干旱胁迫已成为制约水稻生产的主要非生物逆境之一，施用抗旱功能肥成为缓解干旱胁迫的重要手段。基于盆栽试验，以“南粳46”为供试品种，设置2种基肥（传统基肥和抗旱功能肥，施用量均为40 kg/hm²），3个胁迫程度（轻度、中度和重度），并以控制灌溉为对照，共计8个处理。通过对不同处理水稻生长、产量、品质和经济效益等指标进行监测分析，旨在探究不同干旱胁迫状态下施用抗旱功能肥对水稻生长、产量、品质的影响。结果表明：①与CK处理相比，不同程度干旱胁迫下施用抗旱功能肥较施用传统基肥表现出较好的缓解作用效果，其株高和茎蘖数在不同程度干旱胁迫下分别降低了1.98%~4.26%和3.57%~16.75%，干物质累积总量减少3.03%~41.87%，产量减少0.50%~15.63%；②不同程度干旱胁迫下，施用抗旱功能肥处理较施用传统基肥处理的茎蘖数增加0.80%~5.48%，干物质总累积量增大6.57%~21.65%，根、茎、叶干物质量分别增大6.56%~22.66%、5.52%~24.15%和8.38%~20.08%，有效穗数、穗粒数和千粒重分别提高0.38%~0.84%、0.40%~0.75%和0.87%~2.29%，产量增加2.54%~5.29%；③不同干旱胁迫下，施用抗旱功能肥的缓解程度存在差异，总体呈现随着干旱胁迫程度的增加，抗旱功能肥对水稻生长和产量的缓解作用逐渐增强的趋势。综合分析生长状况、产量和经济效益等指标认为，施用抗旱功能肥可以有效缓解孕穗期干旱胁迫对水稻产生的负面影响，且在控制灌溉条件下有一定的增产效果。

针对黄淮海平原冬小麦生产中水资源短缺和氮肥低效利用问题，基于1961-2014年气象、土壤及田间管理资料，将黄淮海平原冬小麦种植区划分为6个研究亚区，并细分为613个模拟单元，构建并校准了区域化DSSAT模型，结合遗传算法，系统优化了不同水文年型下的水氮管理方案。结果表明，在典型湿润年、平水年和干旱年下，最佳灌水总量分别为945、1 181和1 830 m³/hm²，最佳施氮量集中在170~190 kg/hm²，平均产量分别为6 385、6 384和6 073 kg/hm²，平均水分利用效率为1.94、1.94和1.64 kg/m³，平均氮肥偏生产力为37.5、36.8和35.3 kg/kg。在此基础上，提炼出的18种典型水文年型和研究亚区的最优水氮组合方案，实现了冬小麦返青、拔节、灌浆等关键期的精准水氮配置。研究所提出的优化方案在不同水文情景下兼顾黄淮海平原冬小麦高产、高效和节水节氮，为区域精准灌溉与施肥提供了科学决策依据。

农作物种植空间分布、需水量统计以及旱涝灾害影响之间的递进式研究对现代农业调控体系具有重要的意义。构建多源遥感数据协同的分类模型，提取五化灌区早稻和晚稻高精度种植面积信息，解析2019-2023年5 a间早、晚稻生育期内作物耗水量及水分盈亏指数（CWSDI）的时间动态特征，定量评估双季稻不同生育阶段的旱涝水分胁迫风险。结果表明，五化灌区早稻与晚稻的种植面积存在差异，早稻需水量高峰出现在分蘖-拔节期，晚稻需水峰值在孕穗-抽穗期，晚稻逐日作物需水量（ET _c）小于早稻。5 a期间，早稻ET _c的低谷年为2019年，受台风频繁降水影响；晚稻ET _c峰值年为2022年，与当年秋季高温干旱对应。2019-2023年早稻、晚稻逐日平均水分盈亏指数分别为0.80和0.04，CWSDI时间序列变化说明该地区极端降水事件集中发生在早晚稻的黄熟期。早稻生育期重旱和重涝占旱灾和涝灾的比重分别为64.6%和86.4%，说明早稻易受干旱-洪涝双重胁迫影响；晚稻生育期干旱发生频率比早稻提高6%，且重旱占比达75.9%，显示晚稻生育期面临更严峻的缺水风险。涝灾在短时间内集中发生，但整体持续时间较短；水分盈亏指数整体为正但干旱发生频率更高。

土壤盐渍化是干旱半干旱灌区普遍存在的生态问题，准确掌握土壤盐度空间分布特征对农业生产与生态保护至关重要。以河套灌区为研究对象，基于Sentinel-1/2遥感数据，采用皮尔逊相关系数、岭回归系数和变量投影重要性分析3种变量优选方法，构建了反向传播神经网络（back propagation neural network，BPNN）、支持向量机（support vector machine，SVM）、随机森林（random forest，RF）和极端梯度提升（extreme gradient boosting，XGBoost）4种机器学习模型对土壤盐度（Soil salt cotent，SSC）进行定量反演，并运用Shaply加性解释方法（SHaply Additive exPlanations，SHAP）解析各输入变量对最优模型反演结果的影响，最终得到基于最优反演模型的河套灌区土壤盐度空间分布格局。结果表明：基于变量投影重要性分析的RF模型在土壤盐度反演中表现最优（R ²=0.88，RMSE=2.82 g/kg）；盐度指数SI-T、NDSI、Aster-SI以及雷达极化组合指数PCI3对最优模型反演结果影响最为显著，当土壤盐度较低时这些变量对反演结果呈负向影响，而当土壤盐度超过特定阈值后则转为正向影响；最优模型反演结果表明河套灌区土壤以中度盐渍土为主，重度盐渍土次之，非盐渍土与盐土分布相对有限。

以菱形式流道滴灌灌水器为研究对象，通过数值模拟与机器学习相结合的方法，探究了流道结构参数与流态指数之间的关联性，并建立了相应的回归预测模型。研究首先采用SolidWorks软件进行流道三维建模，结合Fluent流体仿真软件确定各结构参数的合理取值范围；基于正交试验设计方法，生成125组实验样本数据。在数值模拟方面，采用k-ε湍流模型对流动特性进行分析；在机器学习建模方面，引入随机森林算法（RF）并结合粒子群优化算法（PSO）进行参数优化。研究结果表明：当训练集占比为80%时，PSO-RF模型在学习能力与泛化性能之间取得最佳平衡，其测试集决定系数R2达到0.854 8，且各项误差指标显著降低，在预测精度和稳定性方面均优于传统RF模型。通过参数敏感性分析可知，流道结构参数对流态指数的影响程度排序为：a（进水口宽度）>c（挡水件的水平宽度）>b（前端进水口的水平距离）>d（进水口顶端到最顶端的垂直距离）。该研究成果不仅为机器学习在滴灌灌水器优化设计中的应用提供了新思路，同时也为灌水器流道结构参数优化提供了理论依据和技术支持。

在农业悬挂式喷灌机系统中，压力与流量存在动态耦合，受多种因素影响，系统呈现非线性、时变和滞后特性。传统PID控制难以有效应对，导致超调大、调节慢。为此，提出压力-流量自适应PID解耦控制算法。利用非线性滤波器平滑流量信号，设计自适应模糊PID控制器实现初步控制，再引入模糊解耦控制器进行解耦补偿。实验表明，该方法响应快、超调量低于10%，控制精确且解耦性能稳定。

探究降雨集流渗灌系统在宁夏回族自治区固原市原州区彭堡镇红梅杏经济林小降雨资源利用中的作用，明确当地红梅杏经济林小降雨特征，为小降雨资源利用的定量研究和提高当地降水资源利用效率提供科学依据。以当地红梅杏为研究对象，采用CASC2D模型模拟小降雨径流过程，对降雨集流渗灌系统集流效率进行评价。4-7月在彭堡红梅杏基地观测到总计30场降雨数据，降雨总量154.1 mm，平均每场降雨量为5.14 mm。渗灌器集流效率分布在51.64%~86.6%，平均集流效率为65.5%。降雨集流渗灌系统集流效率较高，集流量与降雨量存在明显的正相关，并且在较高雨强下具有更强的集流能力。集流效率随着雨量增大持续提升，但增幅逐渐减小，最终趋于稳定状态。对于不同雨量级降雨集流分析得出，随着降雨量等级的提高，系统表现出显著的集流效率提升趋势。

探究微咸水/咸水灌溉对盐渍化土壤水盐运移的影响规律，是节约淡水资源、完善微咸水/咸水安全利用理论和农业可持续发展的重要环节。为分析不同类型、浓度和来源的盐分对土壤水盐运移过程和水盐分布的影响，设置3种入渗情景，即NaCl/MgCl₂溶液+非盐土、蒸馏水+NaCl/MgCl₂盐土、蒸馏水+非盐土（对照处理），其中盐溶液浓度为2、6、30 g/L，盐土浓度为0.2%和0.5%，通过一维定水头入渗试验探究不同情景下的水分入渗特性以及水盐分布状况。结果表明：①“盐溶液+非盐土”情景中，低浓度的盐水入渗可加快湿润锋的运移速率，其中MgCl₂溶液对湿润锋运移速率的促进作用大于NaCl溶液；2~30 g/L的MgCl₂溶液可以有效减少土壤水分入渗量，并且提高NaCl浓度可增强土壤水分入渗的阻滞作用，入渗时长降低幅度为29.37%~38.46%；而在“蒸馏水+盐土”情景中，在一定浓度下，NaCl和MgCl₂盐土对土壤水分入渗有促进作用，其中MgCl₂盐土对水盐运移的促进作用更强，平均入渗时长较NaCl盐土降低72.45%。②入渗结束后，2种入渗情景中土壤剖面含水率均整体表现随深度增加而降低的变化趋势。③“盐溶液+非盐土”情景中，入渗结束后的土壤总盐含量、盐离子浓度均表现为随土层深度增加而降低的变化趋势；而在“蒸馏水+盐土”情景中，土壤总盐含量、盐离子浓度则随土层深度的增加而增加。

探究黄河泥沙配施改良剂对滨海盐碱地土壤水盐运移规律及冬小麦产量的影响，为黄河三角洲盐碱地改良提供科学依据。通过田间裂区试验，设置6种处理（T1：不施泥沙、不施改良剂；T2：单施有机肥；T3：单施碱性土壤调理剂；ST1：单施泥沙；ST2：泥沙配施有机肥；ST3：泥沙配施调理剂），分析土壤水盐动态、冬小麦生长指标及产量变化。泥沙配施改良剂显著改善土壤水盐分布：与T1相比，ST3处理0~20 cm土层电导率降低27.93%，20~40 cm土壤含水率提高5.30%，钠吸附比（SAR）和pH分别下降32.19%和2.49%。冬小麦产量表现为ST3（8.53×10³ kg/hm2）>ST2（8.30×10³ kg/hm2）>T3（7.90×10³ kg/hm2），其中ST3处理较T1增产25.07%。相关性分析表明，产量与土壤盐分、pH及SAR呈显著负相关（p<0.05），与穗数呈极显著正相关（r=0.948）。引黄泥沙与碱性土壤调理剂协同施用（ST3）通过优化土壤结构、增强盐分淋洗及调控离子平衡，显著降低盐碱胁迫，是黄河三角洲滨海盐碱地改良及冬小麦增产的可行方案。

泾河流域作为南水北调西线工程战略布局中入陕线的必经区域，地处干旱半干旱区，长期水资源短缺，是制约区域高质量发展的主要因素之一。泾河流域是我国传统的农业生产区和重要的粮食生产基地，干旱半干旱气候造成了流域内耕地依赖灌溉保障作物需水量。明确流域内主粮作物冬小麦和夏玉米灌溉需水量的时空变化规律，对流域未来高标准农田建设和相关水利设施规划具有重要意义。基于泾河流域22个气象站1990-2022年的观测资料，采用Penman-Monteith公式确定主粮作物的蒸散量，结合有效降雨量和作物系数等参数，系统计算分析了泾河流域近30年（1990-2022年）冬小麦与夏玉米的灌溉需水量及其时空变化特征。结果表明：在研究时段内，冬小麦和夏玉米年灌溉需水量整体均呈现波动变化趋势，变化速率分别为+11.99 mm/10 a和-1.0 mm/10 a，其中冬小麦5月的灌溉需水量最大，约为99.25 mm，夏玉米7月的灌溉需水量最大，约为51.52 mm；冬小麦的灌溉需水量在空间上整体呈现出自东南往西北逐渐增加的趋势，夏玉米则呈自东南和西北两个区域向研究区内部逐渐减小的趋势；气温和降水是影响泾河流域主粮作物灌溉需水量变化的基本气象要素，同时水汽压差和太阳辐射是影响灌溉需水量的关键要素，相关系数普遍都在0.80左右；研究时段内泾河流域灌溉需水总量因耕地面积的减小而呈明显的下降趋势，多年均值约为70.25亿m³，未来随着高标准农田建设的深入和南水北调西线工程入陕线的建设完成，将有望完全满足泾河流域主粮作物的灌溉需水。

气候变暖与人类活动不断加剧给水资源可持续利用管理带来了巨大的挑战。因此，科学预测在气候变化与人类活动影响下水资源利用状况对于区域水资源可持续利用管理具有重要的意义。利用水资源生态足迹耦合系统动力学模型，建立甘肃省水资源生态足迹系统动力学模型，考虑气候变化与人类活动的影响并依据研究区实际情况设计了16种情景，模拟2024-2040年甘肃省水资源可持续利用水平与程度。结果表明：预测期内，16种情景下水资源均处于亏损且逐渐加剧的态势，水资源生态压力指数均值都大于10.000，处于利用不安全局面，水资源生态经济协调度较差，但万元GDP水资源生态足迹逐年下降，水资源利用率不断提升；Tapio模型显示，水资源生态足迹消耗与社会经济发展之间大多数年份下以弱脱钩的状态出现，处于可持续协调发展局面；经过对比，发现情景S₄的发展指标有利于实现水资源可持续利用发展，兼顾了社会经济的发展与水环境的保护，是最适宜甘肃省未来情景。在参考情景S₄的基础上，需采取诸如不断提高节水意识、革新废污水处理技术、注重非常规水资源的利用、建立健全废污水统一排放体制等举措来实现水资源可持续利用发展。

山西省作为华北重要能源基地和生态屏障，在国家能源安全与区域发展中地位关键，但其“煤长水短”及高耗水产业结构引发严峻水安全问题并制约可持续发展，而当前针对其水安全的系统性量化研究匮乏，系统评估、识别影响因子及预判趋势是破解水资源约束的重要前提。因此，基于驱动力-压力-状态-影响-响应模型（DPSIR），构建山西省水安全评估指标体系，并采用单指标量化-多指标综合-多准则集成方法（SMI-P）量化分析2011-2022年山西省水安全动态特征；通过障碍度模型和耦合协调度模型识别关键制约因素与子系统的协同机制；运用ARIMA模型预测2023-2027年山西省水安全的变化趋势。结果显示：2011-2022年山西省水安全度呈现出波动性上升趋势且波动幅度较为平缓，整体处于“较不安全”等级，仅2021年因水资源禀赋、经济增长与人口压力的良性组合达“基本安全”状态；工业固废综合利用率、GDP增长率、人均水资源量及产水模数是影响山西水安全的主要障碍因子，形成“供给侧约束”与“需求侧压力”的双向制约；水安全耦合协调度呈现出高关联但均衡性脆弱的特征，从“勉强协调”逐步进阶至“初级协调”，2021年达“中级协调”后于2022年回落；2023-2027年水安全度呈“先升后降”趋势，2023-2026年处于“基本安全”状态，2027年回落至“较不安全”状态。

淹水胁迫是湿地、稻田等生态系统中的重要环境因子，显著影响土壤物理化学性质及微生物代谢过程，进而调控温室气体（二氧化碳和甲烷）的生成与排放。淹水导致土壤氧化还原电位（Eh）下降，驱动微生物代谢由好氧呼吸向厌氧发酵转变，同时改变酸碱度（pH）值、有机质分解速率等。这些土壤生境变化又进一步对二氧化碳和甲烷的产排特征造成影响。该文介绍了淹水条件下土壤生境变化，进一步分析了淹水胁迫对二氧化碳和甲烷产排的影响，重点综述了淹水胁迫条件下土壤生境变化与二氧化碳和甲烷产排的互作机制。未来通过建设完善土壤生境与二氧化碳和甲烷排放调控措施、多尺度互作机制解析、多学科基交叉生态模式探索等手段，有助于全面理解土壤生态系统碳循环过程，为生态系统保护、气候变化应对及农业可持续发展提供关键科学依据，以期推动相关领域的进一步研究与实践应用。

为提升机器学习预测水稻需水量的可解释性并充分挖掘数据潜力，提出一种基于特征工程的水稻需水量预测模型，通过构造交互特征并结合改进的Penman-Monteith(PM)公式的分解因子作为机器学习模型的输入特征，预测水稻需水量。利用最大信息系数(MIC>0.3)筛选特征作为输入，并根据预测结果对输入特征进行SHAP（SHAP Additive exPlanation）可解释性分析。预测结果表明，采用特征工程后,3种机器学习水稻需水量预测模型决定系数（R2）提升了4.5%~7.8%、均方根误差（RMSE）降低了43%~52%、平均绝对误差（MAE）降低了45%~53%，构造的特征跨模型对比中的平均SHAP值高于以原始特征作为输入的平均SHAP值。以特征工程为输入的机器学习模型减小了模型的预测误差，提升了模型预测精度，并为机器学习模型可解释性提供了依据。

为阐明华北平原冬小麦蒸散发（ET）的多时间尺度特征及其驱动机制，基于2017-2018年涡度相关系统与气象观测数据，系统揭示了ET在多时间尺度上的动态规律与驱动机制演变，突出了尺度依赖效应的研究创新。在小时尺度上，ET呈显著单峰型日变化，峰值出现在13∶00-14∶00，夜间趋于零。不同生育阶段均保持倒“U”形格局，其中抽穗-拔节期日均ET最高，显著高于返青-拔节期。在日尺度上，ET随生育进程逐步上升，从出苗-返青期的0.50 mm/d增至乳熟-成熟期的5.10 mm/d，表现出明显的生育阶段依赖性。在月尺度上，ET累积量呈现显著季节性差异，5月达到峰值（2017年170.0 mm，2018年135.0 mm），1月为谷值（2017年7.1 mm，2018年2.9 mm），反映年内气候与物候的综合调控。ET的主导环境因子随尺度与生育期动态转换：日尺度受VPD和Rn主导（r=0.88），月尺度则更多体现Rn的累积效应（r=0.72）。生育期内驱动机制亦发生阶段性演变：出苗-返青期由Rn、Ta与VPD协同作用；拔节-抽穗期以Rn与VPD为主；抽穗-灌浆期VPD贡献最大；灌浆后重新回归Rn主导模式，而Rn在全生育期均保持极显著正相关。该研究揭示了蒸散发过程的尺度依赖性与驱动机制的动态转变规律，为发展精确的农田耗水估算模型与智慧节水灌溉制度提供了坚实的理论支撑。

在水田扩张的背景下，迫切需要一种基于遥感技术与能量平衡模型的高时空分辨率蒸散发估算方法，以实现快速而准确的区域蒸散发动态监测。基于SEBAL模型，结合2000-2020年Landsat影像与气象数据估算水田生育期（5-8月）实际蒸散发，验证了能量平衡模型在建三江垦区的适用性，进而分析水田扩张对实际蒸散发的时空影响及其驱动机制。结果表明：①从时间上看，水田面积从2000年1 866.62 km2增加至2020年6 362.97 km2，每年增加约12.04%，2010年的水田面积动态度达到最大21.42%；从空间上看，前期的水田呈零散化分布，后期则基本覆盖整个建三江垦区。②SEBAL模型反演精度验证显示，其与全天候蒸散发数据集相关性为0.76（2004年6月）和0.72（2020年7月），证明该模型在建三江垦区的适用性。水田扩张前后时期，5-8月实际蒸散发平均值依次增加47.56、45.88、51.41、57.16 mm，空间分布由局部集中扩展至全域覆盖。③生育期内，水田扩张前后实际蒸散发高-高聚类点与低-低聚类点发生空间上的移动，实际蒸散发高-高聚类点向北部和西部移动，并且数量增加，低-低聚类点由四周向中间收缩且数量大面积减少。④地理探测器结果显示归一化植被指数NDVI、地表温度LST和地表反照率Albedo是影响实际蒸散发空间异质性的主要驱动因素，其中NDVI与地表反照率的交互作用最高达到0.85。研究验证了SEBAL模型在建三江垦区快速、准确估算实际蒸散发的可行性，为寒区农业水资源优化提供了方法支撑和数据参考。

为构建更加契合云南地区气候与地形条件的干旱指数，在传统温度-植被-降雨干旱指数（TVPDI）基础上，引入LAI和LST-T参数，构建了改进型干旱指数ITVPDI，并以云南省2001-2020年遥感与气象数据为基础，分析其干旱时空演变特征与发生频率。结果表明：ITVPDI与SIF和MI的相关系数分别达0.52和0.48，显著优于TVPDI；云南春季与冬季干旱最为严重，多年均ITVPDI分别为0.409 2和0.336 4，干旱覆盖面积达85.18%和93.02%；夏季旱情最轻，ITVPDI均值为0.453 5，轻旱占比达80.42%；年际尺度上，云南省处于中度干旱状态（ITVPDI=0.420 1），干旱区域占比超过91%。空间分布上，干旱频率呈自西南向东北递增趋势，其中西双版纳轻旱频率最高（48.74%），而迪庆极端干旱频率最高（40.95%）。Hurst指数分析表明：春、秋、冬季未来干旱可能加剧，夏季和年际干旱有缓和趋势。ITVPDI适用于云南复杂地形区域的干旱监测，为该地区抗旱分区管理与政策制定提供了数据支撑与理论依据。