旨在探讨微喷灌施肥条件下，灌水频率和施肥量对三七根区土壤含水率、碱解氮、速效磷和速效钾的影响，以期筛选出最适合其生长的最优水肥调控方案。选取2 a生三七作为试验对象，灌溉定额一致条件下，设计了4个不同的灌溉间隔周期，分别为W1（3 d一次），W2（5 d一次），W3（7 d一次），W4（9 d一次）；2个施肥水平，分别为F1（75 kg/hm²），F2（150 kg/hm²），有机碳大量元素水溶肥，N∶P∶K=1∶1∶1+6%小分子有机碳+微量元素；采用完全随机区组设计，共8个处理。2 a生三七根系主要分布在0~20 cm土层，花期为关键需水期，果实发育期是氮磷钾吸收高峰，其中氮素吸收集中于花期，磷、钾高效利用主要在果实成熟期。根系区土壤水分及碱解氮、速效磷、速效钾等有效养分，会随季节规律性波动，且与三七生育周期的生长规律高度匹配。W2处理下，在灌水周期内三七根区10~20 cm土层的含水率(田间持水量的50.25%~69.33%)最适宜三七生长。在 W2 灌水频率下，三七对不同土壤养分的吸收随施肥量呈现差异化最优表现，W2F1对碱解氮、速效磷吸收最佳，W2F2 对速效钾吸收最佳，W2F1处理组的土壤碱解氮含量相较于W1F1、W3F1及W4F1处理分别下降了13.5%、11.8%与18.9%，该处理下的速效磷含量也较其他3组分别减少了16.2%、25.6%和13.5%。此外，速效钾含量在W2F1处理中相比其他处理分别降低了42.1%、16.4%和18.1%。同时W2灌水频率下三七的产量表现最佳，且W2F2处理下产量达到1 796.06 kg/hm²。试验结果表明，在当前条件下，最优的灌溉与施肥组合为单次灌水量7.14 mm，水溶肥施用量为150 kg/hm²。

揭示西北旱区不同玉米品种对水分胁迫的生理响应特征，解析光合能力、生长指标与产量之间的耦合路径，为抗旱玉米品种筛选与精准灌溉策略提供理论支撑。于2024-2025年，在西北旱区玉米田设定不同灌水处理（W1:100% ET _c，W2:75% ET _c，W3:50% ET _c），连续2个生长季测定了作物气体交换参数（净光合速率A _n、气孔导度Gs）、生长指标及产量构成，分析了土壤水分胁迫对各指标的调控效应，并采用结构方程模型（SEM）量化了水分胁迫下“光合-生长-产量”的多因子互作路径。随灌水量的降低，玉米产量及其构成要素（穗粒数、百粒重）、生长指标（株高、茎粗、LAI、地上部干物质量）及叶片气体交换参数（A _n、Gs）均呈显著下降趋势，相较于W1处理，W3处理下所有品种的产量、生长及气体交换参数分别下降了13.5%~28.4%、3.0%~35.1%和31.6%~47.1%。SEM表明，W1处理，Gs通过协同增强A _n，进而驱动地上部干物质积累并最终作用于产量形成；而在W2、W3条件下，A _n对干物质积累及产量的直接贡献率显著减弱，在W3条件下下，百粒重成为决定产量变异的直接因子。此外，SEM模型对产量变异的解释度（R ²）随水分亏缺程度的增加而下降。本研究量化了亏缺灌溉下产量形成的主导因子之间互作关系和贡献率的转变：由W1条件下A _n驱动干物质量积累为主，转变为W3条件下百粒重的下降直接决定产量变异。相关研究成果为旱区玉米采用合理灌溉制度提供了生理依据。

为缓解内蒙古河套灌区淡水资源短缺、土壤盐碱化及水分利用效率低的问题。于2021年与2022年在微咸水（3g/L）灌溉处理下开展5种向日葵种植密度水平（3.00、3.75、4.50、5.25、6.00 万株/hm²，分别用PD1、PD2、PD3、PD4、PD5表示）的田间试验，探究微咸水滴灌条件下种植密度对向日葵生长发育及生产效能的调控效应。结果表明：种植密度增加会引起灌水定额增大；微咸水灌溉情况下，高种植密度能有效减少0~40 cm土层膜内外土壤盐分含量，膜内0~20 cm与20~40 cm土层盐分变化量最低均为PD4处理，分别较其他处理降低9.92%~18.03%与10.53%~31.25%。膜外0~20 cm土层盐分变化量最低为PD5处理，其次为PD4处理，20~40 cm盐分变化量PD4处理最低；株高、叶面积指数与种植密度呈正相关关系，茎粗、花盘茎与之呈负相关关系；高种植密度使单株向日葵各器官干物质量减少，且当种植密度超过5.25 万株/hm²时干物质更易向花盘、籽粒转移。2 a间产量最高均为PD5处理，较其他种植密度处理分别高出5.25%~30.90%与1.61%~16.35%。PD4处理有利于提高经济系数与灌溉水利用系数；高密度利于提升蛋白质含量但降低脂肪含量。研究表明向日葵种植密度为5.25 万株/hm²时为微咸水（盐分浓度为3 g/L）覆膜滴灌的适宜种植密度，该密度下水分生产率与经济系数最优，可实现土壤盐分平衡、作物生长与产量提升的协同发展。

为探究灌溉水盐分对玉米生长的影响，明确内蒙古河套灌区微咸水高效利用模式，分室内培养试验与田间小区试验2部分开展系统研究，旨在为当地微咸水资源合理开发利用提供理论支撑。室内培养试验设置0~10 g/L共11种灌溉水盐分梯度，重点分析盐分胁迫对玉米种子萌发特性的影响效应；田间小区试验于内蒙古河套灌区开展2 a定位研究，设置2种灌水方式（1.1 g/L常规地面灌溉CK、微咸水膜下滴灌），并在膜下滴灌模式下设置1.1、2.0、3.5、5.0 g/L共4种灌溉水盐分含量，系统探究盐分与灌水方式对玉米生长性状、光合生理及产量形成的影响规律。室内试验结果表明，灌溉水盐分含量升高会显著抑制玉米种子萌发，当盐分浓度高于2.0 g/L时，对种子发芽率、发芽势等关键指标均产生不利影响，因此玉米种子萌发期应避免采用微咸水灌溉。田间试验结果显示，同等灌溉水盐分条件下，滴灌处理较常规地面灌溉处理，更利于提升春玉米茎叶生长态势、叶片光合效率及干物质积累量，进而促进籽粒产量形成，滴灌较地面灌溉可使春玉米籽粒产量提升12.5%~12.9%；随着灌溉水盐分浓度升高，春玉米茎叶生长、光合特性及干物质积累均受到显著抑制，最终制约产量形成，相较于1.1 g/L滴灌处理，2.0~5.0 g/L滴灌处理春玉米籽粒产量降幅达7.6%~31.5%。综合室内萌发与田间试验结果可知，2.0 g/L微咸水滴灌处理对玉米植株生长各指标影响较小，与1.1 g/L滴灌处理下多数指标差异未达显著水平，该模式可作为内蒙古河套灌区春玉米生产的高效微咸水灌溉模式。

为探究胶东半岛南部沿海地区苹果生长需水与自然降雨过程匹配度的变化特征，并制定不同水文年型灌溉制度。基于该地区海阳站1959-2021年逐日气象数据和苹果作物系数，利用CROPWAT模型计算苹果各生育期作物需水量，并结合降雨资料计算有效降雨量和灌溉需水量，分析其变化规律，对不同典型年份需水量与有效降雨量进行耦合度分析，制定苹果灌溉制度。结果表明，生育期内苹果需水量变化范围为610.6~908.8 mm，且以4.90 mm/(10 a)的速率上升；苹果在果实膨大期需水量最大，4月是需水增长速度最快的月份，需水量主要受光热及风速影响。特枯水年下，耦合度低于0.25的月份达6个月，需全生育期加强灌溉；平水年和枯水年的耦合度在5-6月及9月波动较大，平水年该时期耦合度为0.52~0.70，而枯水年仅为0.17~0.25，该时期需加大灌溉力度；丰水年主要生育期的耦合度均高于0.56，6月和9月均达到1.00，只需在关键节点适量补充灌溉。结合CROPWAT模型得出不同水文年型下苹果灌溉制度为：丰水年灌溉次数4次，灌溉定额118.8 mm；平水年灌溉次数5次，灌溉定额173.9 mm；枯水年灌溉次数12次，灌溉定额415.4 mm；特枯水年灌溉次数13次，灌溉定额480.7 mm。

为揭示季节性冻融区冻土融化期水文过程与水分迁移机制，以松花江三级支流黑顶子河流域为对象，综合运用稳定氢氧同位素（δ¹⁸O、δD）与硅酸根离子（SiO {}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}）双示踪技术开展2015-2016年野外监测，系统分析了融化期水文动态、不同水源同位素与水化学特征、河道水分来源及水-地下水交换过程。结果表明：冻土融化期可分为融雪初期、融雪后期、降雨产流期和冻土融化后期4个阶段；支流产流峰值较干流早1~2 d，2015年出口最大流量为0.84 m³/s，2016年出现3次峰值，分别为0.17、0.33和0.21 m³/s；硅酸根离子浓度与流量总体呈负相关，受融雪与降雨稀释作用显著，且土壤冻融促进硅酸盐释放，导致其浓度在产流初期较高，雨水、积雪与河冰中硅酸根浓度显著低于河水与地下水；不同水源同位素特征差异显著，积雪同位素最贫化，主河道与积冰融水最富集；河道径流以土壤水为主要来源，其对支流的贡献率达84.93%~86.25%，融雪水贡献率为5.44%~18.34%；融化期地下水主要受河道补给，河冰浮起阶段补给速率最快。

为探究在极端干旱条件下中国植被抵抗性与恢复性的时空变化特征及其驱动机制，基于1982-2022年长时间序列的卫星遥感数据（核归一化植被指数kNDVI），定量评估了中国不同植被类型对于干旱的抵抗能力与恢复能力，并且采用机器学习的方法进行归因分析。结果表明：①不同植被类型的抵抗性和恢复性存在显著差异，其中常绿阔叶林等森林类型抵抗性较高（中位数约为70），而草地抵抗性较低（约为24），但恢复能力相对较强；②空间上，内蒙古和新疆地区植被抵抗性整体较低，而东北地区、内蒙古及青藏高原植被恢复能力较高；③时间上，1982-2022年间中国植被抵抗性和恢复性均呈显著下降趋势，其中抵抗性下降更为明显（Sen′s斜率约为-0.34，p<0.001）；④归因分析表明，气温、土壤水分及植被生产力是影响植被抵抗性和恢复性时空异质性的关键因素。

为揭示气候变化背景下石羊河流域径流演变特征，综合采用Mann-Kendall（MK）趋势检验、Theil-Sen斜率估计与创新趋势分析方法，并辅以突变与周期分析，对石羊河六河水系上游1987-2024年的年季尺度径流时空变化规律开展对比分析。结果表明，六河水系年径流整体呈现“前期偏丰—中期偏枯—后期恢复增加”的阶段性演变特征，主要转折年份集中在2002年、2013年和2015年附近，并具有13～16 a的年代际周期波动。趋势检验结果进一步表明，六河年径流总体呈上升态势，除杂木河与金塔河外，其余四河均通过99%置信水平检验，其中西营河增加趋势最为显著。径流年内分配呈现显著的空间差异：春季径流总体衰减，杂木河与东大河降幅相对较大；冬季径流在各河流的全流量级上均普遍增加，是枯水期水资源改善的主因；夏、秋季径流空间异质性显著，尽管多数河流低水期流量有所改善，但黄羊河、杂木河等在夏秋季的高流量（汛期洪峰）时段出现明显衰减。方法对比凸显了创新趋势分析法在捕捉微弱趋势及不同流量级非一致性变化方面的优势，有效识别了MK检验难以捕捉的变化特征。研究为揭示流域不同河流的季节性丰枯响应，优化水资源时空配置及制定差异化的防洪抗旱调度策略提供理论依据。

南盘江是我国第三大河流珠江的源头，为了计算南盘江源头的生态流量，并确定适宜的生态流量计算方法，基于沾益水文站1954-2021年天然月径流和1978-2023年实测日流量数据，分析了南盘江源头水文情势。采用逐月频率法、R2-Cross法、Qp法、Tennant法、逐月Tennant法、湿周法和生态水力半径法等7种水文水力学方法计算南盘江源头生态流量。为了对比分析7种方法的优劣，基于适应指数和满足程度2个指标，建立了生态流量综合系数，综合评价河流的适宜生态流量。研究表明：①南盘江源头年径流量总体呈下降趋势，年际变化明显。月径流年内分配不均，丰枯变化明显；最大3月、最小3月平均径流量分别占年径流量的比例为53.3%、7.6%，最大3月出现最多月份为8、9、10月，最小3月出现最多月份为3、4、5月；②通过生态流量适宜性评价，Tennant法和Qp法综合系数最高，依次为1.05和1.03。进一步结合满足程度和与水文情势规律符合程度来看，推荐Tennant法计算结果作为南盘江源头沾益水文站的适宜生态流量；③推荐Tennant法计算生态流量汛期（6-10月）为2.34 m³/s、枯期（11-次年5月）0.78 m³/s。长系列实测日流量枯期满足程度仅为74%，与国家要求的90%还有一定差距。为提高区域生态流量达标率和保护生态环境，建议枯期采取外流域调水措施，置换区域生产生活用水，退还河道生态水量。

干旱-半干旱区水资源压力年际起伏主要源于水资源总量（TR）强波动与用水总量（TW）相对平滑变化之间的尺度不匹配，基于陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、内蒙古和山西7省（区）2004-2023年省-年面板数据，分别构建本地资源约束压力指数EWSI（TW/TR）和供需匹配紧张指标SDI（TW/TS），以地下水供水占比（GSR）和其他供水占比（OSR）表征供水结构；采用结构突变识别与分段统计相结合的方法确定演变阶段，利用变异系数（Cv）与Theil指数刻画省际差异，并对农业、工业、生活与生态用水开展分阶段贡献分解。结果表明：研究区本地资源约束压力的年际波动主要受TR驱动，呈现2004-2012年高位波动、2013-2017年收敛缓解、2018-2023年回升扩张的三阶段特征；省际差异中期收敛、后期扩张，且Theil指数上升更快，显示后期差异扩张具有明显的高值尾部驱动特征，宁夏长期处于稳定高值核心。部门分解表明：早期TW增长由农业增量主导；中期TW净减少由农业与工业减量主导，生活与生态增长对冲；后期TW净增加以农业增量为主，生活与生态补充，工业减量部分抵消；部分省（区）地下水供水占比抬升对阶段性紧张具有缓释作用，但其可持续性仍需结合地下水开采强度与生态约束加以评估。研究结果可为干旱-半干旱区用水结构优化、地下水依赖约束与差异化调控提供理论依据。

随着农业现代化进程加快，农业生产对水肥投入的依赖程度不断提高，导致农业面源污染、温室气体排放等环境问题日益凸显。为提高河南省水肥资源利用效率，促进农业绿色低碳可持续发展，于2023-2024年开展实时水肥协同调控下夏玉米生长及农田N₂O排放研究。大田试验共设置3个非充分灌溉水平（轻度亏缺、中度亏缺、重度亏缺）、3个施肥水平（低、中、高）和3个畦灌对照处理。结果表明：①随实时水肥协同调控水平增加，夏玉米株高、茎粗、叶面积指数均呈现先增加后减少趋势。中水中肥的株高显著高于其他处理，与畦灌中肥对照处理相比提高22.49%。②实时灌溉水平相同，施肥水平提高使N₂O排放增加8.96%~13.20%；在实时施肥水平一定时，随灌溉水平增加，N₂O排放较基准处理提高21.98%~31.10%。与畦灌高肥处理相比，合理水肥协同调控可使农田的N₂O排放降低8.76%~19.64%，在稳产基础上显著提升减排效应。③与畦灌中肥对照处理相比，中水中肥处理的产量显著提高，水分利用效率提高19.07%，节水率、节肥率分别达到38.10%和35.75%。中水中肥处理在保证作物正常生长及较高产量的同时实现了水资源的高效利用。

针对长距离明渠输水系统在大流量分水工况下水力参数时变性强、传统线性控制模型失配导致水位波动剧烈的问题，提出一种基于门控循环单元（GRU）神经网络的模型预测控制（MPC）方法。该方法利用渠道运行的历史实测数据训练GRU网络，建立能够实时表征渠道非线性非恒定流特性的预测模型。在此基础上，构建以水位偏差极小化和闸门动作平稳化为目标的滚动优化控制策略，并引入高精度一维水动力学模型作为仿真验证平台，对控制算法的有效性进行测试。以引洮供水工程阳阴峡节制闸为研究对象进行仿真验证，结果表明：①在单一阶跃大流量分水扰动下，GRU-MPC算法实现了水位的“准静态”控制，相较于经典的积分时滞（ID）MPC算法，将最大水位偏差从分米级（0.18 m）降低至厘米级（0.02 m），降幅达89%，且消除了相位滞后；②在复杂多重扰动工况下，该方法展现出优异的鲁棒性，将水位波动始终锁定在0.03 m以内，且相较于PI控制，将闸门调节频率降低了约72%（从90次降至25次）。研究证实，该方法有效解决了线性模型在大幅度工况切换下的适应性难题，实现了以最小的机械执行代价换取最优的水力平稳性，为大型调水工程的智慧化运行提供了理论依据。

为识别不同来水保证率下干旱区跨流域调水受水区的缺水风险及治理重点，以引洮供水工程受水区11个县（区）为对象，选取2022年为基准年、2030年为规划年，设置P=50%与P=75%情景，分析县域缺水优先序及风险分区特征。结果表明：规划期需求增长快于供给提升，总缺口持续扩大；保证率提高不改变同年缺水优先序，但驱动高风险县（区）跨年迁移——2022年P=75%情景下缺水优先序前3位为安定区、会宁县和榆中县，2030年则调整为静宁县、榆中县和通渭县。基于P=75%情景的缺水率风险分区提出差异化管理策略：高风险区强化外调水统筹与再生水替代，中风险区推进需求侧管理与节水增效，低风险区注重供水韧性提升。研究结果可为受水区县域差异化配置与分区管控提供依据。

为实现设施番茄施肥量的快速无损诊断，探索叶片颜色特征与施肥量的定量关系，以番茄品种“美人尖”为对象，设置T1（67.5 kg/hm²）、T2（90 kg/hm²）、T3（112.5 kg/hm²）和T4（135 kg/hm²）4个施肥梯度，利用X-Rite Color Checker Classic 24色卡校正采集叶片数字图像，提取并构建13种颜色特征参数（R、G、B、R+G-B、G-R、G+R、(G-R)/(G+R)、R²、G²、B²、RG、RB、GB），基于随机森林算法建立施肥量预测模型。结果表明：随施肥量增加，叶片R、B通道值呈总体下降趋势，G通道呈先增强后减弱的单峰变化，复合颜色特征（RB、RG、G²等）对施肥量的解释力显著优于单一R、G、B通道；随机森林模型能有效捕捉颜色特征与施肥量的非线性关系，预测精度（R²=0.520，RMSE=17.1 kg/hm²）明显优于多元线性回归（R²=0.495，RMSE=18.621 4 kg/hm²）。研究证实了基于RGB图像的番茄叶片颜色特征可用于施肥量快速、无损诊断，为设施番茄精准施肥管理提供了技术依据。

探究微咸水灌溉条件下磷酸改性生物炭对鲁北平原地区中度盐碱土的综合改良效果，为该区域微咸水资源化利用与盐碱土综合改良提供理论与数据依据。采用双因素盆栽试验，设置微咸水矿化度（0、2、4、6 g/L）与磷酸改性生物炭施用量（0、5、10 t/hm²）两个试验因素，共12个处理，以小白菜为种植作物，系统研究两者单独及交互作用对盐碱土壤理化性质与作物生长的影响。磷酸改性生物炭对盐碱土的改良效果受微咸水矿化度影响显著。在2 g/L微咸水灌溉下，5 t/hm²磷酸改性生物炭处理表现最佳，土壤电导率较无磷酸改性生物炭对照显著降低40.6%，土壤含水率提高4.29%，小白菜总鲜重增加33.5%；在4 g/L微咸水条件下，10 t/hm²磷酸改性生物炭处理的降盐效果最优，土壤电导率降低24.8%，但5 t/hm²磷酸改性生物炭处理在促进作物生长方面更具优势；当灌溉水矿化度升高至6 g/L时，各磷酸改性生物炭处理的改良效果均明显减弱。在本试验条件下，2 g/L微咸水配合5 t/hm²磷酸改性生物炭是鲁北平原中度盐碱土改良的最优组合，可在实现微咸水资源化利用的同时，有效提升盐碱土壤质量与作物产量。

针对灌区水资源优化调度中供水流量波动剧烈、传统刚性约束适应性不足的工程实际问题，引入柔性约束机制以有效提升调度灵活性。该方法采用惩罚函数构建软约束，并结合迭代重加权算法，将流量刚性边界和离散约束转化为可权衡的调节项，从而实现模型精度、计算复杂度与工程实用性的综合优化。以河北省滦下灌区为研究区域进行实例验证，结果表明，在保障正常用水需求的前提下，采用柔性约束的模型使闸门启闭次数大幅降低了80%以上。研究证实了柔性策略在提升调度灵活性方面的潜力，为开发更贴合生产实际的灌区智能调度模型提供了理论依据与方法参考。

冠层覆盖度是作物表型监测中关键的表型参数，能够反映作物生长状态和需水规律，对其提取需要使用图像分割技术实现。然而在玉米作物中，由于密植、植株遮挡及颜色变化，现有深度学习方法标注成本高，传统阈值方法缺乏科学性，难以实现高精度分割。为此，研究提出了一种基于少量样本标注的玉米全生育期多通道联合分割方法。该方法通过少量标注获取不同生育期作物/背景真值图像，统计H、S、V和a通道的频率直方图来降低阈值寻优的计算复杂度，并基于F1值穷举搜索确定最优阈值区间。实验结果表明，所提方法在全生育期图像分割任务中表现优异，F1值为0.92，尤其在灌浆期与成熟期显著优于传统方法，提供了可直接参考的田间玉米通道分割阈值区间，为冠层覆盖度的准确提取奠定基础，给水分管理和灌溉决策提供了科学依据。