为了探究不同灌溉模式下生物有机肥配施化肥技术对水稻生长发育及产量的影响，采用小区试验方法，设置了2种灌溉模式（F: 常规淹灌、C: 控制灌溉）和3种施肥模式（A: 全施化肥、B: 生物有机肥等氮替代15%化学氮肥、C: 生物有机肥等氮替代30%化学氮肥），研究不同水肥处理对水稻生长及产量的影响。结果表明，相同的灌溉模式下，生物有机肥等氮替代化学氮肥提高了水稻的穗粒数及穗部干物质量，对水稻株高和叶绿素影响较小；与全施化肥相比，生物有机肥等氮替代15%化学氮肥产量及净收益均无显著差异；生物有机肥等氮替代30%化学氮肥略降低了水稻产量，增加了肥料投入成本，导致产投比显著下降。不同灌溉模式下，控制灌溉能抑制水稻的无效分蘖，但降低了水稻的株高和干物质量；与常规淹灌相比，控制灌溉提高了灌溉水利用效率及净收益，但产量略低于常规淹灌，差异并不显著。综合分析认为，控制灌溉模式下生物有机肥等氮替代15%化学氮肥可以在提高灌溉水利用效率的条件下，避免化学氮肥的过量施用，保证了水稻生产及较高的经济效益。

研究干旱区作物水分供应与利用效率问题对优化农田灌溉制度和提升水资源的高效利用具有重要意义。本文以宁夏青铜峡引黄灌区玉米为研究对象，采用稳定氢氧同位素技术定量化追踪大气降水、土壤水和玉米木质部水的同位素特征，综合运用直接对比法、MixSIAR模型和蒸散分离技术，深入剖析了玉米在其生育期内的主要吸水深度、各阶段的相对贡献率以及水分利用效率（WUE）及其受环境因素的影响。结果表明：玉米主要吸收0~30 cm的浅层土壤水分，其在不同生育阶段的平均贡献率分别为：44.10%（出苗期）、35.44%（拔节期）、41.54%（抽穗期）、41.66%（灌浆期）和48.10%（成熟期）；在整个生育期，WUE呈现波动上升趋势，受到饱和水汽压差、土壤温度和空气温度等环境因素的显著影响。结果揭示了该地区玉米生长发育过程中，对浅层土壤水分的高度依赖性和随着生育期发展水分利用效率显著提升的特性。

为探究水氮盐耦合对能源植物芦竹生长发育和光合作用的影响，明确不同盐化程度土壤适宜芦竹生长的水氮条件，基于盆栽试验，设置土壤盐分（S0：非盐化土、S1：轻度盐化土、S2：中度盐化土和S3：重度盐化土）、施纯氮量（N0：0、N1：60、N2：120和N3：180 kg/hm²）、灌溉定额（W0：2 850、W1：4 275、W2：5 700和W3：7 125 m³/hm²）三因素四水平正交试验。结果表明，水、氮、盐单因素对芦竹株高、茎粗、叶宽、单丛鲜重和干重均有显著影响（P<0.05），水盐及水氮耦合对芦竹株高、茎粗、叶宽、单丛鲜重和干重有显著影响（P<0.05）；水、盐单因素对芦竹净光合速率、蒸腾速率和气孔导度有显著影响（P<0.05）。施氮量和灌水量一定时，与对照相比，轻度盐化土壤芦竹的株高、茎粗、叶长、叶宽、单丛鲜干重、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等特征未产生显著差异（P>0.05）；中度和重度盐化土壤以上特征产生显著差异（P<0.05）；随着施氮量或灌水量的增加，芦竹株高、茎粗、叶长、叶宽、单丛鲜干重、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均呈现出先上升后下降的趋势。非盐化土壤中氮中水耦合处理的芦竹单丛鲜重和干重达到各处理中最大，分别为148.45 g和45.90 g；轻度盐化土，中氮低水处理的芦竹可以同时有着较高的生物量积累和水氮利用效率；中度盐化土，中氮中水处理的芦竹可以在水氮利用效率较高的同时达到最优产量；重度盐化土，芦竹生长发育明显受限，水氮利用效率也处于较低水平，需要采取更加综合的土壤改良措施以促进芦竹的生长发育。综上所述，水氮调控能提升芦竹在高盐土壤中的生物量积累。

针对农田测坑作物需水量测定方式落后、效率低下，无普适性自动测量仪器的现状，设计开发了一种高精度测坑作物需水量（腾发量）自动测量系统。系统基于测针每日整点自动下行测量水位的原理，采用主机与传感器分离式结构设计，设计了入水检测电路，解决了测针极化、水体电导率变化可能引起的测量误差，应用楔形设计免维护消隙螺杆，为传感器长时间稳定运行提供了保障。经试验，系统测量分辨率为0.01 mm，100 mm量程范围内测量误差≤0.01 mm，走时精度误差≤±1 min/月。系统在试验基地大型综合测坑进行了应用，长时间运行稳定、可靠，具有较好的推广应用价值。

为探究小麦玉米间作与畦沟分灌灌水模式下作物根系的生长分布特征及对产量的影响，试验以间作常规畦灌模式为对照进行了对比研究。结果表明：沟灌玉米前期不灌溉，经历了水分亏缺的锻炼，在水势梯度作用下，刺激了根系的生长发育，下扎深度明显大于畦灌玉米；常规畦灌小麦表层0~60 cm垂向根干质量密度要显著大于畦沟分灌，根系更为发达。同时期沟灌玉米根系量要显著大于畦灌玉米，拔节期和抽雄吐丝期0~25 cm处平均值大22.76%和16.13%；常规畦灌小麦水平方向根干质量明显高于畦沟分灌小麦，且沟灌玉米灌水后随生育期延长，差异性减弱。受沟灌边行玉米的根系生长影响，常规畦灌小麦产量较畦沟分灌高9.92%；受根系生长补偿效应的刺激作用影响，沟灌玉米产量较常规畦灌高13.49%。

我国地下水硝态氮（NO₃ ^--N）污染问题突出，其中农区浅层地下水NO₃ ^--N污染问题尤为严峻。为查明位山灌区浅层地下水NO₃ ^--N的污染现状及来源，基于2019-2021年位山灌区浅层地下水的水质数据，分析了研究区地下水NO₃ ^--N浓度的时空分布特征及其主要影响因素，采用绝对主成分-多元线性回归模型（APCS-MLR） 解析了污染来源。结果表明，位山灌区2019-2021年地下水NO₃ ^--N浓度呈逐年上升趋势，2021年的严重超标率达到了21.43%。NO₃ ^--N浓度的高值主要出现在丰水期（6-9月），且随降水量的增大而升高；同时，NO₃ ^--N浓度呈现自西南向东北逐渐升高的变化趋势。地下水NO₃ ^--N浓度还与地下水埋深、土地利用类型和农业活动等密切相关，耕地类型下的地下水浅埋区NO₃ ^--N污染风险更高。根据源解析结果发现，位山灌区地下水NO₃ ^--N污染主要受农业活动（48.94%）、溶滤富集+粪便污水（39.09%）、氧化还原环境（2.61%）等因子的影响。研究成果可为位山灌区地下水NO₃ ^--N污染防控管理提供科学依据。

土地利用类型的不同对流域非点源污染负荷的影响较大。为探究土地利用变化对非点源污染负荷的影响，以鉴江流域化州站控制区域为研究对象，利用SWAT模型进行模拟研究，通过对3种土地利用情景下氮、磷污染负荷变化的模拟分析，揭示其不同情景下流域氮、磷的时空分布特征。结果表明：①径流、总氮和总磷在率定期、验证期的R ²大于0.6、NSE大于0.5、PBIAS小于25%，可以较好地模拟流域径流、总氮和总磷过程。②和其他情景相比，情景二流域中总氮、总磷的负荷强度最低，其年均负荷量分别为16 451.42 t、4 642.72 t，且年内负荷强度与降雨量密切相关，说明其农业用地是控制流域非点源污染的关键区域，雨季是控制的关键时期。③在该地区未来的土地利用规划中，应尽量少占用林地，同时通过调整种植结构和防护措施的实施来减少农业用地氮、磷的输出。该研究可为土地利用和污染物控制提供研究思路，为保护和改善流域水环境和水质提供理论支持。

为探究有机肥配施生物炭对干旱区碱化土壤真菌群落结构的重塑效果，通过田间试验，采用高通量测序技术研究不同用量有机肥（0、7.5 t/hm²）和生物炭（0、2%和4%）配施对土壤真菌群落结构及作物产量的影响。结果表明：相较于对照，7.5 t/hm²有机肥与2%、4%生物炭复配处理显著降低了门分类水平上子囊菌门的相对丰度，而担子菌门和球囊菌门等有益菌群的相对丰度显著提高；土壤真菌的Observed指数和Shannon指数明显增加，Simpson指数明显减少，复配处理明显改善了土壤真菌的丰富度和多样性，改变了土壤真菌群落结构。同时，复配处理有利于油葵生长及产量增加，其中7.5 t/hm²有机肥配施4%生物炭的产量最高，为2 521.5 kg/hm²，较对照增加1 589.1 kg/hm²。因此，相较于单一材料，有机肥配施生物炭可以进一步优化土壤真菌群落结构及多样性，提高作物产量。

毛乌素沙地是我国现存的最具代表性的沙地治理典型示范区，优化水资源开发利用格局，同时满足日益增长的生活水平和维护生态治理成果的要求，对于全面迈进高质量发展道路具有重大意义。以内蒙古鄂尔多斯毛乌素沙地地区为研究对象，开展基于WEAP-MODFLOW耦合模型的毛乌素沙地水资源优化配置以及配置后承载力评价，结果表明：当前政策供水能力下，规划期内研究区无法满足水资源供需平衡等要求，且综合预案较预测承载力提升作用较小，而充分挖潜供水能力后的预案则有较大提升；最优配置预案为T14，其承载力达到3.80，接近“优质承载”等级，该预案配置为：至2030年，灌溉水利用系数达到先进值0.8，实现工业需水量不超过12 065 万m3，每年适度增加3%的生态需水量，同时充分挖潜研究区地下水与疏干水的利用潜力，使地下水、疏干水可供水量达到43 279、24 744 万m3且地表水可供水量保持3 138 万m3不变。

灌溉诱发型滑坡在我国黄土高原广布频发，对农村社会经济发展和农户生计造成极大威胁。节水农业作为从根本上治理灌溉诱发型滑坡的有效手段，其减灾效果极大依赖于当地农户的采纳及持续使用。研究拓展了英国国际发展署提出的可持续生计框架，从主客观层面阐释农户在自然灾害风险下的技术采纳影响因素，以此为理论基础探究农户对节水农业（包括滴灌设施和抗旱作物）的动态采纳意愿及其作用机制，以期理解灾害风险下的农户决策并为防灾减灾提供参考。以具有“现代滑坡天然实验室”之称的甘肃永靖黑方台为研究区，利用363份农户问卷数据和二元Logistic模型进行分析。结果表明：①社会资本对不同滑坡经历农户的节水农业采纳意愿均有显著正向影响，而自然资本对未经历滑坡的农户有显著负向影响，心理资本对经历过滑坡的农户有显著正向影响；②自我效能能够加强心理资本对初次采纳意愿的影响；③农户持续使用节水农业的意愿低于初次采纳的意愿，并且人力资本显著负向影响农户持续使用意愿。研究成果有助于明晰农户初次和持续采纳节水农业意愿的动态变化，厘清影响农户采纳节水农业意愿的因素及其作用机制，为灌溉诱发型滑坡区和其他地区节水农业的推广和防灾减灾提供启示。

节水技术作为提高农户生产灌溉环节粮食生产效率的有效途径，对于保障我国用水和粮食安全至关重要。基于河北、河南、山东、安徽、湖北5大粮食主产区粮食种植农户调查问卷，运用SFA-Tobit模型研究了节水技术对粮食生产效率的影响，并对作用机制进行了分析。①现阶段在粮食生产环节仍存在28.2%的粮食生产效率损失特征；②采纳与持续采纳节水技术的农户在高效率生产阶段分布更具优势，节水技术的采纳可显著提高农户粮食生产效率；③节水技术的采纳有利于通过促进农户规模经营、节省灌溉时长进一步提升粮食生产效率；④节水补贴和农地流转在农户节水技术采纳过程中对粮食生产效率的提高具有正向激励作用；⑤节水技术对粮食生产效率的提升效应存在年龄和收入的门槛限制，对于高农业收入占比和年长农户而言，提升作用明显。因此，应充分发挥政府在农户节水技术采纳中的主体作用，精准开展农业节水补贴、扎实铺开农田水利基础灌溉设施建设、建立技术采纳监测和评估机制。

小流域泥沙来源分析对流域综合治理与水土保持措施评价具有重要意义。选择岩溶区小流域山坪塘为例，从山坪塘沉积泥沙入手，探明山坪塘沉积泥沙剖面与其控制流域内的土地利用类型的¹³⁷Cs比活度和及黏粒含量的深度分布特征，为反演小流域土壤侵蚀时空强度分布提供基础。研究结果表明：①山坪塘沉积泥沙的¹³⁷Cs比活度在垂直剖面上变化较为复杂，最大值出现在山坪塘的底顶部，¹³⁷Cs比活度范围为0.99~3.58 Bq/kg，平均值为1.8 Bq/kg；②山坪塘控制流域内坡耕地、草地和林地表层土壤的¹³⁷Cs比活度分布差异性较大，且¹³⁷Cs比活度极差分别为4.16、2.86 和6.36 Bq/kg；③山坪塘旋回沉积泥沙与其控制流域内土地利用类型表层土壤的粒径组分含量主要以黏粒、中粉粒和粉粒为主，且它们的粒径组分含量之间比例基本保持一致；④山坪塘沉积泥沙粒径特征参数（中值粒径、众数粒径、体积加权平均粒径和分形维数D）在垂直剖面上变化基本保持一致，而有效粒径变化较为复杂。研究为开展岩溶小流域山坪塘泥沙沉积来源特征演变提供了重要基础。

土壤参数是模拟和计算土壤含水量等状态数据的重要因子，对农业管理及其研究具有重要意义。然而，由于土壤系统变饱和与非线性特征，现有主流数据同化方法估计土壤参数时仍面临挑战。采用基于深度学习的参数估计方法（Parameter Estimator with Deep Learning, PEDL）对土壤参数进行反演估计，通过两个理想算例验证PEDL估计土壤参数的效果，并与集合平滑多数据同化方法（Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation, ESMDA）进行了系统比较。研究结果表明：PEDL能成功识别观测数据与待估参数之间的非线性关系，无需迭代即可逼近土壤参数的真实值；PEDL获得的参数后验分布范围相较于ESMDA明显缩小；与迭代5次的ESMDA方法相比，PEDL估计结果不确定性更低，且总调用次数更少。该研究有助于提高土壤参数估计的精度，可有效提升土壤状态及相关农业模型预测可靠性。

随着气候变化加剧和人类活动增加，植被变化作为环境响应的重要指示，逐渐成为科学研究的热点。利用MODIS数据分析2000-2022年河套灌区核归一化差异植被指数（kNDVI），通过计算slope、LOWESS平滑、重心转移模型和Hurst指数，结合地表气温和降水数据，采用多元回归残差分析探究气候变化和人类活动的贡献。结果显示：① 河套灌区kNDVI呈稳定增长，年均增长率1.51%（p < 0.001），整体重心向西南移动，93.42%的地区kNDVI变化趋势具有较强持续性。② 气候变化和人类活动对kNDVI变化的综合贡献率达88.75%，其中共同引起的绿化为主要驱动力，占总体的80.25%。③ 气候变化和人类活动的贡献率分别维持在0.21和0.76左右。为河套灌区kNDVI的时空演变及其驱动力提供了新见解，为区域生态管理和政策制定提供了科学依据。

为了更好地捕捉参考作物腾发量（ET ₀）数据的非线性特点及有效影响因素，实现对气象资料缺乏时的ET ₀精准预测，基于融合建模思想提出了一种随机森林特征选择与鹈鹕优化算法（POA）优化长短期记忆神经网络（LSTM）组合的ET ₀预测方法。首先，采用随机森林特征选择方法筛选出有效气象因子作为模型输入；随后，通过POA搜索最优超参数组合用于优化LSTM模型；最后，基于最优超参数下的LSTM模型进行ET ₀预测。结果表明，POA-LSTM模型整体优于其余模型，其中POA-LSTM1（u ₂、N、R_H 、T_mean ）预测精度最高，测试集R ²、RMSE和MAE分别为0.927、0.778和0.400 mm/d；POA-LSTM4（u ₂、N）也能较好地适应少量气象参数估算ET ₀，测试集R ²、RMSE和MAE分别为0.881、0.995和0.510 mm/d，相较于其他方法，具有更高的预测精度和稳定性。

针对表层土壤水分测量速度慢效率低等问题，设计一种基于电容法的表层土壤水分传感器。区别于传统的插入式测量方式，设计并制作出共面交指型电容探头，实现表层土壤水分的快速测量。以河北廊坊地区的沙壤土作为实验样土，通过多项式拟合对传感器输出值进行标定，决定系数达到了0.981 77，传感器的动态响应、稳定性以及灵敏度试验均能满足监测要求。分析环境温度变化对传感器输出的影响，对传感器输出结果与温度进行线性拟合，决定系数为0.984 57。进一步测量传感器的测量敏感区域 K_e，通过试验的方式确定了其纵向影响范围为4 cm。与TRIME-PICO64型插入式土壤水分传感器对比实验结果表明，设计的传感器与国外类似产品在性能上相当，但具有更高的性价比。最后通过对比实验分析得出，设计的土壤水分传感器能够实现土壤表层水分的快速测量，可有效解决表层土壤流动水分测量效率低的问题。