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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

为提高农业灌溉用水定额合理性和实用性，在总结广西现行农业灌溉用水定额（2019年版）存在问题基础上，结合国家定额及相关规程规范的新要求开展广西农业灌溉用水定额修订，综合考虑自然条件、用水条件、工程条件、田间措施构建用水定额指标框架，补充20种农作物种类，局部调整定额分区，新增75%水文年型，调整用水定额统计界面位置；分析研究灌溉试验站、灌溉水有效利用系数测算的作物长系列灌溉用水规律以及各分区综合单位灌溉面积用水水平差异，提出不同水文年型、不同分区的净灌溉用水定额比例系数，提出不同分区规定位置以下灌溉水有效利用系数并在此基础上分级制定60种主要作物的灌溉用水定额先进值、通用值，建立了规定位置处与渠首、田间的灌溉用水定额换算通道，为计量设施配套不全、数据资料缺乏地区开展灌溉用水定额制定提供了方法借鉴。评估修订后用水定额在覆盖性、合理性、实用性、先进性等方面均有提升，同时提出了进一步完善用水定额修订方法的建议。

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。

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。

为探讨加气灌溉及秸秆还田对水稻泡田期水质的影响，于2021年在江苏省南京市开展土箱模拟试验，研究CK秸秆不还田+常规水灌溉（常规水DO 2.85 mg/L）、ST秸秆还田+常规水灌溉（小麦秸秆风干、粉碎至3~5 cm，常规水DO 2.85 mg/L）和SO秸秆还田+微纳米加气灌溉（小麦秸秆风干、粉碎至3~5 cm，微纳米气泡水DO 8.04 mg/L）对水稻泡田期田面水、不同土层土壤溶液和渗漏水水质的影响，对TN、TP和COD 3类水质指标在泡田期内的变化情况进行监测分析。结果表明：秸秆还田会导致水稻泡田期田面水、各层土壤溶液以及渗漏水的TN、TP和COD浓度增加，且对水稻泡田初期田面水及浅层土壤溶液的水质影响较为严重，泡田期内秸秆还田会导致田面水的TN、TP和COD浓度峰值分别增加27.67%、27.27%和56.11%，0~10 cm土壤溶液的TN、TP峰值分别增加28.95%、57.34%，秸秆还田后0~10 cm土壤溶液COD平均浓度增加43.44%。微纳米加气灌溉可有效降低秸秆还田后泡田期内稻田水体中TN、TP及COD浓度，微纳米加气灌溉使秸秆还田后的田面水的TN、TP和COD浓度峰值分别减少10.65%、16.67%和15.69%，使泡田期内田面水TN、TP和COD平均浓度分别减少10.97%、5.88%和5.73%。研究表明，秸秆还田后会导致水稻泡田期田面水、各层土壤溶液以及渗漏水的TN、TP及COD浓度升高，秸秆还田后采用微纳米加气灌溉可以降低稻田水体中TN、TP及COD浓度。试验可以实现减轻秸秆还田导致的稻田水质污染的目的，同时可为控制稻田污染物扩散以及减少氮磷流失方面提供一定的理论依据。

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。

为探究不同灌水量下咸水结冰灌溉对土壤水热盐变化的影响，以重度盐碱地为研究对象，在内蒙古达拉特旗开展为期2 a的咸水结冰灌溉试验，试验设置不同的灌水梯度，灌水量分别为140 mm(T1)、180 mm(T2)、220 mm(T3)以及不灌水的对照组(CK)，地下水矿化度约为8~10 g/L，将黄河水与地下水进行混合，使其矿化度维持在3~5 g/L进行灌溉。通过对试验期内土壤含水率、土壤温度、八大离子等指标的检测，探究咸水结冰灌溉期间土壤水热盐的变化规律。结果表明次年土壤含水率随着灌水量的增加而增加；土壤保温效果与灌水量呈正相关，随着连续结冰灌溉年限的增加，土壤脱盐率逐渐增加。播种前0~20 cm土层含水率为57%~74%，相比于CK组提高了55%~66.1%。咸水结冰灌溉对于春季土壤脱盐具有积极作用，脱盐率T2（73.5%）>T1（68.05%）> T3（42.1%），CK组表现为积盐；黄河南岸灌区采用地下水进行咸水结冰灌溉时灌水量选择180 mm时能保证在土壤含水率与温度良好的基础上最大限度地降低土壤盐分。

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。

探索黄河三角洲滨海滩涂微咸水与淡水联合灌溉对水稻生理生长特性及品质的影响。以‘圣香1826’为试验材料，设置主区为淡水灌溉（FI，全生育期均灌溉淡水）、微咸水-淡水联合灌溉（BFI，插秧后至分蘖前灌溉淡水，分蘖期至成熟期补灌微咸水）2种灌溉制度；裂区为5种施肥方式T1（常规施肥，当地习惯施肥N 300 kg/hm²）、T2（减N20%，N240 kg/hm²）、T3（减N20%，穗肥增施K，N240 kg/hm²+K36 kg/hm²）、T4（减N20%，蘖肥增施Ca，N240 kg/hm²+Ca18 kg/hm²）、T5（减N20%增施K和Ca，N240 kg/hm²+K36 kg/hm²+Ca 18 kg/hm²）。结果表明，BFIT5处理可以显著的延长水稻的营养生长期与生殖生长期，Ca肥补施，使水稻植株Na⁺含量降低24.35%（P<0.05）、K⁺含量提高20.20%、Na⁺/K⁺降低、过氧化氢酶（CAT）含量升高13.06%、脯氨酸（Pro）含量升高20.69%、可溶性糖含量升高了9.19%，提高了植株的抗性；BFIT5处理使水稻的有效穗数提高30.1%、穗总粒数提高7.2%、穗实粒数提高38.2%、结实率提高28.9%、产量提高38.2%、稻米的食味值增加6、崩解值升高、消减值降低、蒸煮品质升高。在分蘖期开始浇灌微咸水，且减少常规施氮量的20%、增施K和Ca肥，节约稻田用淡水的同时提高了微咸水资源的利用效率，具有重要的实践意义。

及时、准确地绘制作物分类地图是智慧灌区建设的重要基础，可为农作物生长监测、产量预测及农业生态环境评估提供关键数据支撑。深度学习模型在作物分类研究中表现出卓越的效果，但在处理时序遥感数据时仍存在一定局限性。基于Google Earth Pro软件、GEE 平台和geemap工具，生成了2020年河套灌区的作物分类地图，并对其精度和可靠性进行了评估。以该分类结果为标签，利用Sentinel-2图像生成了包含河套灌区5-10月72个波段的Sentinel-2数据集和6个波段的EVI数据集，比较了多种机器学习模型与深度学习模型在河套灌区的作物分类性能。研究结果表明，基于时序的深度学习方法（TFBS）取得了最佳分类精度，其mIoU、mprecision和mrecall分别达到0.872 2、0.924 7和0.926 0。在处理72个波段遥感影像数据集和EVI数据集时，基于时序的深度学习模型展现出较强的鲁棒性，而Unet模型在处理 EVI 数据时无法收敛，难以提取时序特征。研究表明：基于时序的深度学习模型具备更高的分类精度和显著的鲁棒性，为作物分类研究中的模型选择提供了参考。其分类结果也为河套灌区的农业管理提供了重要的技术支持与数据保障。

为揭示施加生物炭对土壤含水率、土壤结构和玉米籽粒灌浆过程的影响规律，以春玉米为供试作物进行田间定位试验。共设置BC0（0 t/hm²）、BC7.5（7.5 t/hm²）、BC15（15 t/hm²）和BC22.5（22.5 t/hm²） 4个生物炭施加量处理。结果表明：在一定范围内施加生物炭能够提高0~120 cm剖面土层的土壤含水率，但过量施加生物炭反而会减低土壤含水率；随生物炭施加量的增加，土壤容重呈下降趋势，孔隙度呈上升趋势；施加生物炭能够降低土壤固相体积分数，提高气相和液相体积分数，广义土壤结构指数（GSSI）随施炭量的增加而增大，土壤三相结构距离指数（STPSD）随施炭量的增加先减小后增大，均在BC7.5处理达到最优（94.94、7.92），同时土壤三相比偏离值R最小(11.21)，三相比最接近理想状态；与BC0处理相比，各施炭处理延长到达灌浆速率最大的时间1.341~1.783 d，最大灌浆速率降低1.416~2.168 g/d，平均灌浆速率提高0.081~0.124 g/d，灌浆活跃期增加5.703~7.347 d，灌浆有效期增加1.704~2.266 d；施加生物炭主要是通过提高春玉米各阶段的灌浆速率，延长各阶段的持续时间、灌浆活跃期和灌浆有效期，实现灌浆质量的提高。从经济效益和农业可持续发展的角度考虑，15 t/hm²是更为合理、有效的生物炭施加量。

西北地区独特的地理和气候条件使得该地区干旱频发，明确干旱演变特征对于区域防灾减灾具有重要意义。此外，在季节尺度上，干旱对植被的影响及周期性研究相对较少。鉴于此，选用标准化降水蒸散指数（SPEI）表征气象干旱，基于连续小波变换和旋转经验正交函数（REOF），研究1961-2020年中国西北地区季节尺度干旱演变规律特征，并利用Pearson相关性分析、交叉小波和小波相干分析1982-2020年归一化植被指数（NDVI）对SPEI的响应。结果表明：①REOF将研究区干湿状况分为4个亚区，空间分布上具有一定差异；干湿突变年存在明显的季节性差异。②在季节尺度上SPEI具有明显的周期性，震荡周期的发生时段集中在1991-2001年间，但周期长度不同。③干旱发生频率具有明显的季节性和地域性，季节上，夏季＞春季＞秋季；干旱程度上，中度＞轻度＞重度＞极端。④季节干旱均严重影响西北地区植被生长，超过50%的地区SPEI与NDVI呈正相关关系，通过小波相干和交叉小波分析了SPEI和NDVI的变化关系，二者具有明显的年际变化周期性。

为了对四川省主要河段的水质状况和时空分布特征进行系统分析，基于2021年四川省内86个水质断面的监测数据，采用综合水质标识指数进行水质评价，比较平均系数法、变异系数法和熵值赋权法3种赋权方法的评价结果，对岷江、沱江进行水质的空间特征分析。结果显示，2021年全省断面全部是Ⅰ~Ⅱ类水，总体水质为优。年内水质的特征是：6月份出现Ⅳ类水断面，其污染指标是氨氮和高锰酸盐指数，其余月份只有少量Ⅲ类水断面。岷江上游断面WQI为1.48，下游断面WQI值为2.15；沱江的水质断面WQI值在2.08~2.32间波动。可以得出结论：四川省2021年全省水质良好，表明近年的水环境治理成果显著，但夏季时仍有超标断面；河流在流经大型城市后污染物含量会明显升高，下游断面WQI值随之上升，流动过程中污染物会衰减，两者共同影响着河流水质的空间分布。

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。

为研究天津市水资源现状与未来发展趋势，基于系统动力学理论将天津市水资源供需系统划分为人口、经济、环境、资源4个子系统，并根据变量间因果关系构建系统动力学模型进行模拟计算；分别使用2012-2019年、2020-2023年的数据进行模型调优与模型对比验证，验证期内各检验变量的相对误差绝对值均小于10%，表明所构建的模型能准确模拟天津市水资源供需关系。在此基础上设置现状延续情景（S₁）、经济优先情景（S₂）、环境优先情景（S₃）、开源节流情景（S₄）和综合发展情景（S₅）5种发展情景对未来天津市水资源状况进行预测。使用生态足迹法从水资源压力、水资源利用效率、发展协调性等角度对天津市水资源现状（2010-2023年）与不同情景下的未来状况（2024-2035年）进行量化评价。结果表明：2010-2023年天津市水资源状况长期处于危险状态，人均水资源生态盈亏常年处在赤字状态（多年均值为-0.199 hm²），水资源生态压力指数均值为3.37；未来发展中，不同情景下水资源生态压力指数均有所下降，进一步提高外调水量对缓解天津市水资源困境具有显著作用，但不合理的规划方案（如仅注重经济或盲目提高生态用水量）会导致水资源配置的失衡进而导致水资源安全程度降低；到2035年，现状趋势情景S₁和综合发展情景S₅的水资源生态压力指数分别为2.84和2.77，水资源生态足迹强度分别247.8和239.3 hm²/亿元，表明综合发展情景S₅兼顾水资源安全与经济发展，保障了天津市水资源的可持续性。

为了去除农作物对雷达散射信号的影响，探究不同极化方式土壤后向散射系数与土壤墒情的响应关系，实现对冬小麦农田土壤墒情的精准监测，基于无人机MiniSAR多极化数据和多光谱数据，提出联合改进水云模型与BP神经网络反演土壤墒情的方法。首先利用植被覆盖度对水云模型进行改进，提取不同极化方式下的土壤后向散射系数，通过设置不同极化方式、极化差、极化比数据与归一化植被指数（NDVI）的多种组合模式，输入BP神经网络，构建冬小麦土壤墒情反演模型，并以河南省鹤壁市浚县中部的冬小麦种植区为试验区分析模型的预测效果。结果表明：相比于冬小麦土壤墒情线性回归模型，基于BP神经网络的土壤墒情反演模型精度更高，其中由改进水云模型计算得到的VV极化下的土壤后向散射系数、HH极化下的土壤后向散射系数以及两者的极化差、极化比组合输入BP神经网络得到的反演结果精度最高，R ²达到0.767，MAE为0.013 6 cm³/cm³，RMSE为0.017 6 cm³/cm³。表明联合改进水云模型与BP神经网络的冬小麦土壤墒情反演模型具有较高的反演精度，为准确监测冬小麦土壤墒情提供了一种新思路。

为研究渠道衬砌对渠系水利用系数的影响，在考斯加科夫公式积分的基础上，考虑衬砌影响推导出改进的渠道水利用系数公式。以甘肃省盈科灌区为例，根据实测资料设置了6种不同的衬砌情景，利用改进公式模拟计算了典型渠道各情景的渠道水利用系数及渠系水利用系数。改进公式表明：渠道水利用系数与渠道衬砌率呈幂指数关系；衬砌上游段比衬砌下游段的输水损失小，渠道水利用系数大。灌区计算结果表明：不同衬砌形式中折减系数小的混凝土衬砌形式，渠系水利用系数更大；随着灌区渠道衬砌率的提高，渠系水利用系数平均增长率为23％；当三级渠道全部衬砌时，渠系水利用系数达到0.917；若只有单级渠道衬砌，斗渠衬砌时渠系水利用系数最大，虽然干渠衬砌时渠道水利用系数增长量最大，但典型渠道中干渠渠道长度最长，衬砌的资金量也大，故衬砌优先选择斗渠。

生态流量是保障流域水生态环境可持续发展的重要指标。为科学确定大渡河的生态流量，基于大渡河泸定站1993-2022年实测日流量资料，采用Tennant法、枯水频率法、月保证率法等8种水文学法计算大渡河泸定站生态流量值，并建立基于偏差指数和满足率的综合指数评价各方法的适宜性。结果表明：①大渡河泸定站径流变化呈现不显著的增加趋势，水文情势变化较低，径流序列一致性较好；②各水文学法计算生态流量评价结果各有优劣，月保证率法和变化范围分析法（RVA法）的综合指数最高，水文节律表现较好，推荐月保证率法和RVA法作为大渡河泸定站的生态流量计算方法。③月保证率法推荐的生态流量最小值为167.1 m3/s，最大值为1 942 m3/s，均值为801.8 m3/s；RVA法推荐生态流量最小值为161.9 m3/s，最大值为1 217 m3/s，均值为549.6 m3/s。

简述了不同的河流生态流量计算方法，认为河流水文情势是河流生态系统的驱动力，具有明显的区域差异特性，不同区域的生态流量计算方法应具备区域适应性。为提出更加适应区域水文情势的生态流量计算方法，以江西省乐安河为例，在分析南方山区河流水文情势的基础上，采用6种常用的基于水文情势确定生态流量的水文学方法计算逐月生态流量。对比分析6种方法的优劣，并采用保障程度和偏差系数分析核定河流的适宜生态流量，研究提出南方山区河流生态流量计算在3-7月采用7Q10法，其他月份采用Texas法，其计算结果更符合南方山区河流的水文情势。

溶解性有机碳（DOC）是碳循环的重要组成部分，而总氮（TN）浓度是表征氮素循环的关键要指标，DOC与TN在沿海排水沟中的分布特征直接影响沿海农业环境的质量。研究通过对江苏沿海垦区典型排水沟系水体DOC和TN浓度变化及其影响因子进行系统研究，揭示了不同级别排水沟道中的碳氮分布特征。结果表明，北八滩排水沟系DOC和TN浓度变化范围分别为3.90~18.36 mg/L和2.32~7.10 mg/L，沟系水体DOC和TN浓度呈现明显的空间分布规律，不同沟道级别DOC和TN浓度顺序为：斗沟>支沟>干沟，污染物浓度自内陆向海岸段呈现先升后降的变化趋势。DOC与TN浓度呈显著正相关，表明两者具有相似的污染来源和汇流路径。此外，环境因子如温度（T）、溶解氧（DO）、电导率（EC）等对水体碳氮浓度的变化具有显著影响，特别是咸淡水交汇区的盐分变化对DOC和TN的消纳过程起到关键作用。本研究为垦区农业面源污染防治和滩涂生态环境保护提供了理论依据，并为进一步提升排水沟系的环境管理提出了参考建议。

为了系统研究玉米植株对降雨的再分配和拦截效应，探求降雨截留量、截留率与叶面接和降雨强度之间的相关数学模型，进而为提高玉米栽植的水土流失防治效果、提高水肥管理效率提供参考。采用人工降雨模拟的方式，用自制人工降雨设施、茎秆流收集设施等测量装置，系统研究了玉米幼苗期、拔节前、拔节中、拔节后、抽雄前、抽雄后等6个典型生长节点，不同降雨强度（20~120 mm）下植株对降雨的再分配和拦截情况。玉米植株对降雨的拦截量与叶面积、降雨强度之间总体呈线性增长关系，其线性关系式为F=-51.598 6+0.020 5 LA+0.716 3 I；玉米植株对降雨的拦截率与叶面积之间呈典型的幂函数增长关系，从幼苗期到抽雄前，拦截率可从5%增加至78%；降雨强度对拦截率的影响不明显，特别是在玉米植株生长初期，但在玉米生长后期，随降雨强度增加，拦截率呈现一定的下降趋势。玉米植株对于降雨具有很强的拦截和再分布影响，通过合理栽植方式，能够有效降低降雨和灌溉造成的坡耕地水土流失。