为探究适宜于我国北方干旱半干旱农业区玉米正常出苗、籽粒高产优质、土壤积盐有限的灌溉水盐分浓度，在内蒙古河套灌区开展了为期2年的膜下滴灌玉米大田试验。设置5个灌溉水盐度水平（1、2、3、4、5 g/L），在土壤基质势下限-20 kPa和灌水定额22.5 mm/次条件下，玉米耗水量、植株干物质量和籽粒产量均与灌溉水盐度呈显著二次函数关系（R ²＞0.84），当灌溉水盐度为2 g/L时植株干物质量和籽粒产量达到极大值，当灌溉水盐度超过3 g/L时，含盐水灌溉对玉米出苗、植株干物质积累和籽粒产量均产生不利影响。灌溉水盐度在1～5 g/L范围内每增加1 g/L，膜下滴灌玉米对应水分利用效率下降0.29 kg/m³；籽粒蛋白质含量随灌溉水盐度增加而增加，籽粒淀粉含量随灌溉水盐度增加而降低。此外，当灌溉水盐度高于3 g/L时，膜下滴灌对应土壤盐分等值线垂直半径和水平半径均随灌溉水盐度的增加而减小。基于玉米生育期内籽粒高产优质、减少土壤积盐的目标，在试验设计条件下，推荐河套灌区膜下滴灌玉米的灌溉水盐度上限为3 g/L。

地下水人工回补是管理含水层、调蓄水资源的重要方法，探究合理的适宜性评价方法是确定回补区域的基本工作。利用遥感数据和GIS技术，基于直觉模糊层次分析法（IFAHP），构建GIS-IFAHP决策模型，选取地下水位埋深、给水度、土壤质地、含水层渗透系数、地形坡度、土地利用/覆盖、与灌区距离、河网密度8个指标进行主观层次排序，获得各指标的综合主观权重，结合加权叠加分析法得到研究区地下水人工回补适宜性分区图，并在高适宜区内做地表入渗试验，分析地下水回补的可行性。结果表明：地下水回补低适宜区主要分布在细土平原区，占回补区总面积13.24%；中等适宜区主要分布在砾质平原中下部，占回补区面积29.48%；高适宜区主要位于砾质平原区中上部，占回补区总面积18.94%。地表渗库8 d内共回补水量1.54 万m³，回补期间3眼观测孔水位平均稳定在14.95 m，地下水位平均累积抬升25.21 m。采用GIS-IFAHP决策模型，在地下水回补区域选择合理性上表现良好；干旱地区土地利用率较低且回补条件良好的倾斜砾质平原，通过地表入渗回补的方式能够有效地补充地下水。

为探究春灌定额对不同盐碱度农田土壤水盐分布的影响，确定适宜保墒洗盐的春灌定额。分别在中度盐碱地S1(5.23 g/kg)和重度盐碱地S2(8.27 g/kg)设置3种春灌定额处理(?W1: 1 800?m³/hm²，W2: 2 250?m³/hm²，W3: 2 700?m³/hm²)，分析比较了春灌后至棉花播种前0~100?cm土壤水盐运移和分布情况。结果表明：春灌后14~21?d，S1W2处理71.37%的水量可保持在土体内，S2W3处理77.26%水量保持在土体内，可使农田土壤达到适宜作物生长的土壤墒情；盐分淋洗主要发生在0~60?cm土层内，0~30?cm内淋洗效果更加显著，春灌定额越大将盐分带入深层的作用越强，春灌后21?d开始出现返盐现象；春灌时间在播前21?d左右为宜，中度盐碱地春灌定额2 284.7?m³/hm²，重度盐碱地春灌定额2 700?m³/hm²左右时，可达到较为良好的节水保墒洗盐效果，重度盐碱地可以根据实际情况适当提高春灌定额。研究结果可为图木舒克市不同盐碱度农田春灌提供一定的理论依据和技术参考。

农田沟渠是农田的重要基础设施，种类繁多的农田沟渠能够承担蛙类等动物的保护和保育、净化水质、去除污染物和保护生态等功能。对农田沟渠进行评价是指导沟渠建设的重要支撑，然而，关于农田沟渠的评价研究还少见报道，尤其是运用生态恢复的概念和维度对农田沟渠进行系统评价尚有待检验和讨论。利用层次分析法对上海农田沟渠生态恢复影响因子进行实证研究，分析农田沟渠生态环境修复的6个关键属性的影响因子在廊下镇全域土地整治农田沟渠中对应的指标参数，通过邀请9位专家对关键属性的权重进行排序，结果得到物理条件>免除威胁>结构多样性>物种组成>生态系统功能>外部交换关系。利用层次分析法进行尝试探索，为农田沟渠生态恢复的研究提供了一种新的角度和方法。

新疆灌溉农业通常在作物生长期采用低流量滴灌以提高水分利用效率，而后在休耕期采用沟灌洗盐来防止次生盐碱化。这个相对复杂的农业生产过程可能会增加新疆当地劳动力和资源过度投入。为此，通过3D打印技术开发了一种具有独立双重流道的新型变量灌水器，该灌水器在两个工作水压水平（6~10 m和12~15 m）下具有灌溉和洗盐功能。通过室内试验分析了变量灌水器基本水力性能（流量系数、流态指数），然后利用计算流体动力学（CFD）和通径分析相结合的方法，研究了变量灌水器水力性能对流道宽（w）、流道深（D）、流道长（L）、齿高（h）和齿底距（b）的响应。结果表明，随着工作水压从6 m增加至10 m，变量灌水器出流量从1.6 L/h缓慢地增加到2.1 L/h，当工作水压进一步增大至12 m时，变量灌水器出流量急剧达到4.5 L/h，增幅达114.3%，这说明通过调节工作水压，所设计的变量灌水器可原位实现灌溉功能（较小流量）和洗盐功能（较大流量）的自由切换。根据新疆当地农田实际灌溉定额和盐碱化程度，推荐了适宜的变量灌水器流道参数。例如，在轻度盐碱地中，变量灌水器适宜的w、D、h、L和b分别为0.60、0.60、0.80、8.80和0.60 mm。

自动调控畦灌是提高灌水质量、减少劳动力需求的重要措施。为探究自动调控畦灌系统如何合理选取调控要素，通过畦灌观测试验获取畦田自然参数，结合WinSRFR模型模拟畦灌过程，分析自动调控畦灌系统中停水距离、停水时间和入畦流量对水流运动过程和土壤水分入渗分布的影响规律。结果表明，停水距离和停水时间在田面水流推进过程、消退过程、土壤水分入渗分布以及灌水质量等方面的调节效果相似。对于100 m畦长的典型试验畦田，七成改水、七五改水、八成改水、八五改水、九成改水的调控效果分别对应灌水量70、80、90、100、110 mm。停水时机对畦田后段的水流推进、消退过程影响较大，而对畦田前段的水流推进、消退过程影响较小，不同改水成数或灌水量并不能显著改变畦田前段的土壤水分入渗分布。调控流量较停水距离和停水时间可以更有效地调控畦田前段的灌水效率和灌水均匀度。因此在优先考虑经济性的自动调控畦灌系统中推荐调控灌水量，而在追求精准调控的自动调控畦灌系统中推荐调控流量。

为解决黄河水中粒径小于0.10 mm细小泥沙颗粒引发的滴灌灌水器堵塞问题。通过文献调研，回顾了高含沙水滴灌条件下灌水器物理堵塞机制相关研究进展，并提出了进一步研究方向。细小泥沙颗粒含量较高的浑水滴灌时，滴头堵塞主要是含沙量、泥沙粒径与颗粒级配耦合作用的结果。滴灌系统工作条件如工作压力的动态变化有助于移除流道内黏、粉等细颗粒堵塞物质，促进较大泥沙颗粒排出流道；灌溉水温越高，滴头抗物理堵塞性能越强；对浑水加气和磁化处理可改变毛管内水流水力特性及悬浮泥沙运动规律，增强水流拖拽力，减小管道内泥沙淤积量。此外，施肥增强了水体中泥沙颗粒间的絮凝作用，对浑水水肥一体化滴灌滴头堵塞具有明显加速作用。浑水含沙量、粒径和颗粒级配是引发滴头物理堵塞的重要因素，确定易引发滴头堵塞的敏感含沙量、颗粒粒径段，选用适宜肥料种类和施肥浓度阈值，优化滴灌系统工作条件参数是改变毛管内泥沙颗粒运移和沉积规律、延缓滴头堵塞进程、提高水肥一体化滴灌水肥利用效率的有力措施；采用统一的灌水试验方法，充分利用现代测试手段，结合生产实际有针对性地改进工程技术处理措施是解决滴头堵塞问题的必要途径。

为改善北方寒区预制混凝土衬砌渠道存在衬砌板件自重大、尺寸小、装配效率低等问题，探讨将陶粒纤维混凝土用于衬砌渠道。基于正交试验法开展9组陶粒纤维混凝土和1组C35普通混凝土冻融前后力学性能试验，并结合冻胀数值模拟分析衬砌渠道抗冻胀性能变化。结果表明：陶粒纤维混凝土抗压强度因素影响次序为页岩陶粒体积取代率>聚丙烯纤维（PP）掺量>陶粒预湿时间，抗拉强度因素影响次序为PP掺量>页岩陶粒体积取代率>陶粒预湿时间，冻融后陶粒纤维混凝土抗压、抗拉强度损失率低于普通混凝土；衬砌渠道数值模拟的抗冻胀性能变化与材料性能变化趋势一致，陶粒纤维混凝土衬砌渠道抗冻胀性能损失小于普通混凝土衬砌渠道，最优抗冻胀性能损失减小4.68%，同时衬砌板重量减小18.47%；陶粒纤维混凝土作为渠道衬砌材料具有明显质轻的装配化优势。

为了详细探究机翼柱型量水槽应用于U形渠道的量水性能，设置了4个不同的量水槽收缩比开展水力性能试验。通过对流量、收缩比和上游水位等数据进行分析，拟合出机翼柱型量水槽的流量公式。研究还对测流精度、上游佛汝德数、临界淹没度等参数进行了详细分析。试验结果表明，机翼柱型量水槽水位~流量相关性极高，相关系数R ²达0.998，利用试验数据拟合出的流量公式简单易用，平均流量误差约为2.47%，上游佛汝德数小于0.3，临界淹没度最高为0.887。与传统的U形渠道量水槽相比，机翼柱型量水槽的流动公式简单易用，U形渠道机翼柱型量水槽的结构为进一步研究提供了新的思路和参考。

透水混凝土渗灌技术（PCII）是一种可将水分输送到作物深根的新型灌溉技术。为探知PCII的节水效果，并明晰其对果树产量及水分利用效率（WUE）的影响。以江西红壤丘陵区的南丰蜜橘为研究对象，通过大田灌溉控制试验，研究透水混凝土渗灌、漫灌（CK）和滴灌（DI）3种灌溉方式对土壤水分动态、南丰蜜橘果实生长、产量、品质及水分利用效率的影响。研究结果表明：相较于CK、DI，PCII灌溉方式下各土层的平均土壤体积含水率更高且波动幅度较小；与DI相比，PCII南丰蜜橘果实体积在幼果期、定果期、果实膨大期与果实成熟期分别增加0.79%～2.06%、0.35%～4.29%、1.18%～4.59%、0.38%～0.85%，生长速率在定果期、果实膨大期与果实成熟期分别增加1.21%～1.39%、1.29%～1.33%、0.93%～1.09%；与CK相比，糖度在果实膨大期与果实成熟期分别提高了11.47%～15.15%、13.70%～13.91%；与CK处理相比，PCII的产量、水分利用效率分别增加了15.69%～17.15%、43.13%～43.60%，与DI处理相比，PCII的产量、水分利用效率分别增加了1.58%～2.49%、4.84%～5.23%。因此，采用透水混凝土渗灌有助于提高红壤丘陵区南丰蜜橘的产量和品质，并实现水资源高效利用。

探讨长白山地区受极端降水、地形复杂、植被破坏等因素影响造成的土壤侵蚀状况，可以研判该地区水土流失情况，为当地水土生态保护提供科学参考。利用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）、趋势及相关分析法，定量分析长白山地区土壤水蚀的空间格局及时空分布特征，并探究土壤水蚀与气候、植被覆盖度及地形驱动因子的关系。结果表明：2000-2020年长白山地区土壤水蚀模数均值总体呈“西南高，东北低”的空间格局。相较于其他地类，草地、未利用地、林地更易发生土壤水蚀。近21 a来，土壤水蚀模数平均以0.025 5 t/(hm²·a)的速度上升，土壤水蚀模数表现为上升趋势的地区占研究区总面积的68.3%，侵蚀等级总体以微度和轻度为主，且轻度侵蚀比例也呈增加趋势，表明该地区土壤侵蚀状况趋于好转，未来吉林市中北部和延边州部分地区的水土流失风险较高。土壤水蚀与降水、海拔高度及坡度具有较为显著的正相关关系，而与气温、植被覆盖度的相关性以负相关为主。海拔大于1 000 m或坡度大于20°的草地、林地区域是水土防治的重点地形区。

降雨条件下，土壤溶质随径流的产生发生迁移。利用室内实验，研究缓坡饱和土壤溶质流失的时间规律、溶质浓度在垂直入渗和坡面径流两个方向上的变化规律。结果表明：在径流过程中，溶质流失速度变小，流失量减少并趋于稳定，幂函数比指数更适合描述这类变化；垂直方向上，土壤溶质向下层渗透扩散受深度的影响，随深度的增加溶质浓度先增后减并趋于稳定，此规律适合用对数描述；在坡面表层，土壤溶质随径流的迁移规律清晰，土壤溶质浓度远处高于近处，多阶多项式模型更适合描述浓度变化；随土层深度增加，溶质浓度变化有明显分界线，在分界线及以下溶质浓度变化规律性较差，总体呈降低趋势。

凋落物层水力特性能够显著影响坡地产流过程。选取不同凋落物组合（5 cm落叶层＋5 cm分解层、10 cm落叶层），雨型（递增、递减和均匀）以及两种坡度（15°、20°），采用人工模拟降雨试验，对凋落物渗漏水和侧向径流水量进行分析。结果表明：①降雨强度越大，凋落物渗漏达到稳定所需时间越少，稳定渗漏率越大。②相同雨型及坡度条件下，平均渗漏率表现为5 cm落叶层+5 cm分解层>10 cm落叶层，侧向径流率表现为5 cm落叶层+5 cm分解层<10 cm落叶层。③与均匀雨型相比，5 cm落叶层+5 cm分解层递增雨型和递减雨型处理平均渗漏率减少了10.8%~36.4%，平均侧向产流率增加了14.3%~19.0%。各雨型基本表现为均匀雨型平均渗漏率最大且平均侧向产流率最小，递增和递减雨型处理没有显著性差异。④相同凋落物组合和雨型条件下，与15°相比，20°处理凋落物平均渗漏率减小了4.3%~35.9%（P<0.05），侧向径流率增大了6.0%~20.3%（P<0.05）。

探究灌溉对我国北方地区花生产量和水分利用效率（WUE）的影响及不同灌溉模式下花生产量和WUE变化的差异，可为北方地区花生高效灌溉提供理论依据和数据支撑。通过收集北方地区近40年的花生田间灌溉试验数据，依据灌溉方式、灌溉定额、灌溉次数和灌溉阶段进行分组，以不灌溉作对照，利用Meta-analysis定量分析灌溉对花生产量和WUE的综合效应及其影响因素。结果表明：在北方地区，相比不灌溉，花生灌溉后产量和WUE可分别提高16.86%和2.62%（P<0.05），其中，在华北地区灌溉对花生产量和WUE的提升幅度高于东北地区。当采取畦灌、灌溉定额>90 mm、灌水次数≥4次或全生育期灌溉的措施时，花生的增产率更高，分别为20.42%、29.87%、25.89%和29.84%（P<0.05）。选择滴灌、灌溉定额<30 mm、灌水1次或花针期灌溉时，花生WUE提升更显著，分别为2.76%、8.39%、5.27%和7.96%（P<0.05）。随机森林结果显示：在北方地区，灌溉定额是影响灌溉对花生产量和WUE效应的最重要因素，其次为灌溉阶段。因此，建议北方花生种植区灌溉定额不超过150 mm，其中，东北地区适宜灌溉定额为30~60 mm，华北地区适宜灌溉定额为90~150 mm。采取滴灌方式进行灌溉、全生育期灌水2～3次或以花针期和结荚期灌溉为主，苗期为辅，更利于花生增产和WUE提升的协同，进而实现我国北方地区花生的高效灌溉。

针对农业用水效率及其影响因素时空分异的问题，测度农业水资源效率并对其影响因素时空分异特征进行深入解析。将多种数学地理模型相结合，利用非期望产出超效率SBM模型测度各省份农业用水效率，以Tobit模型作为探究农业用水效率主要影响因素的方法，基于所测算结果运用时空地理加权回归模型(GTWR)分析各因素对农业用水效率的影响程度和时空差异性。结果显示：我国农业用水效率提升明显但总体效率仍保持较低水平，农业用水效率省际和区域差异显著；年降水量、农业用水占比、节水灌溉面积占比、人均农产值和农产品进出口额是农业用水效率的主要影响因素，农业用水占比和人均农产值是最主要的负向和正向因素；各地的自然条件和农业生产环境导致农业用水效率影响因素差异显著，东北地区对外贸易繁荣，能有效促进农业用水效率提升；黄河流域传统的漫灌、串灌方式用水浪费严重；长江流域下游发达地区较高的农业生产水平带动中上游地区发展；南部沿海地区和西南地区丰富的降水缓解了缺水压力，节水动力不足；西北地区地理位置和经济条件等的劣势导致用水效率低下。各地区应因地制宜采取针对性措施，从多维度推动农业用水效率的提升与持续优化。

为探究干旱胁迫条件下淮北平原夏玉米生长期水分利用特征，分析农田降水-土壤水-作物水之间的转化规律。通过野外实验和室内分析，测定分析不同生长期内降水、土壤水、植物水、地下水的稳定氢氧同位素值。采用稳定氢氧同位素技术分析了各水体的同位素分布特征，利用直接对比法和多元线性混合模型法分析夏玉米对土壤水分的主要吸水深度及贡献率，进而研究其水分来源。结果表明，五道沟实验站夏季大气降水线方程为 \mathrm{\delta } \mathrm{D} \text{?} = \text{?} \mathrm{7.26} \text{?} \times \text{?} {\mathrm{\delta }}^{\mathrm{18}} \mathrm{O} \text{?} + \text{?} \mathrm{3.11} ( R^{\mathrm{2}} \text{?} = \text{?} \mathrm{0.98} )，其斜率和截距均小于全球大气降水线方程，表明降水在降落过程存在蒸发富集过程。土壤水氢氧同位素在垂直方向剖面呈现明显的梯度分布。干旱胁迫条件下，夏玉米拔节-抽雄期主要吸收0~20、20~40、40~60 cm处的土壤水，贡献率分别为21.8±13.6%、25.5±20%和25.1±18.2%；抽雄-灌浆期主要吸收0~20 cm处的土壤水，贡献率为68.6±3.6%；灌浆-成熟期主要吸收0~20 cm处的土壤水，贡献率为72.0±0.9%。夏玉米根系优先利用浅层土壤水，土壤水主要来自大气降水。地下水埋深较浅地区，干旱条件下夏玉米在整个生长期内根系吸水深度较浅，由此考虑生长期改变灌溉方式来提高灌溉水利用率。