优化灌溉管理是促进农业高水效与保障设施作物高效优质生产的关键。研究旨在评估WOFOST模型对不同灌溉条件下温室番茄生长模拟的适用性，为温室番茄精准灌溉管理提供技术支持。试验设计3种灌溉处理：充分灌溉（W1，灌水下限为田间持水率Fc的70%）、轻度亏缺灌溉（W2，灌水下限为Fc的65%）和重度亏缺灌溉（W3，灌水下限为Fc的55%）。通过实测数据，结合NLOPT优化算法与Logistic函数，进行了不同灌溉模式下的模型参数优化，并通过EFAST方法对优化参数进行敏感性分析。结果表明，W1和W2组的本地化参数对充分灌溉和轻度亏缺灌溉地上部干物质量TAGP的拟合效果较优，R2介于0.90和0.91，NRMSE介于0.11和0.12，但对重度亏缺灌溉的TAGP模拟较差（R2<0.8，NRMSE>0.2）。对于果实干物质量TWSO的模拟，W1和W2本地化参数组对3种水分条件下的TWSO模拟精度均高（R2>0.8，NRMSE<0.2）；而W3的本地化参数组仅对重度亏缺灌溉的TWSO模拟较好（R2=0.95，NRMSE=0.08）。对叶面积指数LAI的模拟中，W1和W2本地化参数组可适用于自身情景的模拟（0.83<R2<0.93；0.09<NRMSE<0.16），而W3本地化参数组仅对自身的LAI模拟较佳（R2=0.85，NRMSE=0.15）。总的来说，不同水分处理下的本地化参数组可按不同灌溉需求模拟温室番茄生长过程，为智慧农业发展提供技术支撑。

针对黄淮海平原冬小麦生产中水资源短缺和氮肥低效利用问题，基于1961-2014年气象、土壤及田间管理资料，将黄淮海平原冬小麦种植区划分为6个研究亚区，并细分为613个模拟单元，构建并校准了区域化DSSAT模型，结合遗传算法，系统优化了不同水文年型下的水氮管理方案。结果表明，在典型湿润年、平水年和干旱年下，最佳灌水总量分别为945、1 181和1 830 m³/hm²，最佳施氮量集中在170~190 kg/hm²，平均产量分别为6 385、6 384和6 073 kg/hm²，平均水分利用效率为1.94、1.94和1.64 kg/m³，平均氮肥偏生产力为37.5、36.8和35.3 kg/kg。在此基础上，提炼出的18种典型水文年型和研究亚区的最优水氮组合方案，实现了冬小麦返青、拔节、灌浆等关键期的精准水氮配置。研究所提出的优化方案在不同水文情景下兼顾黄淮海平原冬小麦高产、高效和节水节氮，为区域精准灌溉与施肥提供了科学决策依据。

在全球气候变暖背景下，伊犁河谷作为中亚干旱区独特的“湿岛”，其干湿格局演变机制研究对区域生态安全和水资源管理具有重要科学意义。基于1961-2023年气象观测数据，采用Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析和Hurst指数等方法，系统揭示了该区域气候要素的时空演变规律及未来趋势。结果表明：①区域气候呈现显著暖湿化倾向，年均气温与降水分别以0.42 ℃/10 a（p<0.01）和11.45 mm/10 a（p<0.01）速率递增，气候突变点分别发生于2000和1984年。②冬季水热增幅最为显著，其升温速率（0.53 ℃/10 a）与增湿幅度（3.78 mm/1 0a）均高于其他季节。③标准化降水蒸散指数（SPEI）揭示出微弱干旱化趋势（-0.09/10 a），且呈现冬季湿润化（+0.19/10 a）与夏季干旱化（-0.16/10 a）的季节性分异。④Hurst指数预测表明当前暖湿化趋势将持续，但水热平衡的不对称性可能加剧隐性干旱风险。研究揭示的 “表观暖湿化-潜在干旱化”悖论现象，为伊犁河谷地区水资源韧性管理提供了重要的科学依据。

土壤盐渍化是干旱半干旱灌区普遍存在的生态问题，准确掌握土壤盐度空间分布特征对农业生产与生态保护至关重要。以河套灌区为研究对象，基于Sentinel-1/2遥感数据，采用皮尔逊相关系数、岭回归系数和变量投影重要性分析3种变量优选方法，构建了反向传播神经网络（back propagation neural network，BPNN）、支持向量机（support vector machine，SVM）、随机森林（random forest，RF）和极端梯度提升（extreme gradient boosting，XGBoost）4种机器学习模型对土壤盐度（Soil salt cotent，SSC）进行定量反演，并运用Shaply加性解释方法（SHaply Additive exPlanations，SHAP）解析各输入变量对最优模型反演结果的影响，最终得到基于最优反演模型的河套灌区土壤盐度空间分布格局。结果表明：基于变量投影重要性分析的RF模型在土壤盐度反演中表现最优（R ²=0.88，RMSE=2.82 g/kg）；盐度指数SI-T、NDSI、Aster-SI以及雷达极化组合指数PCI3对最优模型反演结果影响最为显著，当土壤盐度较低时这些变量对反演结果呈负向影响，而当土壤盐度超过特定阈值后则转为正向影响；最优模型反演结果表明河套灌区土壤以中度盐渍土为主，重度盐渍土次之，非盐渍土与盐土分布相对有限。

农作物种植空间分布、需水量统计以及旱涝灾害影响之间的递进式研究对现代农业调控体系具有重要的意义。构建多源遥感数据协同的分类模型，提取五化灌区早稻和晚稻高精度种植面积信息，解析2019-2023年5 a间早、晚稻生育期内作物耗水量及水分盈亏指数（CWSDI）的时间动态特征，定量评估双季稻不同生育阶段的旱涝水分胁迫风险。结果表明，五化灌区早稻与晚稻的种植面积存在差异，早稻需水量高峰出现在分蘖-拔节期，晚稻需水峰值在孕穗-抽穗期，晚稻逐日作物需水量（ET _c）小于早稻。5 a期间，早稻ET _c的低谷年为2019年，受台风频繁降水影响；晚稻ET _c峰值年为2022年，与当年秋季高温干旱对应。2019-2023年早稻、晚稻逐日平均水分盈亏指数分别为0.80和0.04，CWSDI时间序列变化说明该地区极端降水事件集中发生在早晚稻的黄熟期。早稻生育期重旱和重涝占旱灾和涝灾的比重分别为64.6%和86.4%，说明早稻易受干旱-洪涝双重胁迫影响；晚稻生育期干旱发生频率比早稻提高6%，且重旱占比达75.9%，显示晚稻生育期面临更严峻的缺水风险。涝灾在短时间内集中发生，但整体持续时间较短；水分盈亏指数整体为正但干旱发生频率更高。

淹水胁迫是湿地、稻田等生态系统中的重要环境因子，显著影响土壤物理化学性质及微生物代谢过程，进而调控温室气体（二氧化碳和甲烷）的生成与排放。淹水导致土壤氧化还原电位（Eh）下降，驱动微生物代谢由好氧呼吸向厌氧发酵转变，同时改变酸碱度（pH）值、有机质分解速率等。这些土壤生境变化又进一步对二氧化碳和甲烷的产排特征造成影响。该文介绍了淹水条件下土壤生境变化，进一步分析了淹水胁迫对二氧化碳和甲烷产排的影响，重点综述了淹水胁迫条件下土壤生境变化与二氧化碳和甲烷产排的互作机制。未来通过建设完善土壤生境与二氧化碳和甲烷排放调控措施、多尺度互作机制解析、多学科基交叉生态模式探索等手段，有助于全面理解土壤生态系统碳循环过程，为生态系统保护、气候变化应对及农业可持续发展提供关键科学依据，以期推动相关领域的进一步研究与实践应用。

探究黄河泥沙配施改良剂对滨海盐碱地土壤水盐运移规律及冬小麦产量的影响，为黄河三角洲盐碱地改良提供科学依据。通过田间裂区试验，设置6种处理（T1：不施泥沙、不施改良剂；T2：单施有机肥；T3：单施碱性土壤调理剂；ST1：单施泥沙；ST2：泥沙配施有机肥；ST3：泥沙配施调理剂），分析土壤水盐动态、冬小麦生长指标及产量变化。泥沙配施改良剂显著改善土壤水盐分布：与T1相比，ST3处理0~20 cm土层电导率降低27.93%，20~40 cm土壤含水率提高5.30%，钠吸附比（SAR）和pH分别下降32.19%和2.49%。冬小麦产量表现为ST3（8.53×10³ kg/hm2）>ST2（8.30×10³ kg/hm2）>T3（7.90×10³ kg/hm2），其中ST3处理较T1增产25.07%。相关性分析表明，产量与土壤盐分、pH及SAR呈显著负相关（p<0.05），与穗数呈极显著正相关（r=0.948）。引黄泥沙与碱性土壤调理剂协同施用（ST3）通过优化土壤结构、增强盐分淋洗及调控离子平衡，显著降低盐碱胁迫，是黄河三角洲滨海盐碱地改良及冬小麦增产的可行方案。

为阐明华北平原冬小麦蒸散发（ET）的多时间尺度特征及其驱动机制，基于2017-2018年涡度相关系统与气象观测数据，系统揭示了ET在多时间尺度上的动态规律与驱动机制演变，突出了尺度依赖效应的研究创新。在小时尺度上，ET呈显著单峰型日变化，峰值出现在13∶00-14∶00，夜间趋于零。不同生育阶段均保持倒“U”形格局，其中抽穗-拔节期日均ET最高，显著高于返青-拔节期。在日尺度上，ET随生育进程逐步上升，从出苗-返青期的0.50 mm/d增至乳熟-成熟期的5.10 mm/d，表现出明显的生育阶段依赖性。在月尺度上，ET累积量呈现显著季节性差异，5月达到峰值（2017年170.0 mm，2018年135.0 mm），1月为谷值（2017年7.1 mm，2018年2.9 mm），反映年内气候与物候的综合调控。ET的主导环境因子随尺度与生育期动态转换：日尺度受VPD和Rn主导（r=0.88），月尺度则更多体现Rn的累积效应（r=0.72）。生育期内驱动机制亦发生阶段性演变：出苗-返青期由Rn、Ta与VPD协同作用；拔节-抽穗期以Rn与VPD为主；抽穗-灌浆期VPD贡献最大；灌浆后重新回归Rn主导模式，而Rn在全生育期均保持极显著正相关。该研究揭示了蒸散发过程的尺度依赖性与驱动机制的动态转变规律，为发展精确的农田耗水估算模型与智慧节水灌溉制度提供了坚实的理论支撑。

参考作物蒸散量是农业气象干旱诊断和灌溉预报的重要参数。基于中国南方地区3个气象站观测数据，运用了GraphCast人工智能天气预报模型预报的气象因子和XGBoost算法对参考作物腾发量进行了1~10 d的ET ₀预报，并评估了GraphCast模型预报因子重要性。结果表明，GraphCast模型对于最高气温和最低气温的预报精度较高，且最高气温预报性能优于最低气温，相对湿度预报能力尚可，而风速预报能力较差。GraphCast模型预报ET ₀在3个站点MAE介于0.53~1.02 mm/d之间，使用XGBoost校正后下降至0.44~0.75 mm/d，偏差也有明显改善。缺乏太阳辐射预报能力是制约该模型精度进一步提高的最主要原因，其次是相对湿度和最高气温，u ₂尽管预报能力较差，但对ET ₀预报影响很小。

作物水分亏缺的精确诊断与预测有助于提高水资源利用效率，促进精准农业发展，是实现灌溉水资源智慧管控的前提与关键。传统的灌区作物水分信息获取方法以“点”尺度为主，耗时耗力且具有一定的空间局限性。卫星遥感监测技术具有监测范围广、动态连续等优势，可以大面积、长时间提供地表信息，为大面积区域尺度作物水分亏缺程度监测提供了解法。首先总结当今农业生产中常见的土壤及作物水分信息获取方法并分析其优劣势；然后基于作物对水分胁迫的不同响应，从光谱反射特征、微波遥感技术、红外测温以及多模态遥感数据耦合等方面阐述卫星遥感在作物缺水诊断方面的研究进展；最后概括作物生长模型、机器学习算法和混合驱动模型等方法在作物缺水预测和干旱预警研究领域的应用进展，并指出作物缺水诊断研究所面临的挑战。旨在明晰卫星遥感技术在作物缺水诊断和干旱预测中的应用前景和发展方向，为卫星遥感手段下作物缺水诊断研究提供新的思路与借鉴。

为探究黄淮海平原不同土壤层农业干旱特征差异及各类因素对干旱的影响，采用农业干旱严重指数（DSI）量化方法，分析了1959-2023年期间黄淮海平原浅层（0~28 cm）、中层（28~100 cm）和深层（100~289 cm）土壤的干旱时空变化特征，并利用随机森林模型分析气象因子（降水、气温、饱和水汽压差）、潜在蒸散发和地下水对农业干旱的重要性。结果表明：①不同土层DSI年际变化和季节变化趋势差异显著。浅层土壤DSI波动最剧烈，1985-1999年显著下降；中层DSI变化较平缓，1960、1962-1966年等时段干旱呈显著下降趋势：深层DSI呈显著上升趋势且2004年为突变年份。浅层土壤季节性波动影响最大，中层次之，深层影响最小。②多年平均的干旱空间分布呈“北重南轻、浅深递减”的分布格局。浅层土壤中旱面积占33.2%，重旱与特旱占比2.61%和1.7%；中层中旱占13.59%；深层中旱占7.58%。干旱频率随土层加深显著降低，浅层重旱年均发生1.16个月，深层降至0.37个月。③气温为各层主导因子，当月气温重要性分别为18.91%、51.91%、52.01%，中层和深层前一个月气温分别达40.59%和38.38%，表明干旱气温的变化具有滞后效应。浅层当月降水和潜在蒸散发重要性为15.05%和11.92%，随深度增加其重要性降至不足10%；地下水对深层影响相对提升，达到3.46%。

为解决大型灌区工程安全检测中人工巡检效率低、主观性强及隐患识别滞后等问题，以亭子口灌区一期工程为研究对象，设计并构建基于机器视觉的多场景安全检测系统。通过现场摄像头视频采集、项目部既有数据整理及网络公开数据爬取构建训练集，引入GridMask图像增强技术对训练集进行优化；采用基于小目标检测分支与SE注意力机制模块改进的YOLOv8模型、ByteTrack算法，实现安全帽检测、人员追踪、机械类型识别及人机碰撞预警功能。项目验证结果表明：①该多场景安全检测系统准确率达82%；②各算法模型在指定的不同施工区域中展现出较好的鲁棒性与准确率，其中，安全帽检测算法准确率达89%，相比原始基准YOLOv8模型，改进模型的准确率、召回率和mAP50(B)等关键指标均有提升；③人械之间、机械之间的多动态碰撞预警模型准确率达到75%，弥补了传统人工经验式巡检对碰撞距离判断偏差问题。该研究在项目的实际检测验证有效提升了亭子口灌区工程安全管理的智能化水平，可以为大型灌区工程安全检测智能化发展提高科学参考。

为构建更加契合云南地区气候与地形条件的干旱指数，在传统温度-植被-降雨干旱指数（TVPDI）基础上，引入LAI和LST-T参数，构建了改进型干旱指数ITVPDI，并以云南省2001-2020年遥感与气象数据为基础，分析其干旱时空演变特征与发生频率。结果表明：ITVPDI与SIF和MI的相关系数分别达0.52和0.48，显著优于TVPDI；云南春季与冬季干旱最为严重，多年均ITVPDI分别为0.409 2和0.336 4，干旱覆盖面积达85.18%和93.02%；夏季旱情最轻，ITVPDI均值为0.453 5，轻旱占比达80.42%；年际尺度上，云南省处于中度干旱状态（ITVPDI=0.420 1），干旱区域占比超过91%。空间分布上，干旱频率呈自西南向东北递增趋势，其中西双版纳轻旱频率最高（48.74%），而迪庆极端干旱频率最高（40.95%）。Hurst指数分析表明：春、秋、冬季未来干旱可能加剧，夏季和年际干旱有缓和趋势。ITVPDI适用于云南复杂地形区域的干旱监测，为该地区抗旱分区管理与政策制定提供了数据支撑与理论依据。

在日光温室条件下，采用微润灌溉技术，研究不同类型的有机水溶肥在3种施肥浓度下对番茄生长、品质和水肥利用效率的影响。试验选取4种有机水溶肥：矿源黄腐酸钾（T1）、腐殖酸（T2）、甲壳素海藻精（T3）、起彩沃根（T4），每种肥料设置低（C1：150 kg/hm²）、中（C2：225 kg/hm²）、高（C3：300 kg/hm²）3个浓度，以未施肥处理（CK）为对照，测定番茄的生长指标、品质指标以及水肥利用效率，使用岭回归分析番茄生长指标和品质指标与产量之间的关系，并采用优劣解距离法（TOPSIS）进行综合评估。结果表明，相比对照处理不同浓度有机水溶肥的施用均促进了番茄的生长及品质，中浓度施肥下各项指标最优。中浓度处理下，番茄植株株高、茎粗、叶片面积和SPAD值较CK提高61.43%~99.33%、25.47%~44.03%、39.98%~52.39%和15.16%~23.06%，产量提高14.88%~39.65%，水分利用效率提高2.21%~39.29%；可溶性糖、番茄红素、维生素C含量分别增加8.17%~21.76%、38.17%~84.47%和106.05%~160.93%。各处理偏肥生产率均随施肥浓度的增加呈下降趋势。岭回归分析表明，茎粗和叶面积对番茄产量的正向关联最显著，而番茄红素含量与产量存在显著负向关联。不同肥料类型和施用浓度对番茄生长及品质的影响存在显著差异，综合评价显示，T4C2处理在TOPSIS法（0.828）评估下均居首位，在品质、产量和资源利用效率方面均表现最佳，可作为优化番茄水肥管理的优选方案。

归一化植被指数（NDVI）是植被覆盖动态的表征指数之一，可以有效反映区域水土保持状况、生态系统健康和农业生产力，对协调生态保护与区域高质量发展至关重要。由于现有研究集中于单一驱动因素，不足以阐释NDVI时空演变中多要素协同驱动的复杂非线性过程，因此该研究综合运用变异系数法、最优参数地理探测器（OPGD）和时空地理加权回归（GTWR）等方法，量化分析2000-2020年粤港澳大湾区NDVI的时空演变特征及其驱动机制。结果表明：基于变异系数法，粤港澳大湾区NDVI在时间上呈波动上升趋势，植被状况总体上有显著改善；在空间分布上呈现出显著的空间异质性。基于OPGD的单因子探测识别出人口密度与夜间灯光亮度值为影响NDVI空间分异的主要驱动因子；交互因子探测进一步表明，人口密度、夜间灯光亮度值与温度等关键因子间的交互作用显著增强了对NDVI变化的解释力。GTWR模型有效揭示了各驱动因子对NDVI影响的时空非平稳性特征，各因子回归系数在空间上存在显著差异。研究为高强度人类活动区域的生态系统水土监测与调控机制设计提供了理论依据，有效支撑粤港澳大湾区水土保持政策的规划与管理。

非饱和多孔介质中的水分运移是水文学、农业及环境工程等多个学科关注的重点议题。Richards方程作为描述这一现象的关键数学方程，对于深入理解土壤水分运动具有重大意义。该方程存在3种不同的表达形式，并通过土壤本构关系揭示了相关变量的非线性联系。数值方法作为求解Richards方程的核心手段，历经数十年的发展，在求解该方程方面取得了显著进展。为深化对该领域的基础认识并推动相关研究，系统回顾了Richards方程的发展历程，并着重阐述了求解该方程时所采用的空间离散方法、时间离散方法、迭代方法，以及现有求解的模型和代码。此外，还总结了当前求解Richards方程所面临的主要问题与挑战，并对未来的研究方向及实际应用前景予以探讨和展望，旨在推动该领域进一步发展。

介绍了在箱式超声波明渠流量计产品标准制定过程中，对测箱多声道测流原理的厘定和对测箱性能指标的确定、验证情况，要求标准中的性能指标必须要定量且可测可证实；提出了对工业化生产的测箱产品应进行检定，对工程化的测流装置作品应进行校准的建议，以及设计建造槽宽可调节的测试和检定用测槽的建议。

旨在探讨阀门开度对斜三通管道水力性能的影响，确定分叉管道系统中流量分配和局部损失系数与影响因素的关系，以提高管道系统水力计算的精度。采用DN63 PVC管道及斜三通构建分叉管道系统，设置了25种不同阀门开度组合的工况条件，进行系统水力性能试验。通过压力变送器和超声波流量计，精确测量各管段的压力及流量，比较不同阀门开度对分流比及局部水头损失的影响。结果表明：随着阀门开度的增大，分叉管道系统的总流量整体呈上升趋势，分流比随支管阀门开度增大而增加，随直管阀门开度的增大呈下降趋势；阀门开度显著影响分叉管道的局部水头损失系数ζ _0-1及ζ _0-2，分流比与局部水头损失系数ζ _0-1和ζ _0-2呈二次抛物线关系。数值模拟结果与试验结果基本一致，建立了ζ _0-1和ζ _0-2的经验公式；揭示了各工况下流速分布和梯度变化规律。揭示了阀门开度对分叉管道系统的分流比及局部水头损失影响规律，且能够通过改变阀门开度来减少管道系统中的水力损失，这一发现为深入理解分叉管道中水力损失的变动特性提供了理论依据，并为针对不同水力运行情境的分叉管道系统在优化设计和运行管理中提供了可行的调节手段。

高效节水灌溉中需要使用大量的水泵机组，其安全稳定运行对保障灌溉系统的效益发挥具有重要作用。水泵机组的安全运维主要包括定期维护、事后维护和预测性维护，其中预测性维护不仅需要关键数据的实时监测，还需要适当的数学模型，对提高泵站运行效率和减少潜在运行风险具有重要意义。基于轴承状态与可测物理信号之间的高度关联性，分析了水泵机组轴承状态监测现状，提出一种基于多尺度时频分析方法的轴承状态智能监测实施方案。通过实时监测轴承振动、结构噪声和轴承温度，构建水泵机组轴承状态数学模型，综合分析水泵机组实时运行状态与历史监测数据，实现轴承状态故障预警和寿命评估，为水泵机组故障诊断和泵站能耗优化提供依据，有效提高泵站机组的运行安全性和可靠性。

干旱胁迫已成为制约水稻生产的主要非生物逆境之一，施用抗旱功能肥成为缓解干旱胁迫的重要手段。基于盆栽试验，以“南粳46”为供试品种，设置2种基肥（传统基肥和抗旱功能肥，施用量均为40 kg/hm²），3个胁迫程度（轻度、中度和重度），并以控制灌溉为对照，共计8个处理。通过对不同处理水稻生长、产量、品质和经济效益等指标进行监测分析，旨在探究不同干旱胁迫状态下施用抗旱功能肥对水稻生长、产量、品质的影响。结果表明：①与CK处理相比，不同程度干旱胁迫下施用抗旱功能肥较施用传统基肥表现出较好的缓解作用效果，其株高和茎蘖数在不同程度干旱胁迫下分别降低了1.98%~4.26%和3.57%~16.75%，干物质累积总量减少3.03%~41.87%，产量减少0.50%~15.63%；②不同程度干旱胁迫下，施用抗旱功能肥处理较施用传统基肥处理的茎蘖数增加0.80%~5.48%，干物质总累积量增大6.57%~21.65%，根、茎、叶干物质量分别增大6.56%~22.66%、5.52%~24.15%和8.38%~20.08%，有效穗数、穗粒数和千粒重分别提高0.38%~0.84%、0.40%~0.75%和0.87%~2.29%，产量增加2.54%~5.29%；③不同干旱胁迫下，施用抗旱功能肥的缓解程度存在差异，总体呈现随着干旱胁迫程度的增加，抗旱功能肥对水稻生长和产量的缓解作用逐渐增强的趋势。综合分析生长状况、产量和经济效益等指标认为，施用抗旱功能肥可以有效缓解孕穗期干旱胁迫对水稻产生的负面影响，且在控制灌溉条件下有一定的增产效果。

探究降雨集流渗灌系统在宁夏回族自治区固原市原州区彭堡镇红梅杏经济林小降雨资源利用中的作用，明确当地红梅杏经济林小降雨特征，为小降雨资源利用的定量研究和提高当地降水资源利用效率提供科学依据。以当地红梅杏为研究对象，采用CASC2D模型模拟小降雨径流过程，对降雨集流渗灌系统集流效率进行评价。4-7月在彭堡红梅杏基地观测到总计30场降雨数据，降雨总量154.1 mm，平均每场降雨量为5.14 mm。渗灌器集流效率分布在51.64%~86.6%，平均集流效率为65.5%。降雨集流渗灌系统集流效率较高，集流量与降雨量存在明显的正相关，并且在较高雨强下具有更强的集流能力。集流效率随着雨量增大持续提升，但增幅逐渐减小，最终趋于稳定状态。对于不同雨量级降雨集流分析得出，随着降雨量等级的提高，系统表现出显著的集流效率提升趋势。

农田灌溉水有效利用系数（IWEUC）是衡量农田灌溉用水水平的重要指标。分析宁夏2015-2024 年（近10年）农田灌溉水有效利用系数的变化趋势及其影响因素。结果表明，高效节水面积呈现显著持续增长趋势；水稻种植比例较2015年减少77.48%，玉米种植比例逐年增加、较2015年增长42.55%，小麦种植比例则波动较大；宁夏灌区灌溉面积逐年增加，但用水量呈现逐年下降趋势；2015-2024年灌溉水有效利用系数依次为0.501、0.511、0.524、0.535、0.543、0.551、0.561、0.570、0.579、0.586。通过全区每公顷用水量、全区灌溉面积、高效节水面积及全区总用水量4项指标，可估算灌溉水有效利用系数；且在一定范围内合理调控这4项指标，能更好地提高IWEUC。研究结果可为宁夏农田灌溉水有效利用系数的变化及影响因素分析提供科学指导，并进一步提出提升该系数的有效途径。

超声多普勒流量计应用环境较为复杂，针对低、中流速受噪声干扰导致测量精度低和误差大等问题，创新提出了一种基于改进蜣螂算法(ISEDBO)的变分模态分解(VMD)结合奇异值分解(SVD)的降噪模型，以更大程度提高回波信号信噪比。该方法首先利用交叉策略、次优引导控制策略、偷窃行为增强策略优化蜣螂算法，通过对比不同测试函数和其他算法，证明ISEDBO算法的优越性；其次，利用ISEDBO优化VMD参数组合，结合多尺度样本熵(MSE)和频谱系数区分噪声模态分量(IMF)；最后，利用SVD对有效IMF分量进行降维重构，进一步克服中低频的二次谐波振荡现象。通过对仿真信号和实验室走车过程的处理分析，多方面验证了方法的可行性，同时与粒子群优化(PSO)、灰狼优化(GWO)、蜣螂优化(DBO)等方法对比，分析ISEDBO-VMD-SVD降噪效果。结果表明：相对模拟信号，ISEDBO-VMD能有效地抑制噪声干扰，极大程度地保留了原始信号特征，相较于PSO-VMD、GWO-VMD、DBO-VMD，信噪比最高达18.78 dB，波形相关系数最高达0.987；相对走车实验，对多组信号MSE值进行统计分析，能有效区分原始信号和背景噪声，对比不同流速探测误差，ISEDBO-VMD-SVD最小，范围在0.009~0.02 m/s，为实际水监测工程应用奠定了坚实的基础。

在水田扩张的背景下，迫切需要一种基于遥感技术与能量平衡模型的高时空分辨率蒸散发估算方法，以实现快速而准确的区域蒸散发动态监测。基于SEBAL模型，结合2000-2020年Landsat影像与气象数据估算水田生育期（5-8月）实际蒸散发，验证了能量平衡模型在建三江垦区的适用性，进而分析水田扩张对实际蒸散发的时空影响及其驱动机制。结果表明：①从时间上看，水田面积从2000年1 866.62 km2增加至2020年6 362.97 km2，每年增加约12.04%，2010年的水田面积动态度达到最大21.42%；从空间上看，前期的水田呈零散化分布，后期则基本覆盖整个建三江垦区。②SEBAL模型反演精度验证显示，其与全天候蒸散发数据集相关性为0.76（2004年6月）和0.72（2020年7月），证明该模型在建三江垦区的适用性。水田扩张前后时期，5-8月实际蒸散发平均值依次增加47.56、45.88、51.41、57.16 mm，空间分布由局部集中扩展至全域覆盖。③生育期内，水田扩张前后实际蒸散发高-高聚类点与低-低聚类点发生空间上的移动，实际蒸散发高-高聚类点向北部和西部移动，并且数量增加，低-低聚类点由四周向中间收缩且数量大面积减少。④地理探测器结果显示归一化植被指数NDVI、地表温度LST和地表反照率Albedo是影响实际蒸散发空间异质性的主要驱动因素，其中NDVI与地表反照率的交互作用最高达到0.85。研究验证了SEBAL模型在建三江垦区快速、准确估算实际蒸散发的可行性，为寒区农业水资源优化提供了方法支撑和数据参考。

以菱形式流道滴灌灌水器为研究对象，通过数值模拟与机器学习相结合的方法，探究了流道结构参数与流态指数之间的关联性，并建立了相应的回归预测模型。研究首先采用SolidWorks软件进行流道三维建模，结合Fluent流体仿真软件确定各结构参数的合理取值范围；基于正交试验设计方法，生成125组实验样本数据。在数值模拟方面，采用k-ε湍流模型对流动特性进行分析；在机器学习建模方面，引入随机森林算法（RF）并结合粒子群优化算法（PSO）进行参数优化。研究结果表明：当训练集占比为80%时，PSO-RF模型在学习能力与泛化性能之间取得最佳平衡，其测试集决定系数R2达到0.854 8，且各项误差指标显著降低，在预测精度和稳定性方面均优于传统RF模型。通过参数敏感性分析可知，流道结构参数对流态指数的影响程度排序为：a（进水口宽度）>c（挡水件的水平宽度）>b（前端进水口的水平距离）>d（进水口顶端到最顶端的垂直距离）。该研究成果不仅为机器学习在滴灌灌水器优化设计中的应用提供了新思路，同时也为灌水器流道结构参数优化提供了理论依据和技术支持。

为了探究施肥泵运行、喷头配置及工作参数等因素对喷灌施肥系统水力性能的影响，将水泵性能曲线、施肥泵吸肥模型及多口出流管道水力计算模型相结合，建立轻小型喷灌施肥系统水力耦合模型。首先，基于试验数据，提出了以入口压力、入口流量和母液浓度为自变量的比例施肥泵吸肥模型。再与退步法管道水力计算方法相结合，首次建立了水泵-施肥泵-灌溉管道-喷头水动力耦合计算模型。针对该模型的强非线性特性，采用遗传算法（GA）进行求解。以配备50ZB-30Q水泵、摇臂式喷头10PY₂H及比例施肥泵D8R的系统为例进行仿真，分析施肥泵运行、喷头数、喷头工作压力、喷嘴直径、母液浓度等因素对管道压力分布的影响。结果表明：与清水灌溉相比，接入施肥泵后不同喷头数配置下机组单位能耗平均升高了25%；清水施肥与清水灌溉相比，管道压力变化范围总体缩小，可能与比例施肥泵周期运行有关；喷头数过多（11个以上）容易引起管道压力状态突变；低工作压力（0.22 MPa）则会增大系统对水力干扰的敏感性；增大喷嘴直径（5.5 mm）可有效抑制管道压力波动；施肥浓度增加时，多喷头数下的管道压力显著提高。各因素的影响表现出强非线性。研究表明，在喷灌施肥系统的优化、评价与精确控制中，建议优先考虑系统的水力稳定性。

为探究渗灌和滴灌下有机水溶肥施用对设施番茄生长、产量和品质的提升效果，设置渗灌(S)和滴灌(D)2种灌溉方式，2种有机水溶肥碳酶海藻膨果100(F1)和膨果100%(F2)，3个施肥水平150(N1)、225(N2)、300 kg/hm²(N3)以及2个对照(SCK，DCK)，共14个处理，研究不同处理对番茄株高、茎粗、叶面积指数(LAI)、叶绿素相对含量(SPAD值)、产量及品质的影响。结果表明，N2施肥水平下番茄的生长和品质指标优于其他施肥处理。SF2N2处理显著提升番茄的品质，SF2N2处理单果质量、维生素C、番茄红素、可溶性糖、糖酸较SCK处理分别提高26.98%、73.86%、104.25%、50.42%、95.08%，硝酸盐含量处在合理范围内，可滴定酸较SCK处理降低22.81%。灌溉方式和施肥水平相同的条件下，F2有机水溶肥对番茄各指标的提升效果优于F1，F2有机水溶肥比F1产量提高16.74%~21.39%。其他条件一致时，渗灌方式下的产量和WUE高于滴灌，在节水、增产和提升品质方面表现更优。研究结果可为山西地区设施番茄种植提供节水的灌溉方式和合理的施肥方案。

农业干旱作为直接影响作物生长的关键因素，其监测与评估依赖于精准的土壤水分数据。针对现有土壤水分产品在空间分辨率和估算精度方面的局限，以淮北平原为研究区，基于2015-2019年49个实测站点的逐日观测数据，采用原位验证与三重搭配分析（TCA）方法，对ERA5-Land、GLDAS_NOAH、MERRA-2和CLDAS四种主流再分析产品进行了系统评估。结果表明，CLDAS在4种产品中与实测数据的吻合度最高，相关系数R为0.75，ubRMSE最小，为0.032。基于此，融合再分析产品与实测数据，构建了基于随机森林与卷积神经网络融合模型（CNN-RF）的高精度土壤水分数据集（MSF-SSM）。该数据集在大多数站点表现出较高的一致性（ R>0.7）和较小的 B i a s（±0.02），显著优于现有土壤水分产品。基于MSF-SSM进一步构建了标准化土壤湿度指数（SSMI_1），揭示了2015-2019年间淮北平原农业干旱的时空演变特征及等级频率分布。研究发现，该区域大部分地区的SSMI_1呈下降趋势，土壤水分有所减少，干旱风险增大。淮北平原轻旱频发，重旱集中在中部地区，淮北平原东北部区域累计干旱发生频率较高，具有较高的干旱易发性。研究结果为农业干旱监测、气象服务与灾害风险管理提供了重要的数据支撑与技术参考，并为节水灌溉等水资源管理措施的优化提供了科学依据。

针对设施农业中穴盘育苗灌溉存在的水量控制精度不足、喷洒不均匀及水肥药管理依赖人工等问题，设计并实现了一种基于PLC的集成式智能喷淋灌溉系统。系统采用S7-1200 PLC构建闭环控制模型，结合光电与流量传感器实现对喷淋流量的动态调节；设计双模式喷头（扇形/锥形）并进行CFD仿真优化，以改善喷雾均匀性与雾滴粒径分布。同时，系统集成了水、肥、药比例混配单元，并配套开发了触摸式人机交互界面。系统试用实验表明，在0.2 MPa工况下喷雾角72°、SMD为0.38 mm、喷洒均匀性变异系数控制在10%以内；与人工喷淋相比，节水率提高25%~30%，苗木成活率提高12%。研究表明，该系统在灌溉精准性与自动化水平上具有显著提升，为设施农业节水与智能化管理提供了可行路径。

盐碱胁迫是制约水稻生长发育与产量品质提升的主要非生物因子。作为世界第三大盐碱土分布国，中国亟需提升盐碱地水稻利用率以保障粮食安全。基于Web of Science核心合集与中国知网数据库（CNKI），借助CiteSpace与VOSviewer对2002-2023年相关研究进行文献计量分析，系统梳理水稻在盐碱胁迫下的研究进展与演变趋势。结果表明，全球该领域研究热度持续上升，中文机构贡献突出，研究重点由生长表型观察逐步向生理机制解析与分子调控延伸，热点聚焦于渗透调节、抗氧化系统与离子平衡机制。水稻对盐碱胁迫表现出生育期差异性响应，种子萌发阶段具一定耐受性，苗期敏感，生殖期胁迫则显著影响灌浆与品质形成。当前研究仍面临复合胁迫模拟不足、分子机制整合不充分与应用转化瓶颈等问题。未来应聚焦复合胁迫响应机制、生殖期关键过程调控与耐盐碱品种适应性评价，推动从基础研究向田间应用的高效转化，助力盐碱地稻作可持续发展。

为探究不同蓄雨型间歇灌溉制度对水稻增产、节水、控污及抗倒伏效果的影响，优选最佳蓄雨型间歇灌溉制度，采用测桶试验，基于2种间歇灌溉的灌水下限（轻度间歇SA和重度间歇HA），在不同生育期采用正交设计叠加不同梯度水层深度而形成雨后上限的水分管理方案，运用熵权TOPSIS法对各处理水稻在产量、节水、控污、抗倒伏4个方面的11项指标进行综合评价。结果表明，蓄雨型间歇灌溉对产量的影响呈现显著的条件依赖性，36个处理中17个增产（平均增产6.46%）、19个减产（平均减产12.91%）；实现节水与增产的协同是提升灌溉水利用效率的关键，相比之下，灌溉水利用效率最高的处理分别比传统淹灌和最低效率处理高46.67%和90.27%；蓄雨型间歇灌溉可帮助控制农业面源污染，36个蓄雨型间歇灌溉处理中有35个40 cm处的渗漏液总氮平均浓度低于淹灌处理；合理蓄雨型间歇灌溉可使水稻抗倒伏性较传统淹灌最多提升17.3%；返青期是调控雨后上限对水稻综合得分指数影响最大的阶段；灌溉用水在各生育期分配不合理时重度间歇HA的负面效应更明显，综合得分指数较低；重度间歇灌溉时控制返青期、分蘖前期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期的雨后上限为50、80、100、120、90 mm时最接近目标为高产、节水、控污及抗倒伏的理想结果。

为提升机器学习预测水稻需水量的可解释性并充分挖掘数据潜力，提出一种基于特征工程的水稻需水量预测模型，通过构造交互特征并结合改进的Penman-Monteith(PM)公式的分解因子作为机器学习模型的输入特征，预测水稻需水量。利用最大信息系数(MIC>0.3)筛选特征作为输入，并根据预测结果对输入特征进行SHAP（SHAP Additive exPlanation）可解释性分析。预测结果表明，采用特征工程后,3种机器学习水稻需水量预测模型决定系数（R2）提升了4.5%~7.8%、均方根误差（RMSE）降低了43%~52%、平均绝对误差（MAE）降低了45%~53%，构造的特征跨模型对比中的平均SHAP值高于以原始特征作为输入的平均SHAP值。以特征工程为输入的机器学习模型减小了模型的预测误差，提升了模型预测精度，并为机器学习模型可解释性提供了依据。

针对长短期记忆（LSTM）神经网络模型难以融合流域物理特征的问题，提出了TOPMODEL-LSTM耦合模型，基于安墩水流域2008-2018年水文数据，对比分析了3种输入方案下1~6 h预见期的径流模拟性能。结果表明：①耦合模型在各预见期下的预报精度均优于LSTM模型，其中RMSE值平均降幅15%，MAE值平均降幅13%，R ²由0.78提升至0.83，在一定程度上提升了洪水模拟精度；②在流域水文过程模拟中，采用逐时降水数据与同期径流量观测值联合作为模型基础输入数据的方案，经多组对比试验验证，其模拟精度显著优于单一径流输入或其他组合输入方案；③随着预见期延长，所有模型及其方案的模拟精度均出现下降，但耦合模型有效缓解了LSTM模型的记忆衰减问题，表现出更稳定的模拟性能。研究结果可为传统洪水模拟模型与人工智能模型的耦合建模提供技术参考。

针对宁夏引黄灌区土壤盐渍化严重、水资源短缺、玉米产量不高等问题，分析淋盐水灌溉条件下灌溉定额和土壤改良剂对玉米生长、产量、品质、水分利用效率以及产投比的综合影响，探究滴灌玉米灌溉定额与改良剂的最佳管理方案。试验采用滴灌技术，灌溉用水采用灌溉水稻后渗漏到沟中的淋盐水，设置灌溉定额S和改良剂F两个因素，设置3个滴灌水平（S1=1 725 m3/hm²，S2=2 175 m3/hm²，S3=2 625 m3/hm²）和3种改良剂（寡糖、盐碱清、硫肥,分别设为F1、F2、F3），1个不施加改良剂作为对照（CK）。结果表明，灌溉定额与改良剂互作对玉米生长、产量、品质影响显著（ ），S2F2处理下产量最高，为15.1 t/hm²，水分生产效率最高，为2.52 kg/m3，产投比最高，为1.87。基于熵权TOPSIS综合评价结果可知，S2F2处理贴近度最高，评价结果最优。综上所述，推荐该地区的最佳管理方案为灌溉定额2 175 m3/hm²，施加盐碱清改良剂150 kg/hm²。

为探明松原灌区典型苏打盐碱土中镉Cd在不同灌溉模式下的迁移分布特征，研究HYDRUS-1D模型的模拟适用性，以室内动态土柱试验为基础，设置滴灌、淹灌与干湿交替灌溉3种灌溉模式，分析不同灌溉模式下土壤中Cd运移的基本规律，利用HYDRUS-1D构建了Cd运移数值模型，并用该模型对区域内Cd积累及迁移情况进行模拟分析与验证。结果表明：滴灌模式下，Cd主要富集于浅表土层，且Cd吸附速率最快，随着土壤深度增加Cd含量逐渐减少；淹灌模式下，Cd在各深度内相对均匀分布，Cd吸附速率最慢；干湿交替灌溉模式下，Cd分布规律并不明显，且吸附速率介于滴灌与淹灌之间。3种灌溉模式下各层土壤Cd含量均随灌溉量增加而增加，整体呈上升趋势。滴灌与淹灌模式在模拟水流Cd浓度动态变化时，均呈现出随时间增加先上升后稳定的变化规律；而干湿交替灌溉模式下水流Cd浓度为波动上升后趋于稳定波动。将模型模拟值与土柱试验实测值进行验证发现，滴灌试验与淹灌试验拟合效果良好，而干湿交替灌溉试验拟合效果较差。综上，HYDRUS-1D模型适用于松原灌区苏打盐碱土在滴灌与淹灌模式下的Cd迁移模拟，可为该区域土壤Cd污染防治提供理论依据。

研究旨在解决郑州市在引黄水量年均衰减率达12.6%的背景下所面临的需水量增长137%与供给量下降58.5%的尖锐矛盾，这一水资源供需严重失衡问题已成为制约特大城市可持续发展的关键瓶颈。为解决传统单目标优化方法的不足，构建了“空间-过程-制度”三维协同优化模型，其中空间维度通过闸门动态调配与农业用水跨区域转移机制实现水资源空间再配置，过程维度设计贾鲁河“引-蓄-净-灌”多级水循环系统提升利用效率，制度维度引入基于遥感监测的用水配额年际调整机制增强系统适应性，并采用多目标优化算法求解及协同度指数进行评估。实证结果表明，该模型使下游闲置工程利用率提升41.2%，单方水重复利用次数达2.3次，用水效率提高40%，系统协同度从0.38跃升至0.82，综合利用率达91.2%。研究结论表明，空间再配置能够有效激活存量水利设施潜力，过程多级循环可显著扩展单位水资源的服务功能，弹性配额制度则为系统提供了动态适应能力，三者协同为高缺水特大城市在供水衰减背景下实现水资源多目标优化配置提供了系统化的解决路径。

植被和物候作为生态系统的关键组成部分，直接影响碳循环、水文循环和区域生态安全。然而，黄河上游地区生态环境复杂，涵盖草地、沙地、引黄灌区和森林等多种生态类型，其植被和物候的协同变化规律仍缺乏系统量化研究。以黄河宁夏段为研究区，基于2014-2023年间的Landsat 8 EVI (增强型植被指数)和MODIS GPP (总初级生产力)数据，采用Mann–Kendall检验与Sen′s slope估计相结合的方法，通过双Logistic物候模型系统分析了黄河宁夏段地区植被和物候的时空变化特征，并探讨其对碳汇功能的潜在影响。研究结果表明：① 过去十年EVI整体呈显著上升趋势，年均增幅为0.033，十年累计增幅达23.7%，增长速率约为0.003 a?1，植被恢复最显著的区域集中在六盘山南部山区、黄河主河槽及其河漫滩以及北部引黄灌区；② EVI增加区域累计面积超过60%，而减少区域约占38%；③ SOS (生长季始期)平均提前1.29 d/a；EOS (生长季末期)平均推迟1.11 d/a；LOS (生长季长度)整体延长2.41 d/a。黄河流域区域生态恢复成效显著，且LOS的延长表明气候变化正在驱动植被生产力持续增强，双重作用下促进了区域碳汇功能的提升。同时，不同生态类型区的植被变化差异显著，反映出土地利用方式与水资源调控在植被物候演变中具有重要的调节作用。

近年极端雨水天气发生频率逐渐增多，提升降水量预测精度，助力农作物生长显得尤为迫切。基于变分模态分解（VMD）在时间序列分解中的优势，以及擅长处理局部时序信息的长短期记忆网络（LSTM）与擅长处理全局依赖并且具有频域特性的FEDformer优势互补，提出基于变分模态分解的LSTM-FEDformer组合模型的降水预测方法。选取河南省5个不同地理特征的气象站进行预测分析，结果显示组合模型在各气象站中的降水量预测结果误差均在5 mm以内，说明模型具有较强的鲁棒性。在对比实验中，基于VMD-LSTM-FEDformer组合模型的平均绝对误差为9.339 8 mm，均方根误差为12.703 5 mm，决定系数为0.964 4，均优于其他模型，证明了模型具有良好的预测能力以及实际的应用价值。

针对传统机械混肥装置效率低、混合不均及成本高等问题，研究设计了一种气动混合水肥装置，旨在优化混肥性能及降低成本并验证其优越性。通过构建气动混合水肥装置测试系统，探究分析了曝气孔偏置角度、曝气管布置形式、孔径与数量、水肥桶体积等关键参数对溶解时间与混匀时间的影响规律，并与机械混肥装置对比混肥性能、成本及能耗。研究表明，当曝气孔偏置角度为-45°、曝气管采用中间通气布置形式、孔径4 mm与孔数68孔、水肥桶体积为300 L时，装置性能最优，溶解时间与混匀时间分别缩短至62 s和78 s。与传统机械混肥装置相比，气动装置在溶解时间（缩短15.4%~25.9%）和混匀时间（缩短15.4%~25.9%）上均显著提升，且多桶配置下成本与能耗更低。气动混合技术可有效解决传统混肥装置效率低、能耗及成本高等问题，为水肥一体化提供了高效经济的新方案，具有很强的应用价值。

泾河流域作为南水北调西线工程战略布局中入陕线的必经区域，地处干旱半干旱区，长期水资源短缺，是制约区域高质量发展的主要因素之一。泾河流域是我国传统的农业生产区和重要的粮食生产基地，干旱半干旱气候造成了流域内耕地依赖灌溉保障作物需水量。明确流域内主粮作物冬小麦和夏玉米灌溉需水量的时空变化规律，对流域未来高标准农田建设和相关水利设施规划具有重要意义。基于泾河流域22个气象站1990-2022年的观测资料，采用Penman-Monteith公式确定主粮作物的蒸散量，结合有效降雨量和作物系数等参数，系统计算分析了泾河流域近30年（1990-2022年）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变化趋势，变化速率分别为+11.99 mm/10 a和-1.0 mm/10 a，其中冬小麦5月的灌溉需水量最大，约为99.25 mm，夏玉米7月的灌溉需水量最大，约为51.52 mm；冬小麦的灌溉需水量在空间上整体呈现出自东南往西北逐渐增加的趋势，夏玉米则呈自东南和西北两个区域向研究区内部逐渐减小的趋势；气温和降水是影响泾河流域主粮作物灌溉需水量变化的基本气象要素，同时水汽压差和太阳辐射是影响灌溉需水量的关键要素，相关系数普遍都在0.80左右；研究时段内泾河流域灌溉需水总量因耕地面积的减小而呈明显的下降趋势，多年均值约为70.25亿m³，未来随着高标准农田建设的深入和南水北调西线工程入陕线的建设完成，将有望完全满足泾河流域主粮作物的灌溉需水。