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。

滴灌是一种用水效率高的节水灌溉技术，具有少量多次、节水增产的特点。它能有效减少土壤蒸发和深层渗漏，提高灌溉水利用效率，同时其自动化程度高，可减少劳动力和运行管理成本。滴灌已成为国内外缺水地区的重要灌溉技术之一。目前，我国农业现代化发展过程中广泛使用滴灌技术，但也存在一些问题。从多个层面对滴灌技术的发展现状、适应作物类型、滴灌节水技术应用的研究热点、滴灌节水节肥机理以及存在的问题进行了梳理和分析，并提出了滴灌技术未来发展的建议，旨在为智慧滴灌技术的应用与研究提供借鉴和参考，为有效缓解我国农业用水紧缺，实现农田科学用水，提高作物的水分利用效率和农业生产的可持续性提供理论依据。

针对宁夏引黄灌区传统稻田蒸发量大，盐渍化耕地占地面积广、改良问题难，土地生产力下降等问题。采用水稻滴灌旱作方式，以富源4号（96D10）作为研究对象，通过设置不同土壤水分水平（W1：高100%、W2：中80%及W3：低60%田间持水率）及盐分水平（S1：轻1.2 g/kg、S2：中3.1 g/kg及S3：重5.3 g/kg），探究不同水盐胁迫对水稻产量构成及稻谷品质的影响规律。结果表明，水盐胁迫对水稻产量及品质具有较为显著的影响，其中产量构成因素中，千粒重W3S3较W1S1下降15.89%（2021年）和15.58%（2022年），饱籽率W3S3较W1S1显著下降3.45%（2021年）和4.05%（2022年），单位产量W3S3较W1S1显著下降56.48%（2021年）和63.09%（2022年）；品质方面整精米率W3S3较W1S1显著下降12.65%（2021）和13.56%（2022），垩白米率W3S3较W1S1显著上升164.71%（2021）和122.73%（2022），直链淀粉含量W3S3较W1S1显著下降5.97%（2021）和8.99%（2022），蛋白质含量W3S3较W1S1显著上升53.51%（2021）和61.82%（2022）。综合考虑，在节水目标下，采用滴灌旱作方式种植水稻，保持80%田间持水率加轻、中度盐碱化（≤4.0 g/kg）的土壤环境，可以保持较为接近充分灌溉条件下的产量构成水平和较好的稻谷品质水平。该结论可为宁夏引黄灌区盐碱地可持续利用及水稻的节水灌溉适应性研究提供理论依据。

为了检验液滴大小、液滴蒸发、石英片表面干湿程度以及石英毛细管内径对接触角测量的影响，基于测高法，借助接触角及表面张力测试仪研究了不同因素影响下的接触角变化规律并分析了其原因。结果表明：随着液滴体积的增大，测高法测得的接触角相对误差逐渐增大；随着测量时间的延续，接触角总体上呈减小趋势；随着亲水性固体表面干湿程度的增加，测高法测得的接触角逐渐减小；随着石英毛细管内径的增大，接触角呈现出先减小后增大的趋势。

干旱是世界农业发展中主要的障碍因子之一，严重威胁着国家粮食安全和生态可持续发展，生物炭是一种富含碳的生物质再生产物，作为一种高效的土壤改良剂，不仅能改善土壤理化结构，提高土壤持水能力，同时缓解干旱胁迫对作物的负面效应。综述了生物炭缓解作物干旱胁迫效应的研究成果，包括促进作物生长发育、增强作物抵御干旱能力、改善土壤理化特性和微生物学特性等，重点阐述生物炭特性与缓解干旱胁迫效应之间的联系和关键机制。最后初步阐述国内外研究存在的差异和需要加强的方面，并展望了生物炭在缓解干旱胁迫方面的应用潜力，旨在为生物炭的进一步推广应用提供理论依据和参考。

土壤水分特征曲线Van-Genuchten模型（以下简称VG模型），因其拟合精度高、适应性广被广泛应用，但VG模型的参数多（θ θr θs　h　α　n　m），其参数拟合属于非线性问题。为提高参数拟合的精度，引入高斯混沌变异理论将蜣螂优化算法(DBO)进行改进，使用Circle混沌序列增加种群多样性，提高初始解质量，形成CDBO优化算法。将DBO,CDBO算法分别应用于VG模型参数优化并计算模拟含水量，使用MATLAB R2021a仿真软件和SPSS26软件进行仿真模拟以及数据分析。结果表明使用CDBO优化后的VG模型含水量模拟值与实测值的误差范围在(0, 0.8），而DBO在(0, 3.0)；最后结合HYDRUS-2D软件进行土壤水分运移模拟，采用SPSS26软件对模拟结果进行曲线估算分析，优化前后均方根误差值(RMSE)分别是0.051、0.039，决定系数(R ²)分别是0.733，0.859。结果表明CDBO算法优化后的VG模型在含水量模拟及土壤水分特征描述中有更高的精确度和更强的适用性。

温室能够有效改善茄科作物（包括番茄、辣椒、茄子等）生长过程，温室环境控制策略对作物实现高效高产至关重要。为了充分利用国内外的研究成果、促进我国温室环境控制策略的研究应用，分别从常规比例微积分（Proportional Integral Derivative，PID）控制、模糊控制、人工智能控制、温室小气候模型和作物生长模型等5个方面，综述了温室环境控制策略的研究进展。针对目前我国该领域存在的问题，提出了今后应将智能温室控制与作物生长模型耦合，构建智慧型作物生长模型；针对不同区域作物的生长预测，与遥感技术进行结合，增强模型的普适性，形成具有中国特色的温室环境控制策略。

随着全球变暖的不断加剧，许多地区极端干旱事件频繁发生。为探究广西极端干旱事件发生频率及风险情况，基于1950-2022年逐日降水和气温数据计算的SPEI指数识别干旱事件并依据囊括社会经济数据和农业数据的灾害风险评估理论，使用层次分析法确定指标权重，构建广西干旱灾害风险评估模型，并绘制广西干旱灾害风险区划图。结果表明：干旱灾害危险性指数较高的地区主要分布在百色、玉林、北海等地；环境脆弱性指数以明显的北高南低特征分布，百色、河池、桂林等地脆弱性指数较高，并有向南递减趋势；承灾体易损性指数整体偏低，南宁、桂林及玉林小部分地区最高；防灾减灾能力指数呈西北高东南低的特征分布，高指数地区主要分布在南宁，玉林柳州等地也有零星分布；广西干旱灾害风险总体呈现西高东低、北高南低的特征分布，高风险地区主要在百色、桂林和南宁等地，较高风险地区主要在河池西部、玉林、钦州、来宾、崇左北部和柳州北部，较低风险地区主要分布在崇左南部到北海，贺州到梧州一带。得出了比较精确的广西干旱灾害空间分布情况，可为广西抗旱减灾提供切实依据。

采用中国新疆地区1961-2020年的逐月标准化降水蒸散发指数（SPEI）表征该地区气象干旱。通过Sen's斜率估计法、MK检验法、Hurst指数和R/S分析法、连续小波变换和旋转经验正交函数法(REOF)，研究新疆地区气象干旱的时空变化特征。结果表明：在空间上，新疆大部分地区在春、夏、秋三季，处于干旱状态；冬季，新疆南部地区旱情加剧，北部地区旱情有所缓和。在时间上，季节尺度的SPEI变化具有明显的波动性，呈现干湿交替变化趋势。不同季节的SPEI震荡周期集中在1961-2011年间，但周期长度不一致。采用REOF将新疆地区的干湿状况分为4个亚区，空间分布上具有一定差异。耦合Sen's斜率估计法和Hurst指数表明春、秋两季，新疆大部份地区干旱加剧，冬季旱情缓和。

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。

探究流域土地利用类型与水文过程的相互作用关系可为变化环境下流域水土资源管理和旱涝灾害预防提供科学依据。基于浏阳河流域1990-2019年土地利用、降雨以及蒸发数据，采用动态度、新型土地利用变化模型、交叉小波分析等方法，分析了流域土地利用的变化特征及其与关键水文要素的相互关系。结果表明：森林面积占流域总面积的69.12%～76.64%，且呈现减少的趋势，而城镇用地则逐年扩张，土地利用的转移主要发生于森林、耕地和城镇用地之间；新型土地利用变化模型可有效挖掘浏阳河流域土地利用类型转化过程中抑制性和倾向性等深层次特征规律，其中，森林向耕地的转化呈现绝对倾向性的转化特征；年降雨量与流域主要土地利用类型无明显线性关系，而蒸发与森林、耕地和城镇用地均存在较显著线性相关关系，年降雨量、年蒸发量与主要土地利用类型之间的灰关联度指标在0.498 2~0.809 7范围内变动，非线性相关关系均较为显著；耕地面积的变化会显著促进年降雨量和年蒸发量的变化，而森林面积则受到流域关键水文要素的显著影响。浏阳河流域土地利用类型发生了变化，且土地利用类型与关键水文要素之间相互作用，相互影响，优化流域土地利用模式，可为缓解流域气象水文灾害开辟新途径。

针对南方地区水资源时空分布不均、水旱灾害频发且极端气候加剧、农业用水效率不高且面源污染严重等水安全问题，探讨稻田、排水沟、塘堰组成的灌溉排水系统（简称田-沟-塘系统）的调蓄纳洪、协同减污效应，以期为灌区雨洪调蓄和节水减排提供理论参考。从灌区雨洪调蓄实际出发，对当前田-沟-塘系统的国内外研究工作和发展进行总结，对田-沟-塘系统承纳洪水、输水蓄水、优化调水、协同防控氮磷流失等基础理论和关键技术等问题进行阐述，提出了田-沟-塘系统的“虚拟水库”模式及其纳洪效应的模型模拟方法。目前关于田-沟-塘系统调水控水的研究还普遍停留在净化水质单方面效用上，水量调蓄方面则多以研究稻田、排水沟、塘堰单个体的水平衡过程为主，缺少田-沟-塘系统联合调度的系统研究，如何提高灌区粮食生产过程中雨洪调蓄利用仍缺乏系统思维和技术手段。未来的研究要进一步拓展和丰富田-沟-塘系统雨水调蓄利用和协同减污功能，揭示稻田作为“隐形蓄水池”的蓄水潜力以及田-沟-塘系统的调洪削峰减污能力。

多情景模拟土地利用演变为大汶河流域土地管理和推动区域高质量发展提供参考。基于大汶河流域1990、2000、2010和2020年土地利用数据，借助动态度和土地利用转移矩阵分析研究区近30年来的土地利用时空演变特征和相关驱动机制，从地理环境、社会经济和交通路网三方面选取12个驱动因子，设置生态保护、耕地优先和经济发展3种情景，利用PLUS模型模拟研究区2030年土地利用空间分布及对比分析各情景模拟差异。结果表明：①近30年来，耕地面积减少明显，达630 km2；建筑用地面积持续增长且增幅较大，占比从8.8%增至16.7%。②2020年土地利用模拟结果Kappa系数为0.89，总精度为93.15%，均高于标准，PLUS模型满足大汶河流域土地利用模拟要求。③综合3种情景模拟结果发现，耕地优先情景下，耕地面积总量得到有效保护，相对限制建筑用地面积的增长，同时生态环境和经济建设都得到较好保障。因此耕地优先情景更符合大汶河流域可持续发展的要求。

研究内镶贴片式滴头流道结构参数对水力性能的影响，对滴灌带灌水器流道优化具有重要意义。以节水灌溉工程中常用的6款贴片滴灌带为研究对象，利用UG软件与三维实体建模软件Space claim对滴头流道的7个主要结构参数进行测量，并通过主元分析法对其影响力进行排序。在0.02~0.15 MPa不同压力下开展压力流量试验，在0.1 MPa下开展含砂率为5、15 g/L的抗堵试验，并通过回归分析研究内镶贴片式滴头流量与流道结构参数的关系。表征梯形流道结构的7个参数对贴片流道的水力性能的影响力排序为：齿间距>流道宽度>齿尖弧长>流道深度>齿高>流道周长>齿数。压力流量试验时，相较于其他滴灌带，二号滴灌带滴头流道周长最短，齿间距与流道深度较小，流量的变化幅度较小，水力性能较好。浑水试验含砂率为5 g/L时，相对流量与滴头流道面积和齿尖弧长呈正相关关系，与齿间距呈负相关关系。齿间距、齿尖弧长、流道面积是影响滴灌带流道水力性能及抗堵塞性能的主要结构参数，对滴灌带滴头的设计生产具有积极意义。

气象驱动数据的质量会显著影响陆面模式的模拟表现。针对目前出现的多源气象数据集，选取GSWP3和WFDE5分别驱动CLM4.5陆面模式，对黄河流域地表蒸散发过程模拟，并结合多个评价指标从多个时空尺度评估模式表现。结果表明：相比于基准蒸散发，GSWP3和WFDE5模拟的多年平均蒸散发的RMSE值分别为61.5和49.5 mm/a，KGE值为0.83和0.87。时间上，模拟蒸散发和基准蒸散发均表现显著增加的趋势。空间上，两种气象驱动都在黄河中游表现最佳，黄河源区则存在不同程度高估。季节性上，GSWP3在春、冬季的模拟表现优于WFDE5，在夏、秋季的表现劣于GSWP3。综合分析，WFDE5驱动下CLM4.5的总体表现优于GSWP3。研究结论可为陆面模式蒸散发模块改进提供动力和方向。

针对云南省干旱多发、旱灾严重的特点，选取1981年1月-2020年6月长时间序列的历史时期典型水文干旱年及干旱事件，探索GRACE卫星反演数据在监测云南地区干旱方面的适用性，旨在提出解决无资料或少资料地区干旱监测困难的新方法。研究基于GRACE重力卫星数据反演得到云南省滇中、滇东北、滇东南、滇西南、滇西北5个分区月均储水量变化量，计算各分区的旱涝指标－相对储水量指数，利用相对储水量指数对云南省各分区干旱情况进行分析，并从月时间尺度上对比了相对储水量指数和标准降水蒸散指数SPEI3的干旱分析结论。研究结果表明：基于GRACE重力卫星数据反演构建的相对储水量指数在典型水文干旱年内的监测结果与实际干旱情况基本一致，其在滇中地区的适用性最佳，对于春季干旱的监测精度优于其他季节，反演数据能够一定程度上反映云南省不同地区、不同季节干旱程度；利用SPEI3对云南全省以及不同分区的旱情进行监测，结果与统计年鉴记载干旱事件较为吻合，其在滇东南地区的监测精度优于其他分区，在夏、冬两季精度优于春季；GRACE和SPEI3都较好地捕捉到了历史时期的典型干旱年及干旱事件，在选取的24场典型干旱事件中各分区的最高吻合率均达到了15/24；总体上两种指数在各分区漏报率均维持在较低水平，最高不超过1/3，其中SPEI3相较于GRACE更不易出现漏报的情况，其最低漏报率仅为1/8，两种指数在全省及各分区的旱情监测方面均表现出较好的适用性。

农田生态系统碳通量变化主要由作物光合作用和农田的呼吸作用引起。在陆地生态系统中，准确评估玉米农田生态系统的呼吸作用产生的碳排放量对全球碳通量的研究意义重大。使用甘肃省会宁县大山川村（属陇中半干旱区）玉米农田生态系统在2020年11月至2021年10月的涡度和土壤水分及温度监测数据，分析了玉米农田生态系统呼吸速率（R_eco ）的日平均变化和呼吸敏感性指数（Q ₁₀）在生长季内的月平均变化，探讨R_eco 对温度的响应，并用不同模型进行拟合评估。陇中半干旱区玉米农田生态系统呼吸速率在年内呈单峰变化，日均最大呼吸速率11.49 μmol/（m²·s），相比呼吸速率对空气温度（T_a ）与不同深度土壤温度（T_s ）的响应，深度20 cm处的土壤温度（T_{s 20}）对该地区Reco全年拟合效果最佳。Q ₁₀指数在生长季内表现出单峰型变化，最大值出现在8月（5.52 μmol/（m²·s）。通过各个模型拟合得出陇中地区玉米农田生态系统年呼吸碳排放量介于863.71~990.18 g C/m²，选择拟合效果最好的模型（Q ₁₀模型），在考虑参数时变性对Q ₁₀模型优化后，Q ₁₀模型拟合精度得到大幅度提升，年碳排放量估计值由868.57 g C/m²提高至1 094.48 g C/m²，更加接近观测值（1 110.28 g C/m²）。Reco在土壤水分低于0.16 m³/m³时（出现在12-2月）受到抑制。

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。

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。

开展植被类型对土壤入渗特性及田面水流糙率影响的研究，可以为田间灌水技术参数的优化分析提供理论依据。以山西省夹马口引黄灌区试验站畦田灌水试验为依据，基于Kostiakov-Lewis三参数入渗模型，在运用水量平衡方程和曼宁公式的基础上，用单点求参法（用畦田内畦首、中、尾三点的入渗参数分别作为入渗参数值，仅对糙率值作优化求解）、均值求参法（用畦首、中、尾三点入渗参数的均值作为入渗参数值，仅对糙率值作优化求解）、组合求参法（用畦首、中、尾三点入渗参数中的最大值作为上限，最小值作为下限，对入渗参数和糙率值同时优化求解）对入渗参数及糙率进行直接求解，并利用基于零惯量模型的地面畦灌水流模拟软件WinSRFR4.1对求解参数进行了分析验证。结果表明：①用组合求参法拟合出的土壤入渗参数与地面水流糙率，决定系数R ²均在0.97以上，拟合精度较高。②玉米地土壤90 min累计入渗量Z ₉₀为91.7 mm，糙率值为0.030；苹果树地Z ₉₀为88.9 mm，糙率值为0.079；桃树地Z ₉₀为115.9 mm，糙率值为0.138。在该试验区，一年生植物的Z ₉₀明显大于多年生植物，植被类型对土壤入渗特性影响显著；鉴于组合求参法最大程度地弱化了土壤入渗参数的空间变异性，且拟合精度高于单点求参法和均值求参法，认为组合求参法最优，验证结果也进一步证明了该结论。

分析漓江流域1980-2019年的多时空尺度干旱特征变化，为漓江流域气象预警以及科学减灾等提供理论依据。基于漓江流域6个气象站点1980-2019年逐月降水与气温资料，计算不同时间尺度下的标准化降水蒸散指数，并结合Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检验进一步研究干旱突变、干旱频率以及干旱的持续时间。结果表明：漓江流域干旱事件以轻旱和中旱为主，空间上灵川的干旱频率较高，时间上2015年是漓江流域干旱情况的一个突变点。不同时间尺度上，春秋两季逐渐干旱化，而夏季则相对湿润，冬季无明显变化趋势；月与年尺度的SPEI值变化较为平稳。剖析成因，春秋两季的降雨量逐年减少而均温逐年提升造成流域内趋于干旱化，但结合夏季气象资料，年尺度上的降雨与均温均是增长趋势，导致流域内总体上并无干旱趋势且以微弱的速率湿润化。

为了探究生物炭的不同粒径对猪粪好氧堆肥中堆体养分变化的影响，以猪粪和稻草秸秆为堆肥原料，分别添加0.15（F1）、4.00（F2）、20.00（F3） mm粒径的生物炭进行好氧堆肥（未添加生物炭为处理F4），测定了堆肥过程中不同粒径生物炭堆体理化性质、养分形态及含量，并结合扫描电镜和傅里叶红外光谱分析其机理。结果表明：F1、F2和F3比F4提前进入高温期，F1处理组比F2和F3处理组提前2 d进入高温期，比F4处理组提前3 d进入高温期，其中F2处理组高温停留天数最久；F1、F2和F3处理组与F4处理组相比堆体pH含量增加；F1、F2和F3可降低堆肥盐渍化风险，F3处理组降低堆肥盐渍化效果最好；堆肥过程中F1、F2、F3和F4含水率分别下降了58.57%、52.23%、66.18%、60.90%，有机质含量分别减少了45.33%、42.46%、42.97%、46.67%，F1、F2和F3可有效减少NH₃的挥发；在堆肥结束时F1、F2、F3和F4比初始全氮提高46.08%、41.21%、35.70%、26.28%，硝态氮含量提高6.45%、9.37%、6.25%、3.22%，全钾含量提高33.21%、33.05%、33.67%、25.83%，全磷含量提高60.82%、66.62%、102.6%、57.51%。综合分析，0.15 mm生物炭与猪粪堆肥可有效提高堆体氮素含量，因此，0.15 mm的生物炭可作为提高堆肥氮素的优质粒径。

系统梳理了灌溉条件下土壤重金属研究的热点问题和特征以及探索了该领域发展趋势以期为后续的研究提供参考。利用COOC13.4和VOSviewer等科学知识图谱工具，以中国知网（CNKI）数据库和Web of Science核心合集数据库（WOS）为数据检索源，对灌溉条件下土壤重金属领域的相关文献进行可视化分析。①英文文献数量比中文明显要多并且二者都呈逐年增加的趋势。我国在该领域研究中占据主导地位（发文量占比最多，达20.15%）。②中文核心期刊主要有《农业环境科学学报》等，英文核心期刊主要有《Environmental Science and Pollution Research》等。③国内本领域研究有明显的团队，团队之间联系较为松散。国外各机构作者国家之间合作频繁。④中文文献中Cd污染、非常规水灌溉、污灌区土壤、源解析、土壤修复依然是大家关注的热点问题。国外开始向更微观层级研究，而中国更倾向于生态环境友好型、废弃物利用和综合种养模式发展。目前环境污染和水资源缺乏的形势依旧严峻，灌溉条件下土壤重金属的研究仍然是当今国内外的研究热点并且未来还会向微观层面、纳米层级等方向将生态友好、废弃物利用和综合种养模式相结合深入发展研究。

为了解决在夏玉米植株高度较高( > 1.5 m)情况下，无人机遥感土壤水分反演过程中冠层与地表之间多次散射对微波后向散射的衰减问题，寻找合适的反演方法。通过融合运用无人机多光谱和热红外数据、Sentinel-1A SAR卫星数据，结合田间实测数据，对植被覆盖下的土壤水分反演与精度验证进行研究；采用温度植被干旱指数（TVDI）、水云模型（WCM）以及引入MIMICS模型参数的改进水云模型（Improved WCM）3种方法进行土壤水分反演。其中，TVDI方法拔节期反演精度R ²为0.50(10 cm)和0.42(20 cm)，乳熟期反演精度R ²为0.49(10 cm)和0.46(20 cm)；WCM方法拔节期反演精度R ²为0.53(10 cm)和0.44(20 cm)，乳熟期反演精度R ²为0.18(10 cm)和0.02(20 cm)；Improved WCM方法拔节期反演精度为0.76(10 cm)和0.69(20 cm)，乳熟期反演精度为0.78 (10 cm)和0.74(20 cm)。采用引入MIMICS模型参数的改进水云模型方法得到的夏玉米2个生育期的反演效果，明显优于水云模型方法和温度植被干旱指数方法；3种方法的2个生育期反演精度均为10 cm高于20 cm。因此，引入MIMICS模型参数的改进水云模型方法更适合于玉米植株较高情况下的10 cm土壤含水量反演。

为探索适用于花生叶面积指数快速精准测量方法，基于田间调查实测数据，分别采用网格法、比叶重法、系数法、AutoCAD法以及扫描法等5种方法计算了花生不同生育时期的叶面积指数，并以基于扫描法的估算结果为对照，评价了基于其他4种监测方法估算结果的精度，并优化了系数法和比叶重法调查花生叶面积的关键技术指标。结果表明，比叶重法精度较高、监测速度较快、可操作性强，利用比叶重法监测花生叶面积指数，苗期、花针期、结荚期和饱果期叶片取样数分别为24、30、24和30片，相对误差分别为4.13%、4.07%、0.02%和0.13%，标准均方根误差为7.494%，适宜的干重比系数分别为150.00、143.26、187.58和157.20 cm²/g。比叶重法是适宜于花生叶面积快速精准测量的方法。

为探明不同水肥处理对水稻磷素吸收利用、产量和根干重的影响，于2020年5-9月在湖北省漳河灌区开展水稻测坑种植试验，以水稻品种“Y两优957”为试验材料，设置淹水灌溉（W1）和间歇灌溉（W2）2种灌溉模式，常规肥（N1）和缓释肥（N2）2种施肥类型。采集泡田前和黄熟期收割后土样进行土壤全磷（TP）分析，于黄熟期测产，取植株样进行干物质称重，并化验地上部分植株各器官含磷量。结果表明，W2N2处理下水稻产量、磷素收获指数（PHI）、磷肥偏生产力（PFPP）和植株根干重均达最高，分别为8 566.10 kg/hm²、58.25%、214.35 kg/kg、255.47 g/m²；W2模式下水稻产量显著高于W1（P<0.05），分别高出10.85%（N1）和11.03%（N2）；不同水肥处理下水稻各器官含磷量占比均为：穗＞叶、茎，磷素会逐渐在穗部积累；施肥类型相同时，W2模式下植株茎、叶含磷量占比均高于W1，而穗含磷量占比均低于W1；灌溉模式相同时，N2条件下植株籽粒含磷量占比较N1高出4.50%（W1）和1.54%（W2）；黄熟期收割后土壤TP含量均高于泡田前，收割后N2条件下稻田土壤TP含量较N1高出3.70%（W1）和6.25%（W2），收割后W2模式下稻田TP含量较W1高出13.33%（N1）和15.63%（N2）。间歇灌溉配施缓释肥可以有效促进水稻磷素吸收，进而实现增产。

蒸散发是干旱区农业绿洲水分消耗的主要途径，准确估算哈巴河流域实际蒸散发量，分析其时空变化规律，挖掘土地利用变化对实际蒸散发的影响，对流域水资源科学管理和高效利用具有重要意义。基于2000-2020年的MOD16遥感数据集，估算哈巴河流域实际蒸散发量，利用Theil-Sen趋势度及Mann-Kendall检验法，分析流域内实际蒸散发时空分布变化规律，通过土地利用动态度法探究流域内土地利用变化程度，结合实际蒸散发量揭示流域内不同土地利用类型下ET的差异性变化特征，并对流域内耗水特征进行评价。结果表明：①时间尺度上，ET年际波动较大，总体呈增加趋势，年增长率为1.417 7 mm/a；年内变化呈先增后减的变化趋势，季节差异明显。②空间尺度上，ET呈现出显著的空间差异性，呈现北部山区高，南部平原区低，流域中上游高，下游低的分布格局。③不同土地利用类型的平均ET大小表现为林地>耕地>草地>未利用地。④研究区多年平均耗水总量为24.53 亿m³。在大尺度地区，MODIS遥感数据适用性较高。林地、耕地等植被覆盖度较高的区域蒸散发明显高于荒漠区等植被覆盖度低的区域，受人类活动的影响，土地利用类型的变化导致其蒸散发及耗水量也随之改变，耗水量与植被覆盖度密切相关。

为研究滨海吹填土地区控盐排水暗管布设对当地水盐运移的影响，以天津滨海新区为研究区选定典型试验区域建立现场试验，运用试验数据建立并验证了Hydrus-2D数学模型，土壤含水率RMSE范围为0.004 2~0.006 2 cm³/cm³，R ²为0.916 7~0.977 3，NSE为0.760 6~0.793 1；土壤含盐量RMSE范围为0.717 8~1.169 4 g/kg，R ²为0.973 2~0.986 1，NSE为0.714 0~0.924 0，所建立的模型能够准确模拟淋洗和暗管排水协同作用下的土壤水盐运移规律。模拟结果表明，当将30 cm土层土壤含盐量降低至0.3%，暗管布设深度固定时，总有一个暗管布设间距，其对应的耗水量为最大值，当布设间距增大或者减小时耗水量也随之减小；也总有一个暗管布设间距，其对应的0~500 cm土层脱盐率为最大值，当间距增大或者减小时脱盐率也随之降低。暗管布设宽度固定时，耗水量随暗管布设深度增加而减少，暗管布设宽度逐渐增加时耗水量受布设深度影响逐渐减小；排盐率随布设深度增加而增加。考虑淋洗耗水量与脱盐率提出了综合性暗管布设参数选取指标α，并运用指标确定了20种暗管布设深度与宽度组合中的最优组合参数为深度为120 cm、间距200 cm。研究成果可为海滨吹填土地区控盐排水暗管技术应用提供指导。

为了探究生物炭包膜尿素的缓释性能及对土壤固氮的影响，以300、500和700 ℃下制备的杨木生物炭为包膜材料制备了3种生物炭包膜尿素，采用间歇土柱淋溶试验对氮素的释放特征进行分析。结果表明，杨木生物炭对铵态氮和硝态氮具有较好的吸附性能，低温下制备的生物炭对铵态氮吸附效果更好；与尿素相比，施用生物炭包膜尿素土壤的总氮淋溶量减少了9.73%~14.67%，铵态氮淋溶量减少了25.28%~30.36%，硝态氮淋溶量减少了10.34%~18.38%；在同等施氮水平下，生物炭包膜尿素相较于尿素可以显著增加土壤铵态氮和硝态氮的含量。其中，土壤中铵态氮含量增加了66.4%~200.1%，土壤硝态氮的含量增加了477.9%~537.6%。因此，生物炭用作肥料的包膜材料具有广阔的应用前景。

基于2002-2021年我国13个粮食主产区的省级面板数据，运用区位基尼系数和Super-SBM模型对粮食主产区粮食生产集聚度和粮食生产用水绿色效率分别进行测度，在此基础上通过面板模型探究粮食生产集聚对粮食生产用水绿色效率的影响，并利用中介效应模型对路径机制进行检验。结果表明：研究期内我国粮食主产区粮食生产集聚度整体呈上升趋势，粮食生产用水绿色效率呈现“北高南低”的空间分布状态且整体无明显改善。粮食生产集聚度与粮食生产用水绿色效率呈“倒U形”关系，规模化经营和种植结构调整在“倒U形”关系中发挥中介效应且规模化经营的中介效应更大，科技创新的中介效应不显著。因此政府应因地制宜制定合理的粮食生产集聚政策，引导农户、组织及企业适度规模经营，提高种植结构的合理性，建立粮食生产集聚与技术创新的高效联动机制，促进粮食生产用水绿色效率的提升。

为获得甘蔗高产、节水和氧化亚氮（N₂O）减排的滴灌施肥模式以及探讨不同滴灌施肥模式如何影响蔗田土壤氧化亚氮排放的相关因子。田间试验设2种滴灌灌水量水平：W₁：苗期和成熟期控制在60%~70%田间持水量（θ_f ），分蘖期和伸长期控制在70%~80%θ_f；W₂：苗期和成熟期控制在70%~80%θ_f，分蘖期和伸长期控制在80%~90%θ_f，以及2种滴灌施肥水平（D₁：N 250 kg/hm²，P₂O₅ 150 kg/hm²，K₂O 200 kg/hm²和D₂：N 300 kg/hm²，P₂O₅ 180 kg/hm²，K₂O 240 kg/hm²）。测定不同处理甘蔗产量、水分利用效率、4个不同生育期（苗期、分蘖期、伸长期、成熟期）蔗田土壤N₂O排放通量，铵态氮（NH₄ ⁺-N）、硝态氮（NO₃ ^--N）含量以及脲酶（URE）、硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）和羟胺还原酶（HyR）活性，分析蔗田土壤N₂O排放通量与无机氮含量和相关酶活性的关系。W₂D₁处理甘蔗产量最高，达到97.0 t/hm²。W₁D₂和W₂D₁处理水分利用效率较好，分别达到21.46 kg/m³和20.59 kg/m³。在分蘖期，所有处理土壤NR、NiR和HyR活性基本达到最大值，其中W₂D₁处理反硝化酶活性较高。蔗田土壤N₂O排放通量与URE和NiR活性之间呈显著正相关，相关系数分别为0.502和0.709，与NO₃ ^--N含量和NR活性之间呈显著负相关，相关系数分别为-0.581和-0.591，说明蔗田土壤NO₃ ^--N含量、URE、NR和NiR活性显著影响N₂O的排放通量。W₂D₁处理（苗期和成熟期70%~80%θ_f，分蘖期和伸长期80%~90%θ_f，以及N 250 kg/hm²、P₂O₅ 150 kg/hm²、K₂O 200 kg/hm²）是最佳滴灌施肥模式，可以提高甘蔗产量和水分利用效率，且对N₂O的减排有重要的意义。

探究水肥耦合对以蛭石为主复合基质栽培番茄叶片抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性、叶片丙二醛（MDA）含量、脯氨酸(Pro)含量、可溶性糖（SS）含量、蛋白质（SP）含量及水分利用效率，肥料偏生产力的影响，以期为设施番茄在以蛭石为主复合基质上的栽培提供理论依据。以双赢先锋番茄为试材，试验设置灌水量、氮、磷、钾4个因素，采用四因素五水平二次正交旋转组合设计的二分之一执行。结果表明：番茄叶片SOD、CAT活性和Pro、SS含量在生育期内呈先上升后下降的趋势，POD活性和MDA、SP含量表现为上升趋势。灌水量和施肥量的过高或过低均会导致MDA含量的快速增加，使酶活性降低。适宜的灌水量下，施中等水平肥能得到较高的POD、CAT、SS含量，施较高氮肥能得到较高的SP含量。在中等水平的水肥下，灌溉水利用率提升了31.93%，肥料偏生产力提高了42%。W18处理为最优处理，即灌水水平78.0%下灌水量为6 485 m³/hm²，施氮量340 kg/hm²，施磷量185 kg/hm²，施钾量310 kg/hm²，得到最大产量147.69 t/hm²，最高灌溉水利用率22.74 kg/m³，最高偏肥料生产力176.24 kg/kg。研究结果可为在以新疆产蛭石为主的复合基质中提高水肥利用率及番茄高效优质栽培水肥科学管理提供理论依据。

为利用遥感技术探测老龄台地茶园信息，根据茶园物候特征，基于研究区Sentinel-2、GF-2、LANDSET5-TM遥感影像数据与30 m分辨率的DEM等辅助数据，结合植被指数、光谱特征、纹理特征、地形特征，采用随机森林分析方法提取30年老龄台地茶园空间分布与茶园面积信息，并结合官方统计数据对研究结果进行精度验证。结果表明：①1990年茶园提取结果的Kappa系数达到0.83，总体精度OA达到88.5%，茶园的生产精度PA精度为83.73%，UA为89.68%；2020年茶园提取结果的Kappa系数达到0.80，总体精度OA达87.13%，茶园的生产精度PA为84.18%，用户精度UA为94.10%。②使用随机森林分类方法并结合光谱和纹理等特征提取的茶园精度较高，符合生产需求。③1990年全州台地茶园面积为15 260 hm²，2020年台地茶园面积为96 986.67 hm²。遥感技术可用于探测老龄台地茶园的空间分布与种植面积，为低产茶园改造提供数据支持与调控参考。

为探究不同灌溉量对沙柳光合特性的影响，以库布齐沙地人工林沙柳为试验材料，使用Li-6800便携式光合测定仪对4种灌溉条件下沙柳的光合日变化及其光响应曲线进行了测定。结果表明：不同灌溉量明显影响沙柳净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)和胞间CO₂浓度(Ci)日变化动态，除WUE随灌溉量的增加而降低外，其他以上因素均随灌溉量的增加而增大，沙柳的光合作用能力在灌溉量充足的情况下得到了显著提升。不同灌溉处理下沙柳的光饱和点（LSP）均大于1 200 μmol/（m^-2?s），光补偿点（LCP）在35~175 μmol/（m^-2?s）之间；不同灌溉条件下沙柳的最大净光合速率（Pn _max）N1>N2>N3>CK；暗反应速率（R_d ）N1>N3>CK>N2；表观量子效率（AQY）N1>CK>N2>N3。相关分析结果表明，在不同灌溉量处理下，对净光合速率影响最显著的因子是光合有效辐射和胞间CO₂浓度。

为进一步提高Penman-Monteith模型估算参考作物蒸散量（Reference crop evapotranspiration，ET ₀）的精度，以中国粮食主产区为研究对象，将其划分为温带湿润半湿润地区（THSZ）、温带干旱半干旱地区（TASZ）、暖温带半湿润地区（WTSZ）和亚热带湿润地区（SHZ），基于32个气象站点1994-2020年长序列实测逐日气象数据，将猎豹算法（CO）、沙猫算法（SCSO）、野狗算法（DOA）优化的时间卷积神经网络模型（TCN）和3种基于日照时数、3种基于温度的经验模型估算的辐射（R_s ）值与PM模型进行融合，得到改进PM模型。以均方根误差（RMSE）、决定系数（R ²）、平均绝对误差（MAE）和效率系数（E_NS ）为精度评价体系，找出了粮食主产区不同分区的ET ₀最优估算模型，结果表明：基于日照时数模型的计算精度要优于温度模型，其中CO-TCN模型在全区内均表现出了较高的精度，在不同分区的RMSE、MAE、R ²和E_NS 中位数取值分别为0.099~0.171 mm/d、0.057~0.111mm/d、0.984~0.998、0.983~0.997，由此可将CO-TCN模型估算的辐射值与PM模型融合，作为标准值用于估算粮食主产区ET ₀。

作物需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。黑龙江省作为中国重要的商品粮基地，多年来其灌溉水利用效率排名均处在全国中等偏后水平，因此，合理计算和分析作物需水量对提高灌溉水利用效率和粮食产量具有重大意义。基于黑龙江省28个站点1961-2020年气象资料数据，采用FAO推荐的Penman-Monteith公式，从玉米年需水量、各生育期需水量以及不同年代各生育期需水量3个视角，分析各需水量的统计特征参数，利用Mann-Kendall检验、滑动t检验和气候倾向率识别其趋势、突变等特征，并用ArcGIS绘制空间分布图，深入研究玉米各生育期需水量的时空变化特征。结果表明：近60 a黑龙江省玉米年需水量均值为477.47 mm，气候倾向率为-23.11~5.62 mm/(10 a)，年需水量整体呈下降趋势，其序列在2008年发生突变；近60 a玉米各生育期需水量均值分别为13.96、77.72、74.64、44.60、204.46和62.38 mm，其序列突变发生点不同；玉米各生育期需水量最大值主要出现在20世纪70年代，需水量最小值出现在21世纪初和21世纪10年代；各生育期需水量上升趋势最大主要出现在20世纪70年代和20世纪90年代，而下降趋势最大的主要出现在21世纪初。玉米不同视角下的需水量自西向东总体表现为先减少后增大的趋势，其中抽雄-乳熟期是玉米需水的关键时期。

明确运城市主要粮食作物冬小麦和夏玉米灌溉需水量的时空变化规律，为未来该市灌溉用水的科学配置提供基本参数。基于运城市域内13个气象站点的长期观测资料，利用Penman-Monteith公式确定参考作物蒸散量，结合有效降雨量和作物系数等参数，计算分析了运城市近50 a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式降低的变化趋势，整体降低幅度分别为-0.7和-2.1 mm/(10 a)。冬小麦在4月和5月的灌溉需水量较多，分别为80.5 mm和108.4 mm；夏玉米则为8月份的灌溉需水量最大，约为85.3 mm。冬小麦和夏玉米全生育期的平均灌溉需水量都呈现从东向西逐渐递增的趋势，冬小麦灌溉需水量的变化范围处于283.6~336.8 mm，夏玉米则为165.4~253.9 mm。相关分析结果表明，水汽压差与太阳辐射对运城市冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响较大。运城市冬小麦与夏玉米灌溉需水量在时间上呈波动降低趋势，在空间上则由东向西逐步递增；气温与降水的变化趋势显示运城市的气候正在朝暖湿化方向发展，未来灌溉方案的制定与优化应当予以充分考虑。

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。

为进一步揭示淮北平原砂姜黑土和黄潮土裸地冻融期、非冻融期日潜水蒸发变化规律及其与年时段计算结果的差异性，根据五道沟实验站2006~2022年62套原状土（0~5 m）蒸渗仪观测资料，采用非线性最小二乘法，分别提出了两种土质3个时段日潜水蒸发量计算修正公式，并得到潜水蒸发极限埋深阈值h_m 和参数n的取值。结果表明：①两种土质经过修正后的阿维里扬诺夫计算公式计算日潜水蒸发量，较直接用水面蒸发（E ₆₀₁）计算精度提高0.9%~10.2%，其中砂姜黑土计算精度提高0.9%~10.2%。黄潮土计算精度提高3.6%~5.0%；②将潜水蒸发量的计算分成冻融期和非冻融期两个时段来考虑，比直接采用单一年时段潜水蒸发量计算公式，模拟精度有所提高，且两种土质计算精度表现出差异性，砂姜黑土冻融期提升6.6%，非冻融期提升2.8%；黄潮土冻融期提升1.3%，非冻融期提升2.6%；③砂姜黑土和黄潮土冻融期阈值h_m 分别为0.96、1.18，参数 n分别为2.082、2.830；非冻融期阈值h_m 分别为1.39、1.69，参数 n分别为2.236、0.719。采用年时段计算的阈值h_m 分别为1.23、1.66，参数 n分别为2.758、0.740，实际应用时分别取冻融期及非冻融期的值较为合理。

为探究暗沟排盐技术对西辽河平原苏打盐碱荒地改良效果的影响，在科左中旗胜利乡盐碱荒地，通过设置暗沟并应用不同的改良措施，暗沟间距分别设置5 m（L1）、10 m（L2）和15 m（L3），以及无暗沟（CK）处理，在此基础上施入脱硫石膏30 t/hm²，腐殖酸4.5 t/hm²（F1）和9 t/hm²（F2），共8个处理，对暗沟排盐工程结合化学改良措施对苏打盐碱荒地土壤的脱盐效果进行研究。研究结果表明，暗沟排盐技术对降低苏打盐碱荒地的土壤盐分有显著效果，0~40 cm深度土壤全盐量平均降低1.74 g/kg，暗沟间距越小，脱盐效果越显著。此外，施入腐殖酸对降低土壤盐碱度也有显著影响，平均降低了5.7%，其中间距5 m，施用量4.5 t/hm²处理的降低幅度最大，达到了8.2%。从试验结果来看，暗沟间距10 m和施用4.5 t/hm²腐殖酸的组合是最佳的改良效果。研究结果可为西辽河平原盐碱荒地的合理开发利用提供了理论依据。