干旱作为影响社会经济发展的自然灾害之一，探究中国干旱时空变化特征，对干旱预防和策略制定具有重要意义。以1979-2020年中国7个区域的标准降水蒸散指数（SPEI）网格数据作为基础，应用干旱频率和强度指标，结合改进的Mann-Kendall检验（MMK）方法和滑动时间窗口法，分析不同时间尺度（1个月、3个月、6个月、12个月）下的中国干旱时空特征。结果表明：在空间上，青藏高原、内蒙草原地区、西北荒漠地区、东北湿润半湿润温带地区的干旱程度更为突出；干旱频率随SPEI时间尺度增大而减小，随干旱等级（SPEI-3、SPEI-6以及SPEI-12尺度）的增加而减少；中国空间趋势变化为西北荒漠地区、青藏高原、内蒙草原地区、华中华南湿润亚热带地区北部、华北湿润半湿润暖温带地区南部、东北湿润半湿润温带地区具有显著干旱化趋势，青藏高原和东北湿润半湿润温带地区均具有明显的干湿差异。在时间上，西北荒漠地区的SPEI-1～SPEI-12尺度、青藏高原的SPEI-1～SPEI-12尺度、内蒙草原地区的SPEI-1～SPEI-12尺度、东北湿润半湿润温带地区的SPEI-6和SPEI-12尺度、华中华南湿润亚热带地区SPEI-1、SPEI-3和SPEI-12尺度的干旱较为突出。研究结果可为中国干旱预防和影响评估提供一定参考依据。

优化灌区渠系输配水技术是推动农业水资源高效利用的重要举措。针对新疆部分灌区渠系管理上沿用人工传递信息方法来决策配水方案，难以达到优化调配。以轮灌分组和配水流量为决策变量，建立了以渠道输水损失最小、轮灌组内配水时间差最小为目标的灌区支、斗渠优化配水模型，采用多目标粒子群算法进行求解；在深入研究渠系优化配水模型及其算法求解的基础上，采用Visual Studio Code、Matlab开发工具，开发灌区渠系水优化配置系统，并通过实例进行检验分析。结果表明：优化后的配水方案较该时段实际灌溉方案，渗漏损失总量由48.49 万m³减少至23.78 万m³，配水时间由30 d缩短为14.6 d。所建立的渠系优化配水模型贴近渠系实际运行情况，可以实现集中高效配水；开发的渠系水优化配置系统界面友好、参数简洁，能方便快速地为灌区的配水优化编组提供决策依据。

宁夏地处干旱半干旱地区，地表蒸散发较为强烈，目前对于区域尺度蒸散发的反演是一大难点，常见的蒸散发产品分辨率较低。基于SEBAL模型对宁夏地区地表蒸散发进行了反演，并采用现有数据集对其估算精度进行了验证，结果发现，利用P-M模型和气象站水面蒸发数据验证，相关系数R ²的平均值都保持在0.80和0.79以上，利用MOD16蒸散量产品验证，得到R ²的平均值保持在0.90以上，均方根误差的平均值为1.03，偏差的平均值为1.76；宁夏地表蒸散量时空变化特征，在空间上，基本呈现为北部平原向南部山区增加趋势特征，在时间上，2001-2021年蒸散量整体呈上升趋势；分析不同土地利用类型地表蒸散量的分布规律，不同土地利用类型地表蒸散量的能力大小依次为：林地>耕地>水域>草地>城市建设用地>裸地，蒸散量均值依次为10.18、8.18、8.12、7.83、7.70、7.48 mm/d。研究结果表明，基于SEBAL模型反演得到的地表蒸散量有较高的精确度，同时该结果具有较高的分辨率以及在干旱半干旱地区有更广的适用性。

土壤水是土壤中的关键指标，其变化直接影响着作物生长，并影响着水资源利用的管理决策。因此，准确地预测土壤水分有利于对农业水资源进行合理的规划利用。使用深度学习算法进行土壤水分预测在当前的农业、水资源管理和生态学等领域具有重要性。深度学习算法能够从大规模数据中学习土壤水分的复杂模式和时空关系，为土壤水的准确预测提供了新的机会。为了探索新兴深度学习方法Transformer在土壤水分预测中的有效性，选择河套灌区义长灌域为研究区域，利用地下水位观测数据、气象数据、SMAP土壤水数据等作为训练数据，设置了1、5、10 d 共3种数据滞后情况，验证Transformer算法在土壤水时间序列预测任务中的有效性，并与目前广泛应用于时序预测任务中的LSTM进行对比。研究表明Transformer在土壤水分时间序列预测任务中具有更好的预测能力，相比于LSTM，其R ²平均提升约0.181，RMSE平均下降27.6%。同时，Transformer在应对滞后变化带来的影响时更具鲁棒性，在3种数据滞后情况下Transformer的预测平均R ²分别比LSTM高出了0.121、0.167、0.256，站点平均RMSE分别降低了30.7%、28.6%、23.5%。此外，Transformer对于土壤水序列中的非线性信息的提取能力更强，对于高频振幅的土壤水时间序列Transformer拥有更强的预测能力。

衬砌渠道周围渠基土水热分布条件不同，当渠基土在冻结过程中有无毛细水上升条件下冻胀差异明显。基于这种差异，开展不同初始含水率渠基土在不同温度条件下有无毛细水上升冻胀率试验，研究土体冻胀变形在这种情况下的变化规律。以此为依据，建立数值模拟模型，对冻结过程中有无毛细水上升渠基土冻胀下衬砌渠道冻胀影响差异进行比较。研究结果表明：渠基土在有毛细水上升条件下，温度越高，所产生的冻胀率增量越多。温度越低，土体吸收水分越多。衬砌渠道在有无毛细水上升条件下冻胀变形及冻胀应力具有明显差异。当毛细水上升时，衬砌渠道因冻胀所产生的变形及应力均大于无毛细水上升时产生的变形及应力。-2 ℃、-4 ℃、-7 ℃下衬砌渠道有毛细水上升条件下最大冻胀变形与无毛细水上升条件下最大冻胀变形伴随温度越低，差异逐渐增大。-2 ℃、-4 ℃、-6 ℃下毛细水上升条件下最大冻胀应力与无毛细水上升条件下最大冻胀应力伴随温度越低，差异逐渐增大。有毛细水上升会加剧衬砌渠道在土体冻胀下裂缝的产生。研究可为有无毛细水上升时衬砌渠道冻胀影响及工程建设提供参考。

为适应国内大型灌区自动化建设，发挥水库的调蓄作用，最大限度地满足用水户的用水要求，以犬木塘灌区主干渠和部分分干渠的部分渠段为研究对象，基于输水渠道系统运行仿真与控制软件建立的干渠模型和干支耦合模型，分析了渠库耦合调度的效果以及探究了渠库耦合的调度方式。结果表明：①当渠道最下游端的取水发生变化时，库渠联合调度可以加快响应，及时给用水户供水，提高供水效率，另外，取水扰动的影响范围和程度减小，各闸门过闸流量超调量减小，系统可以更快达到稳定；②水库的加入在一定程度上可以减弱取水变化带来的扰动，并且当水库加入的位置越靠近分水口时，取水扰动影响范围和程度越弱，渠库联合调控的效果越明显；③对于水库水同时间入渠方式较同流量入渠方式的比较，同时间工况下的稳定时间更短，更有利于渠道稳定。研究成果可为如何使渠道系统更快达到稳定提供思路以及为渠库联合调度规则的探究提供参考。

为分析叶片角度下立式轴流泵在马鞍区工况的振动特性，采用流体计算软件CFX的数值模拟与泵装置试验结合的方法，在验证计算结果准确性的情况下，数值计算了3个叶片角度、4个流量下的泵段形变、振动特性、压力脉动、非周期性力；并通过试验测试了泵段马鞍区振动性能。研究结果表明，泵段在0.30 Q_BEP 至0.60 Q_BEP 之间存在马鞍区，在马鞍区工况内造成泵段振动的主要因素为叶轮-导叶之间动静交界面的干扰作用；为保证泵装置运行过程中的稳定性，最小运行流量应超过本文所定义的强化马鞍区工况流量；泵装置在马鞍区内运行时，叶片安放角越小越稳定。

为利用修正后的双作物系数法来准确估算不同生育期计划湿润层深度下春玉米蒸散量（ E T_{\mathrm{c}}）。根据不同生育期设定不同计划湿润层深度（T1、T2、T3），试验灌水下限设定为65%田间持水量（θ _FC），灌水上限为100% θ _FC。利用实测叶面积指数（ L A I）修正双作物系数模型中的基础作物系数（ K_{\mathrm{c}\mathrm{b}}）和土壤蒸发系数（ K_{\mathrm{e}}），并结合山西省中心灌溉试验站的气象数据等估算了春玉米 E T_{\mathrm{c}}，同时用实测数据对估算值进行适应性评价。2023年T1、T2、T3春玉米全生育期 E T_{\mathrm{c}}分别为438.46 mm、 397.68 mm和419.86 mm；估算的全生育期 E T_{\mathrm{c}}为454.08 mm、 431.87 mm和452.47 mm。改正后的双作物系数法的决定系数（ R^{\mathrm{2}}）、均方根误差（ R M S E）、模型效率系数（ E_{\mathrm{n}\mathrm{s}}）、平均绝对误差（ A A E），T1为0.82、0.67 mm/d、0.84和0.57 mm/d，T2为0.81、0.79 mm/d、0.78和0.55 mm/d，T3为0.75、0.90 mm/d、0.71和0.60 mm/d。灌水较多的T1和T2的 R^{\mathrm{2}}和 E_{\mathrm{n}\mathrm{s}}均高于T3， R M S E和 A A E小于T3，T1和T2的参数相差不大，说明灌水量较少时会影响模型的估算精度，T1处理的灌水量最大，蒸散量最大，模型的拟合程度最高，T2和T3次之。因此，修正后的双作物系数法可用于不同湿润层深度下春玉米蒸散量的预测，该模型更适用于水分充足条件下春玉米蒸散量估算。

针对农业用水量在区域总用水量中占比较大且用水效率有待提高这一问题，从兼顾公平与效率视角下构建区域农业初始水权分配模型，以最小化公平性满意度差异为目标，同时结合农业用水效率指标作为核心约束条件，以益阳市为例，运用Mtalab fmincon函数对模型进行求解，实现对益阳市2025年各行政区的农业初始水权分配。结果表明基于兼顾公平与效率模型的农业初始水权分配较现状分配总量和公平性满意度差异都有所减小，分配结果更公平高效。研究成果可为其他区域分配农业初始水权提供借鉴和参考。

流域综合治理/三水协同调控是净化水体水质、消除水体黑臭、恢复水生生态系统健康/优化水资源调控、改善水环境质量、修复水生态系统的必要途径，快速高效精准的决策支持平台是实现流域综合治理/三水协同调控优化决策制定的重要工具/关键抓手。针对金山湖流域面临的多水共治和水环境水生态安全保障等难题，为实现金山湖流域三水融合协同共治及其靶向精准高效决策，基于“空—地—水”一体化模型体系与流域智慧化管理平台技术成果，提出了决策支持平台体系结构。部署具有相对独立功能的数据中心、计算中心、控制中心以及业务中心，通过数据融合集成、模型集成等关键技术，构建了金山湖流域三水协同调控决策支持平台。平台实现了气象、水文和水质等多源异构数据的采集传输、存储管理及交换共享，集成了包括气象、陆地和水体模块的多过程耦合模型的按需调用、智能驱动以及水资源保障、水环境提升、水生态修复等多目标协同的调控治理方案设置、过程模拟、效果评估和最优决策等功能。为流域污染负荷控制—水体水力提升—生态功能恢复等多目标统筹、靶向治理的调控方案制定提供精准高效决策等技术服务，提高了流域水量水质水生态协同调控的决策能力与效率，支撑金山湖流域三水量、质、效协同发展。

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。

研究不同生育期水分胁迫对葡萄叶绿素相对含量、叶绿素荧光特性和产量的影响，探究葡萄不同生育期水分胁迫下的叶绿素荧光响应调节机制，指导葡萄生长的灌水策略。以3 a生鲜食葡萄“玫瑰香”为供试材料，采用滴灌的灌水方式，设置了6个水分胁迫处理（全生育期胁迫、萌芽期胁迫、新梢生长期胁迫、开花期胁迫、膨大期胁迫、着色期胁迫）和1个对照处理（充分灌溉田间持水量的90%）。结果表明：水分胁迫降低了葡萄叶绿素相对含量、Fv/Fm（最大光化学效率）、Y _（2）（光化学量子产量）、q^N （非光化学淬灭系数）、q^P （光化学淬灭系数）、ETR（电子传递速率）等光合叶绿素荧光参数指标，复水后均有所恢复，但全生育期和膨大期水分胁迫对植株造成了不可逆的影响，显著降低了果实单粒重和穗重，导致减产13.53%和11.70%；而萌芽期水分胁迫并未显著降低叶绿素相对含量，最终实现增产9.87%。萌芽期水分胁迫复水后会引起生理指标的反弹，实现葡萄的节水增产。

针对当前新疆地区西瓜肥料利用效率低问题，探究水溶性复合肥对西瓜生理性状及经济效益的影响，从而推选最优的施肥方案。通过大棚试验，设置T1、T2、T3、T4、T5（CK）（分别为当地常规施肥量的50%、100%、150%、200%及当地常规施肥）5种施肥处理，探究水溶性复合肥施入量对西瓜生长、品质和产量的影响，并利用TOPSIS法对施肥方案进行综合评价优选。西瓜生长指标、产量、品质随水溶性复合肥施入量增加呈抛物线趋势，其中T2处理植株长势旺盛显著高于其他处理，西瓜地上部植株生物量T2处理相比T5（CK）处理显著提高26.43%。在果实形态、品质和产量方面，果形指数、边际总可溶性固形物质量分数、果实含水率、产量以T2处理最大，可溶性糖、维生素C总量、瓜心总可溶性固形物质量分数以T3处理最大，中边差以T2处理最小，且T2处理利润最高为19.19 万元/hm²。采用TOPSIS-熵权法得到不同处理由好到差依次为：T2、T4、T1、T3、T5（CK）。在本试验条件下，适宜西瓜生长的施肥处理为T2，该研究可为新疆地区设施西瓜优质生产提供科学依据。

为探究农业节水技术采用对农户家庭总收入的影响，利用河北、山东和河南粮农的微观数据，构建无条件分位数处理效应模型进行了实证检验。结果发现：第一，采用节水技术对农户具有明显的增收作用。在使用工具变量法纠正样本自选择偏差后，在平均意义下采用节水技术能使任意样本农户家庭的人均收入增加16.5%，当利用内生转换回归模型进一步控制不同农户采用节水技术决策选择的异质性后，测得由节水技术引致的家庭人均收入增幅为13.8%。第二，节水技术对农户收入的影响存在“马太效应”。相比于低收入农户，高收入农户采用节水技术后的收入增加幅度更大。研究据此提出：充分发挥节水技术的增收效应，减少农业节水技术采用障碍；缓解节水技术对农户收入影响的“马太效应”，提高农户节水技术认知程度。

近年来，氮素超标严重影响了河流水环境质量，造成水质恶化与水体富营养化，已经成为我国河流的主要水污染问题。水闸升降引起的河流水动力条件变化会对河流中不同形态氮素的迁移转化产生影响，进而影响不同形态氮素的降解系数。以山西省丹河为研究对象，探究水闸运行下氮污染物的迁移转化与降解机制。研究成果表明，NH₄ ⁺-N降解系数与河流流速相关性显著，线性回归方程为：K（NH₄ ⁺-N）=5.894 v-1.753 (R=0.867，p<0.001)；NO₃ ^--N、NO₂ ^--N和TN的降解系数均与河流流速的相关性不显著。顺直河段开闸放水期间，NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N和TN的降解系数比闸门关闭期间高出0.37 d^-1、0.43 d^-1、0.24 d^-1、0.72 d^-1；弯曲河段开闸放水期间，NH₄ ⁺-N的降解系数比闸门关闭期间减少0.4 d^-1，NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、TN的降解系数比闸门关闭期间高出0.67 d^-1、0.42 d^-1、0.87 d^-1。开闸放水和闸门关闭时，NH₄ ⁺-N浓度在河流行进过程中表现为在顺直河段减小，弯曲河段增大；NO₃ ^--N浓度和总无机氮浓度则在顺直和弯曲河段都不断减少；开闸放水较水闸关闭状态，河流在行进过程中总无机氮浓度下降更快，有利于无机氮的去除。研究成果有助于揭示水闸运行下河流的脱氮机理，可以通过优化水闸运行，提高河流氮污染物降解系数。

为探明双向流道汇流角对灌水器水力性能的影响，采用数值模拟分析方法，研究6组汇流角度下双向流道灌水器水力性能及抗堵性能变化规律。结果表明：随着双向流道汇流角的增大，灌水器流量系数及流态指数均逐渐增大，当汇流角为45°、60°、90°、105°时，灌水器流态指数约为0.5，当汇流角为135°、165°时，灌水器流态指数大于0.7；灌水器双向流道存在主流区与旋涡区，随着汇流角的增大，流道内低速旋涡区范围明显减小，水流对冲消能作用减弱；流道内固体颗粒运动轨迹随流道结构变化明显。在汇流角小于90°时，颗粒更易进入旋涡区做涡团运动，且主要出现在靠近流道进水口的流道单元，灌水器发生流道堵塞的概率很大。水流汇流角度大于90°时，水流携沙能力增强，颗粒在流道内停留时间减小，流道抗堵能力增强。双向流道灌水器在汇流角为105°时，具有相对优异的水力性能和抗堵性能，灌水器流道设计时可优先考虑。

研究土壤水与浅层地下水的交换特征，为淮北平原的地下水合理开发利用与保护、建立高效合理的节水灌溉制度提供理论依据。根据1986-2021年的土壤水分与地下水埋深等数据，采用相关分析法分析冬小麦和夏玉米根区层土壤水与地下水的相关关系；根据土壤含水量与田间持水量的差值计算底部渗漏量，用经验公式计算潜水蒸发量，对比分析作物主要根系分布层土壤水与浅层地下水的交换特征。结果表明：①作物主要根系分布层处底部渗漏量的值和次数都远低于潜水蒸发；潜水蒸发的变化趋势基本一致，2000年前较高，数值变化幅度较大，2000年后年产生量总体降低，趋于平稳；玉米平均潜水蒸发量为280.25 mm，平均5 d产生4次，小麦平均潜水蒸发量为314.16 mm，平均5 d产生4次。②玉米不同生育阶段的底部渗漏量随生育阶段呈先升高后降低再升高的趋势，小麦不同生育阶段的底部渗漏量随生育阶段呈先升高后降低的趋势，产生次数较少但单次产生量高；玉米和小麦不同生育阶段的潜水蒸发量随时间基本都呈先下降后平稳的趋势，玉米灌浆-成熟期的潜水蒸发最为活跃，7 d平均产生次数为5次，小麦拔节-抽穗期潜水蒸发10 d内平均产生次数为9次。夏玉米和冬小麦全生育期内土壤水与地下水的交换以地下水补给土壤水为主；作物生育期和不同生育阶段的单次潜水蒸发量随时间呈先下降后平稳的趋势，地下水补给土壤水的能力变弱，底部渗漏量则无明显变化。

为探究青海省不同气候分区（东部农业区、柴达木盆地、环青海湖区、三江源区）水面蒸发的变化特征及其影响因子，基于FAO-56 Penman-Monteith（PM）公式，利用青海省50个国家气象站点2018-2022年的气象资料，建立多元回归模型计算青海省各气候区水面蒸发量，分析不同时间尺度上青海省不同气候分区水面蒸发的变化特征，并利用通径分析方法对各气候区水面蒸发的影响因子进行剖析。结果表明：水面蒸发年际变化范围为2.58~2.92 mm/d，4个气候区均在2022年达到最大值；季节变化表现为夏季＞春季＞秋季＞冬季；月变化最大值均出现在7月，为柴达木盆地>东部农业区>环青海湖区>三江源区。东部农业区，气象因子对水面蒸发的综合决定能力排序为VPD＞R_n ＞n>WS，VPD对水面蒸发变化的直接作用最大（决策系数为0.75），其次是WS，R_n 主要通过n路径对水面蒸发变化产生间接作用（间接作用系数为0.47）；柴达木盆地，各因子决策系数排序为VPD＞R_n >RH _mean＞WS＞T _min，R_n 对水面蒸发变化的直接作用最大（决策系数为0.50），其次是T _min，VPD对水面蒸发的间接作用最大（间接作用系数为0.51），通过R_n 路径间接影响水面蒸发，WS通过T _min路径间接影响水面蒸发（间接作用系数为0.18），RH _mean对水面蒸发的影响最小且为负效应；环青海湖区，VPD、R_n 和WS是驱动水面蒸发变化的最主要因子且起直接作用，决策系数分别为0.62、0.69和0.05，表明R_n 对水面蒸发变化促进作用比VPD明显；三江源区，VPD对水面蒸发的直接影响最大（决策系数为1.05），其次是WS。T _mean可通过VPD、R_n 和RH _mean路径间接影响水面蒸发（间接作用系数为0.76），R_n 和n分别通过T _mean和R_n 路径对水面蒸发变化产生间接作用（间接作用系数分别为0.48和0.69），VPD、R_n 、WS、T _mean和n对水面蒸发均有增进作用，而RH _mean对水面蒸发的影响最小且对水面蒸发变化有抑制作用（决策系数为-0.001）。总体而言，VPD和R_n 是影响青海省水面蒸发的主导因子。

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。

为了提高水稻田氮素利用率减少农业面源污染，选取了2块大田，分别采取干湿交替节水灌溉和传统淹灌方式，分析稻田土壤剖面NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N及TN浓度的分布规律。结果表明节水灌溉和传统淹灌条件下，施入3次氮肥后，地表水及土壤不同深度处NH₄ ⁺-N和TN浓度变化规律相似且均会出现峰值后迅速降低。而节水灌溉条件下由于NO₃ ^--N浓度太低导致峰值不明显，传统淹灌条件下的NO₃ ^--N浓度峰值到达时间相比于NH₄ ⁺-N有一定滞后性。整体来说，水稻田施肥后5 d内是防控田间氮素流失的关键时期；节水灌溉条件下水稻田的灌溉水利用效率和氮素生产率更高。此研究结果可为提高水肥利用率和减少农业面源污染等提供理论依据。

灌区对我国粮食安全和农业可持续发展至关重要，且灌区水资源配置对区域生态环境调控作用意义重大，特别是华北地区地下水超采、土壤次生盐渍化问题突出，因此，以华北典型井渠结合灌域土壤盐分和地下水水质变化为研究重点，以期揭示水资源调配对灌区生态环境的影响。通过人民胜利渠灌区3 a的田间定位实验，研究了典型区域不同地下水和地表水用水比下根层土壤盐分和地下水水化学性质的动态变化特征。随着地下水地表水用水比的增加，0~20 cm表层土壤年际盐分淋洗率呈降低趋势，而20~100 cm土层土壤盐分年际盐分淋洗率呈增加的趋势，维持0~100 cm土层土壤盐分平衡的地下水地表水用水比值接近于0.379 4；土壤盐分动态变化直接影响地下水水化学性质，土壤中的盐分离子淋溶增加了地下水中总溶解性固体含量，同时降低了地下水中钠吸附比；冗余分析结果表明，地下水地表水用水比与地下水水化学性质变化密切相关，即使地下水埋深超过8 m，灌溉和降水等也会在短时间内驱动地下水化学性质的变化。华北典型井渠结合灌区适宜的地下水地表水用水比值是调节根层土壤盐分重分布和地下水碱化趋势的重要措施。

为了评价植被净初级生产力NPP作为同化变量提高区域玉米产量估测精度的有效性及其应用于区域玉米产量估测的潜力，选择黑龙江省双鸭山市友谊农场玉米种植区为研究对象，以WOFOST为作物生长动态模型，分别以叶面积指数LAI和植被净初级生产力NPP为同化变量，选用MODIS LAI和NPP产品为遥感观测数据，开展基于遥感观测数据与作物生长模型同化的区域玉米产量估测研究。重点比较了分别以叶面积指数LAI和植被净初级生产力NPP为同化变量的区域玉米产量估测结果精度。结果表明，相较以叶面积指数LAI为同化变量的区域玉米产量估测统计结果（均值为7 755 kg/hm²，标准差为1 303 kg/hm²），以植被净初级生产力NPP为同化变量的区域玉米产量估测统计结果（均值为9 214 kg/hm²，标准差为190 kg/hm²）与研究区域统计结果（均值为8 970 kg/hm²）更为接近，但在表现玉米产量空间异质性方面稍显不足。以植被净初级生产力NPP为同化变量开展区域作物产量估测是一种可行的数据同化策略，具有较大的应用潜力。

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。

为探究不同作物生育期内旱涝急转时空演变特征，使用安徽省淮北平原6个气象站1958-2023年数据，基于标准加权平均降水指数结合游程理论方法识别冬小麦和夏玉米生育期内旱涝急转，将整个研究期等分为2个时期，分析了作物生育期内的时空变化规律。结果表示：①标准加权平均降水指数结合游程理论方法适用于旱涝急转的识别判断；②冬小麦各生育期旱涝急转频次和受灾风险，整体上高于夏玉米，冬小麦面临旱涝急转威胁高于夏玉米；③时空上，安徽省淮北平原旱涝急转频次、平均强度和受灾风险大部地区呈现上升趋势；④冬小麦播种-出苗、出苗-返青和返青-拔节期旱涝急转风险较高，其中播种-出苗期和返青-拔节期有恶化趋势，夏玉米在拔节-抽雄和灌浆-成熟生育期旱涝急转风险较大，且在拔节-抽雄生育期有上升趋势。将各生育期旱涝急转特征与旱涝急转对农作物影响综合考虑，需要对以下生育期及相应地区进行重点防御：冬小麦播种-出苗、返青-拔节和夏玉米拔节-抽雄时期，冬小麦拔节-抽穗期的蚌埠、蒙城和亳州地区，以及夏玉米灌浆-成熟期的蚌埠地区，这些时期和相应地区将面临较高的旱涝急转风险。

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。

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。

在水资源短缺的背景下，分析调亏灌溉对玉米产量和水分利用效率的影响，识别调亏灌溉的最佳策略对于玉米高产高效用水具有重要意义。从44篇文献中收集了调亏灌溉和充分灌溉两种处理下的429对玉米产量观测数据和277对玉米水分利用效率观测数据，利用Meta分析方法探讨了调亏灌溉对玉米产量和水分利用效率的影响，比较了不同的调亏比例、气候条件和土壤质地下调亏灌溉效果的差异，并分析了调亏灌溉下玉米产量和水分利用效率之间的关系。结果显示，与充分灌溉相比，调亏灌溉总体使玉米的水分利用效率提高7.43%，却使产量下降了8.74%。然而，调亏灌溉的效果因调亏比例和土壤气象条件而异，调亏比例小于0.2的调亏灌溉可在不显著降低玉米产量的同时使水分利用效率提高6.65%，在年降水量400~800 mm和年平均气温小于12 ℃的地区以及粉壤土和壤土上实施调亏灌溉更有可能实现玉米高产和高效用水的双赢，并最小化玉米减产与水分利用效率提升的权衡。

于2022和2023年在甘肃武威采用大田试验，研究了不同水氮条件下春小麦叶面积、叶水势、光合特性和产量的变化和产量形成的生理机制。选定“永良4号”（YL4）和“陇春41号”（LC41）2个品种的春小麦作为研究对象，每个品种设置4个处理，包括2个水分处理即充分灌溉W1(预测作物需水量）和调亏灌溉W2(在拔节-孕穗期和灌浆-成熟期灌溉预测作物需水量的65%，其余生育期灌溉量为预测作物需水量的100%），2个氮肥处理即N1（当地传统施氮量，220 kg/hm²）和N2（减量施氮，110 kg/hm²）。分析了小麦旗叶面积（LA）、叶水势（Ψ _pd）、相对叶绿素含量（SPAD）和气体交换参数（P _n、G _s）、产量在不同水氮处理下的变化情况。结果表明：LC41的叶面积、叶水势、叶绿素相对含量、净光合速率、气孔导度和产量均高于YL4，水分和氮素胁迫可以降低小麦的叶面积、叶水势、叶绿素相对含量、净光合速率、气孔导度和产量；叶面积和叶水势通过调节作物光合性能影响作物产量，叶面积、叶水势和光合性能的单个性状的组合效应解释了小麦83%的产量变化，水氮胁迫通过植株水力特性降低G _s从而影响产量，较高的Ψ _pd和G _s是保证小麦产量形成的关键；在高氮条件下进行一定的水分亏缺减产较少，因此减少非关键生长阶段的灌水量可以维持一定的小麦产量。

探究苹果膜下滴灌技术参数施肥周期、滴头间距和毛管布置方式对土壤蓄水量、耗水量和水分利用效率的影响，提出静宁苹果滴灌水肥一体化技术优选参数。于2022-2023年在甘肃静宁县优质产区开展田间水肥一体化滴灌试验，以6 a生短枝富士苹果为研究对象，采用施肥周期(T)、滴头间距(D)、毛管布置方式(P)3个试验因素，施肥周期设置15 d（T15）、30 d（T30）2个水平，滴头间距设置30 cm（D30）、50 cm（D50）2个水平，毛管布置方式设置一行一管（P1）、一行两管（P2），共8个技术模式。测定不同技术模式下苹果全生育期0~100 cm土层土壤体积含水量和产量。结果表明：①膜下滴灌技术参数T、D、P对各生育阶段苹果园土壤蓄水量显著性影响不一，T、D、P对花芽分化期、膨大中后期苹果园0~100 cm土层土壤蓄水量均显著，3个因素的二阶、三阶交互作用对0~100 cm土层土壤蓄水量的影响均不显著。②T、D、P组合下的不同技术模式在苹果生育期内土壤日耗水量随苹果生长发育，日耗水量逐渐增加，至膨大期达到最大。③T可显著提高产量，T15较T30的显著提高3 321.10 kg/hm²，对WUE无显著影响；D对产量、WUE均无显著影响；P对产量、WUE均有显著影响，P2较P1的分别提高3 910.29 kg/hm²、1.34 kg/(hm²?mm)；T、D、P三个因素中的二阶、三阶交互作用中，除T与P的交互作用外，对产量、WUE的影响均不显著。施肥周期15 d、滴头间距30 cm和一行两管的滴灌水肥一体化技术模式能显著提高产量和WUE，该组合参数可作为静宁苹果园高产节水的推荐优选方案。

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。

我国西北干旱区监测站点稀疏、实测资料不足，导致区域尺度的蒸散耗水及农业用水效率难以精确评估。利用HTEM模型计算了近20 a渭干河流域的实际蒸散发量，分析其时空分布特征，结合降水量与引水量数据评价了2000-2020年膜下滴灌实施前后流域灌溉水有效利用系数。结果表明：①蒸散发存在空间尺度上的差异性，呈现西高东低，南高北低的空间分布格局，受植被分布等影响，植被蒸腾和土壤蒸发呈现显著的互补效应。②灌区蒸散发量总体随时间呈现增加趋势，多年平均农田蒸散发量为563.6 mm。其中，多年平均植被蒸腾为400.2 mm，占总蒸散发的71%；多年平均土壤蒸发为163.5 mm，占总蒸散发量的29%。③2000-2020年灌区灌溉水有效利用系数呈现增加趋势，2000年、2005年、2010年、2015年、2020年灌溉水有效利用系数分别为0.342、0.365、0.437、0.503、0.561。随着膜下滴灌的推广，渭干河流域灌区节水效果已逐渐显现，灌溉水有效利用系数与节水灌溉面积同步扩大的趋势是确定近远期灌区规模、优化节水灌溉制度的重要依据。

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。

为探究在寒地黑土区不同灌溉模式对稻田产量和土壤有机碳、铵态氮和硝态氮的影响。试验在黑龙江省佳木斯市七星国家农业科技园区进行，采用大田试验，以“龙粳31”为种植品种，设置了控制灌溉（KG）、常规灌溉（CG）和浅晒浅灌溉（QG）3种灌溉模式，研究了水稻全生育期内不同灌溉模式下0～60 cm土层铵态氮（NH₄ ⁺-N）、硝态氮（NO₃ ^--N）、有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）和易氧化有机碳（LOC）含量的变化情况，以及对水稻产量的影响。研究结果表明：KG模式下水稻产量相对QG模式和CG模式分别提升3.2%和7.7%。KG模式和QG模式耗水情况相较于CG模式分别降低14.2%和10.3%。SOC、DOC和LOC共3种碳素含量变化情况主要集中在0~20 cm土层，40~60 cm土层变化幅度较小。不同灌溉模式下，KG模式稻田土壤中SOC相对QG模式和CG模式分别降低4.9%和9.1%，DOC相对降低3.8%和4.1%，LOC含量相对降低12.3%和13.6%。3种灌溉模式下NH₄ ⁺-N含量两次变化拐点均出现在分蘖期以及抽穗开花期，KG模式和QG模式下NH₄ ⁺-N含量随着深度的增加而逐渐小于CG模式；NO₃ ^--N含量变化拐点与NH₄ ⁺-N变化情况相似，NH₄ ⁺-N含量在浅层变化较为明显，KG模式NH₄ ⁺-N含量增多了3.3%和9.8%。节水灌溉模式下有利于土壤中有机碳的分解为水稻生长提供有机质，改善土壤肥力，提高土壤的固氮能力。

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。

提高水分生产力是提高作物产量和实现可持续农业发展的重要途径。以河南省夏玉米为研究对象，采用偏最小二乘分析和模糊c-均值聚类的方法，量化表征了河南省夏玉米水分生产力的时空特征和主要制约因素，确定了河南省夏玉米种植区域最佳分区数，提出了河南省夏玉米水分生产力的提升途径。结果表明：2011-2020年河南省夏玉米水分生产力呈现递增的趋势，变化范围为1.10~1.98 kg/m³；在空间上，总体呈现出东北部高于西南部的现象；根据相关性分析和偏最小二乘回归分析得到土壤全钾、日照时数和施钾量为河南省夏玉米水分生产力的主要影响因子；基于水分生产力空间分布特征确定了河南省夏玉米种植最佳分区数为5；河南省夏玉米水分生产力提升途径：通过增加适量的全钾和有机质、减少一定量的施钾量可以使夏玉米水分生产力提升0.02~0.18 kg/m³。研究结果可以为河南省节水农业的绿色、高效发展提供参考。

为揭示不同暗管间距与生物有机肥施用下盐碱地N₂O排放过程及机制，以苜蓿为植物材料，设计了4种暗管间距[不设暗管（CK）、6 m（S1）、12 m（S2）和18 m（S3）]，结合3种有机肥施肥量[3 000 kg/hm²（N1）、4 500 kg/hm²（N2）、6 000 kg/hm²（N3）]，观测了土壤N₂O排放通量、累计排放量、盐分、有机质、有机碳、总碳、C/N等指标，分析N₂O排放通量与可能影响因子之间的相关关系。结果表明：暗管排水过程有利于降低盐碱地N₂O排放通量，且暗管间距越小、施肥量越低，N₂O排放通量越低。各处理累计N₂O排放量为1.68~2.40 kg/hm²，占施氮量的0.70%~1.52%，不同处理以CKN3最高、S1N1最低，CKN3处理N₂O累计排放量比S1N1高43.5%。暗管排水降低了0~20 cm和20~40 cm土层土壤盐分，且暗管间距越小，盐分降低越明显；相同暗管间距下，增施有机肥使得耕层土壤盐分提升7.5%~19.3%。N₂O排放通量与0~20、20~40 cm土层盐分呈正相关，R ²分别为0.81和0.72；与C/N呈负相关，R ²为0.63；与其他因子之间的关系并不明显。研究结果说明暗管排水和有机肥施用主要通过影响浅层土壤盐分、C/N等指标进而调控N₂O排放，科学的暗管布局结合有机肥施用有利于降低盐碱地N₂O输出。

提高有效降雨利用率，是节约灌溉用水的重要途径之一。为进一步提高稻田降雨利用率，基于水量平衡原理和作物水分生产函数，结合强化学习方法，构建考虑未来降雨的智能灌溉决策模型。收集了大理站点2012-2020年的实测气象数据和天气预报数据，对智能灌溉决策模型进行训练，将模型应用于云南省洱海灌区。结果表明：洱海地区天气预报存在一定的空报率和漏报率，TS评分较高，降雨预报质量较高。与常规灌溉决策相比，采用强化学习方法的智能灌溉决策，平均每年可以减少灌溉次数0.2次，节约灌水量6.5 mm，节水率为6.0%，提高降雨利用率3.0%，减少排水量6.2 mm，且未造成产量损失。因此，采用智能灌溉决策能在考虑未来天气情况下有效提高降雨利用率，节约灌溉用水，且不造成减产。

为了研究新疆克拉玛依棉花干播湿出模式下不同出苗水灌水量对土壤盐分动态和棉花生长的影响，于2022-2023年设定不同出苗水灌水处理（T1: 825 m3/hm2，T2: 1 200 m3/hm2，T3: 1 425 m3/hm2，CK: 975 m3/hm2），对比分析了各处理对土壤含盐量、脱盐率和棉花株高、茎粗及产量的影响。结果表明：T2处理0~20 cm土层的脱盐率在2022年为30.86%，在2023年进一步提高至37.90%，2 a整体脱盐率达到43.52%，显著高于CK组的42.29%。在棉花生长指标方面，T2处理的棉花株高和茎粗在整个生育期内均表现优异，2023年吐絮期的株高最高，茎粗达到9.92 mm(比CK处理显著提高了5.37%)。在棉花产量方面，2022年和2023年T2处理的籽棉产量分别为5 317.45和6 539.94 kg/hm2，明显高于其他处理。此外，T2处理还在水分利用效率（IWUE）方面显示出最佳表现，2022年和2023年的IWUE分别为1.11和1.39 kg/m3，显著高于T1、T3和对照组。与其他处理相比，T2处理在棉花生长指标以及后期产量及其构成要素方面明显优于其他处理。当出苗时灌溉定额为T1时，棉花的株高、产量和收获密度均最低；当出苗水量等于T3时，棉花的产量及其生理指标随灌溉定额增加而降低。综合考虑各处理下的土壤水盐情况和棉花出苗及生长状况以及产量情况，T2为最佳出苗水处理。

水质是决定水是否具备资源属性的主要因素之一。为了更好地评估区域地下水资源承载力，以赣抚平原灌区为例，构建包含水质参数的评价指标体系，基于AHP（层次分析法）-CRITIC（客观赋权法）和 TOPSIS（双基点法）评价地下水资源承载力，通过障碍度模型诊断其障碍因子。结果显示，赣抚平原灌区地下水资源承载力处于较高水平，分区域依次为进贤县＞南昌县＞青云谱区＞丰城市＞南昌其他市辖区。障碍因子主要包括农田灌溉单位面积用水量、降水入渗量、植被覆盖率、毒理学指标超标倍数、人均GDP、地下水动态水量。鉴于障碍因子空间差异较大，不同区域应采取差异化措施提升地下水资源承载力，包括灌区工程和城市供水管网改造、水质改良、生态修复以及优化用水管理等。研究表明，水质问题是地下水资源承载力评价的必要考虑因素，尤其是在地下水质量较差区域。