁棒性。在对比实验中，基于VMD-LSTM-FEDformer组合模型的平均绝对误差为9.339 8 mm，均方根误差为12.703 5 mm，决定系数为0.964 4，均优于其他模型，证明了模型具有良好的预测能力以及实际的应用价值。

土壤蒸发是农田水分循环的重要环节，精准测量土壤棵间蒸发对于农田水分精准管理尤为重要，是探索提高土壤蒸发量的测量精度的有效措施。以华北平原地区农田壤土为研究对象，比较了微型蒸渗仪材质、高度、内径和封底材料等不同规格对土壤蒸发测定结果的影响，分析了不同埋设位置和换土周期对棵间蒸发量的观测精度。结果表明，PVC材质蒸渗仪蒸发量低于镀锌铁皮蒸渗仪的蒸发量，2种材质蒸渗仪蒸发量的差异不显著；微型蒸渗仪蒸发量随着口径的增加呈降低趋势，口径为10 cm时精度最高；蒸渗仪蒸发量随蒸渗仪高度的增加呈增加趋势，高度20 cm的精度最高；纱布封底的观测结果相对误差普遍低于塑料布封底；当换土周期为1~2 d时，观测精度最高；行间蒸发量大于株间和株旁。因此，在华北平原地区，为了取样的稳定性和可操作性，建议微型蒸渗仪选用镀锌铁皮材质，底部封堵材料宜选用纱布封堵，口径和高度均为10 cm较为适宜，微型蒸渗仪的适宜埋设位置为行间，适宜换土周期为1~2 d。

针对长短期记忆（LSTM）神经网络模型难以融合流域物理特征的问题，提出了TOPMODEL-LSTM耦合模型，基于安墩水流域2008-2018年水文数据，对比分析了3种输入方案下1~6 h预见期的径流模拟性能。结果表明：①耦合模型在各预见期下的预报精度均优于LSTM模型，其中RMSE值平均降幅15%，MAE值平均降幅13%，R ²由0.78提升至0.83，在一定程度上提升了洪水模拟精度；②在流域水文过程模拟中，采用逐时降水数据与同期径流量观测值联合作为模型基础输入数据的方案，经多组对比试验验证，其模拟精度显著优于单一径流输入或其他组合输入方案；③随着预见期延长，所有模型及其方案的模拟精度均出现下降，但耦合模型有效缓解了LSTM模型的记忆衰减问题，表现出更稳定的模拟性能。研究结果可为传统洪水模拟模型与人工智能模型的耦合建模提供技术参考。

针对作物受渍程度指数（WI）当前主要应用于小麦渍害胁迫评估，其在玉米涝渍胁迫表征中的适用性尚不明确的问题，基于已发表的玉米涝渍胁迫试验数据，系统分析了单渍、单涝及先涝后渍处理下WI指数与玉米相对产量的关系。结果表明：在不同涝渍胁迫处理下，WI指数与玉米相对产量均呈极显著线性负相关关系，所有样本拟合的复相关系数均高于0.74。与传统SDI指数一样，WI指数同样能够有效量化玉米全生育期的涝渍综合胁迫程度。因此，WI指数可拓展为作物涝渍胁迫的通用指标，为大尺度农业涝渍灾害监测提供理论依据。

针对大田作物智慧喷灌综合效益难以精确量化的实践难题，本研究引入博弈论综合 AHP 法（Analytic Hierarchy Process）和熵权法的主客观权重，建立改进的TOPSIS模型，以河北省宁晋县大曹庄农场喷灌小麦节水增产试验区为案例，验证模型有效性和稳定性并对影响智慧喷灌综合效益的关键因子进行了识别分析。结果表明：基于博弈论融合权重的TOPSIS模型克服了熵权法对极端数值的敏感性和AHP法的主观性，显著提升了评价结果的区分度与稳健性。分析显示T2处理（返青–拔节期25%亏水）在增产率、水分利用效率和土壤健康等方面表现均衡，被评为最优模式；斯皮尔曼相关性分析进一步表明，增产率（ρ=0.988）、水分利用效率（ρ=0.875）和土壤微生物代谢强度（ρ=0.855）是系统综合效益的关键驱动因子，而过度节水（＞30%）则导致效益显著下降。本研究为华北平原智慧喷灌技术模式选择提供了科学的决策依据和方法，对推动华北平原农业水资源精准配置与高效利用具有重要参考价值。

农业用水实行计量和分配用水指标是规范和强化用水管理的重要手段，针对用水管理中在农业用水计量设施规划布局建设上存在的不全面、计量数据不完整、用水单元划分不明确，以及在农业用水指标分配和应用上存在的不规范等问题，创新定义了用水单元的基本概念和特性，从灌溉系统整体出发，系统地分析提出了合理划分用水单元、设定供用水交接断面、科学规划布局完整的农业用水计量体系的原则和方法，选用计量设施的计量方式、方法和设施型式，以及面向用水单元的农业用水指标分配原则和方法，为统筹灌溉工程建设、用水计量设施建设和深化农业水价综合改革健全用水管理机制等工作，规范农业用水计量体系建设和农业用水指标分配，解决用水管理机制健全完善中存在的困惑，提供了有益的参考和指导。

农业是温室气体排放的重要来源，选用合适的模型对其进行精准量化是农田固碳减排研究的关键前提。旨在通过综述与对比分析，为不同研究场景下的模型选择提供依据。研究方法为：选取DNDC、DAYCENT、WNMM、SPACSYS、DRAINMOD-N II和DLEM这6种主流过程模型，系统梳理其研究进展与模拟方法。研究结果表明：模型应用集中于美国和中国；DLEM对CO?、DAYCENT对CH?、DNDC与DAYCENT对N?O的模拟效果更佳；DLEM适于区域碳模拟，DNDC与WNMM适于区域氮模拟，DNDC与DAYCENT更适用于田间尺度气体分析。结论认为，未来模型开发需着重增强其物理机理基础、多元数据融合能力及输出结果的时空分辨率。

为探明松原灌区典型苏打盐碱土中镉Cd在不同灌溉模式下的迁移分布特征，研究HYDRUS-1D模型的模拟适用性，以室内动态土柱试验为基础，设置滴灌、淹灌与干湿交替灌溉3种灌溉模式，分析不同灌溉模式下土壤中Cd运移的基本规律，利用HYDRUS-1D构建了Cd运移数值模型，并用该模型对区域内Cd积累及迁移情况进行模拟分析与验证。结果表明：滴灌模式下，Cd主要富集于浅表土层，且Cd吸附速率最快，随着土壤深度增加Cd含量逐渐减少；淹灌模式下，Cd在各深度内相对均匀分布，Cd吸附速率最慢；干湿交替灌溉模式下，Cd分布规律并不明显，且吸附速率介于滴灌与淹灌之间。3种灌溉模式下各层土壤Cd含量均随灌溉量增加而增加，整体呈上升趋势。滴灌与淹灌模式在模拟水流Cd浓度动态变化时，均呈现出随时间增加先上升后稳定的变化规律；而干湿交替灌溉模式下水流Cd浓度为波动上升后趋于稳定波动。将模型模拟值与土柱试验实测值进行验证发现，滴灌试验与淹灌试验拟合效果良好，而干湿交替灌溉试验拟合效果较差。综上，HYDRUS-1D模型适用于松原灌区苏打盐碱土在滴灌与淹灌模式下的Cd迁移模拟，可为该区域土壤Cd污染防治提供理论依据。

为探究中国南方圩区农业排水水质时空分异特征及其影响因子，以巢湖流域白湖农场与杨柳圩为研究区，于2023年7月-2024年6月开展多点水质监测试验，重点分析稻田、沟渠及外部河流水质变化规律与关键驱动因子。结果表明，时间尺度上，在降雨与农业管理等时变因素的影响下，圩区水稻田田面水总氮、氨氮、硝态氮及总磷浓度在追肥后呈现先上升后下降的趋势，与灌溉排水过程密切相关，COD浓度则呈平稳下降趋势；年尺度内，圩区沟渠及外部河流的氮、磷及COD浓度呈现汛期与非汛期双峰特征。空间尺度上，受底泥再悬浮、沟渠削减净化作用的影响，圩区汇流路径的氮、磷及COD浓度总体呈现上游高下游低的分布格局。水质影响因子分析显示，圩区泵站控制区域的面积越大，泵站排水的氮、磷及COD浓度越低，农田面源与生活污水是圩区水质恶化的主要原因。建议从农田面源减量与运移过程拦截两方面提升圩区水质，同时关注生活污水处理与水土流失高风险区防控。

土壤大孔隙是土壤水分运移的主要通道。不同植被类型下的土壤大孔隙结构有利于增加降水入渗，从而减少水土流失的程度。以晋西北黄土区小叶杨林、柠条林、草地3种典型植被类型为研究对象，采集0~33 cm的原状土柱，利用CT扫描和图像处理技术，定量分析土壤孔隙度、孔隙数量等孔隙特征参数，并结合土壤理化性质，探究影响土壤孔隙结构的主要因素。结果表明：①柠条林和小叶杨林的大孔隙度、孔隙数量及连通性均显著优于草地（p<0.05），其中小叶杨林大孔隙数量达4 437±1 190个/cm³，平均孔隙直径为5.29±10.95 mm，均显著大于草地（p<0.05）。②容重与孔隙参数相关性较弱（p>0.05），pH值与孔隙度呈显著正相关（p<0.05），可能与酸性环境抑制团聚体胶结有关；含水率相关性低，或受区域土壤干层限制。③柠条林和小叶杨林通过深根穿插和土壤动物活动（直径>4 mm）扩展孔径分布，增加大孔隙数量；而草地根系浅且细小（直径< 4 mm），导致孔隙连通性差。研究表明，柠条林和小叶杨林因土壤孔隙结构发达，显著优于草地，能有效提升土壤水分入渗率。 因此，在晋西北黄土区大规模植被配置中，应长期考虑不同植被类型耗水特点，以实现区域水资源可持续利用。