以宁夏干旱区滴灌枸杞为研究对象，利用包裹式茎流计获取枸杞2015年全生育期（4月-10月）树干液流实时数据，土壤墒情监测站及自动气象站获取同期枸杞根区土壤含水率及试验区气象数据；利用研究区内国家基准气象站点近10年（2005年1月-2014年12月）日数据，得出枸杞生育期参考腾发量系列。构建干旱区枸杞蒸腾耗水与ET0，及其与SPAC系统关键要素的模拟模型，为明晰枸杞耗水规律及其需水诊断提供支撑。结果表明：枸杞生育期树干液流量（S）与参考作物腾发量（ET0）呈显著正相关关系（P=0.01），并符合S =0.3307ET0-0.201（R2=0.8221）的线性模型；与枸杞基径（r）、根区土壤含水率（θ）、太阳辐射（Rs）、温度（T）及饱和水汽压差（VPD）等参数也呈显著正相关关系（P=0.01），并符合多参数模型S4-10月=1.378r+0.017θ+0.004Rs+0.028T+0.34VPD-4.579（R2=0.693），模拟值与实测值误差在-5.80%—2.52%，累计平均误差分别为-0.93%（D=3.5cm）及0.69%（D=2.6cm），模拟精度较好。

为了探索春茬露地生菜滴灌条件下适宜的灌水量，设置了4种不同的滴灌灌水量处理，研究了不同灌水量对对生菜生长、品质和产量的影响，结果表明：在试验梯度范围内，不同的灌水量对生菜的株高、球径、Vc含量、硝酸盐含量等指标影响不显著，但极低水量处理的展开度、叶片数、单球重以及产量均显著低于高水处理。除可溶性固形物含量外，中水处理植株各指标均与高水处理差异性不显著。低水处理植株展开度、叶片数、单球重等指标与高水处理差异性不显著，但其可溶性固形物含量显著高于极低水量处理和高水处理，且该处理的水分生产效率达到最大，为33 kg/m3。综合考虑植株生长、品质、产量和水分生产效率等要素，低水处理（实际灌水93.3 mm）最适宜春茬露地生菜的生产，其产量达到了2797 kg/667m2。研究得出了春茬露地生菜各生育时期的作物系数，可以为实现春茬露地生菜滴灌施肥条件下的高效生产提供一定的科学依据。

以土壤施氮量、灌水量、土壤各层初始温度、各层初始含水率以及时间作为神经网络的输入因子，以土壤温度、含水率作为输出因子，基于 BP 神经网络，建立了拓扑结构为17-21-14的BP-W-T预测模型，利用 Matlab 软件对 BP神经网络进行训练，并结合实测值对温度分布和含水率分布进行检验。结果表明：土壤温度预测模型模拟值与实测值的平均相对误差、相关系数和决定系数分别为2.28%-3.36%,0.9540-0.9720,0.9102-0.9447；含水率预测模型模拟值与实测值的平均相对误差、相关系数和决定系数分别为1.87%-3.09%，0.9743-0.9926,0.9493-0.9852；该预测模型具有较高的预测精度和良好的稳定性，可以较好地描述温度梯度下土壤水热动态变化情况，为预测土壤温度与含水率提供了一条新的途径。

为研究交替微润灌溉对植物生长的影响，在大棚内用土箱种植空心菜，将交替灌溉与微润灌溉相结合，以常规充分灌水作对照，共设置3组处理，重复试验两次，研究交替微润灌溉下不同压力水头对空心菜生长的影响。研究结果表明：不同灌溉处理对大棚空心菜的单叶叶面积、植株鲜重及植株含水率具有显著影响(p＜0.05），对植株干重没有显著影响（p＞0.05），交替微润灌溉能得到更高产量。在微润管埋深15 cm，微润管间距30 cm的条件下，1.0 m压力水头最有利于植物生长。

在水资源十分紧缺的干旱地区，研究膜下滴灌技术，防止土壤产生盐渍化，对于缓解水资源的紧张状况，提高水土资源利用效率具有重要的理论和实际意义。本文通过两年大田定位试验研究了不同灌溉定额膜下滴灌春玉米农田水盐动态特征，春玉米产量及水分利用效率。研究表明，膜下滴灌灌水定额为430 m3/hm2时，土壤水分在0-100cm土层分布均匀，不会产生深层渗漏。连续两年的膜下滴灌能保证土壤耕作层处于良好的水盐环境，不会产生土壤盐分表层累积，但盐分累积区域有向土壤表层扩展的趋势。两年的春玉米产量及水分利用效率差异不显著。T2处理是膜下滴灌灌溉条件下最优的春玉米灌溉制度。

通过分析滴灌下不同施肥量对温室番茄生长、产量、品质及水分利用效率的影响，建立高效灌溉施肥管理制度，为设施番茄水肥一体化智能控制提供量化指标。通过小区试验，采用蔬菜冲施肥，设高、中、低、零肥四个施肥水平，F1(花果期N214-P2O567-K2O254kg?hm-2，收获期 N285-P2O589-K2O338 kg?hm-2)，F2(花果期N107-P2O533-K2O127kg?hm-2，收获期N142-P2O544-K2O169kg?hm-2)，F3(花果期N64-P2O520-K2O76kg?hm-2，收获期N85-P2O527-K2O101kg?hm-2)，F4（不施肥），灌水量相同。结果表明：试验条件下施肥量对番茄叶片数影响不显著，与株高和叶面积正相关，与茎粗成反相关关系；施肥量对秋冬茬番茄单果质量具有负效应，果实产量随着施肥量增加呈现先上升后下降的抛物线趋势；增加施肥量果实硝酸盐含量增加，可溶性糖含量和Vc含量呈现开口向下的抛物线趋势。综合番茄产量及品质性状，滴灌控漏灌溉管理下花果期施肥量N107-P2O533-K2O127kg?hm-2，收获期施肥量N142-P2O544-K2O169kg?hm-2可实现秋冬茬番茄节水高产优质高效生产。

以春小麦高原448、高原437、高原602和阿勃为供试品种，采用L16(43)正交设计，研究不同水分下限（田间持水量的50%，60%，70%和CK）和施肥量（0 kg/hm2，105kg/hm2，210kg/hm2和315kg/hm2）下春小麦产量和水分利用效率的差异。结果表明：不同因素水平对春小麦产量和水分利用效率影响显著。其中，产量表现为品种高原448、高原437>高原602、阿勃，水分下限CK≥60%、70%> 50%，施肥210kg/hm2≥105kg/hm2、315kg/hm2≥ 0 kg/hm2；水分利用效率表现为高原448≥高原437≥高原602≥阿勃，水分下限50%、60%、70%>CK，施肥105kg/hm2、210kg/hm2、315kg/hm2> 0 kg/hm2。为了达到节水高产的目的，本试验的最优组合为春小麦品种高原448，控水水分下限在60%或70%，施肥条件210kg/hm2。

为评价和探讨玉米秸秆覆盖在河套灌区的适用性及应用效果，试验设置地膜覆盖、秸秆覆盖和不覆盖处理，研究了不同覆盖方式对玉米土壤水肥热状况及产量和水分利用效率的影响。结果表明：玉米生育前、中期，秸秆覆盖0-100cm土壤含水率与地膜覆盖无显著性差异（P>0.05），具有较好的保墒效果，且两者0-60cm含水率均显著高于不覆盖处理(P<0.05)。玉米生育后期，秸秆覆盖0-60cm土壤含水率显著高于其他两个处理，说明秸秆覆盖更有利于土壤水分的贮蓄和持续利用。秸秆覆盖可有效提高表层0-20cm土壤养分含量，且以提升速效钾和速效磷含量最为显著。秸秆覆盖可有效调节土壤温度，为玉米的正常生长提供了适宜的土壤温度条件。秸秆覆盖条件下玉米产量和水分利用效率与地膜覆盖无显著性差异（P>0.05），但平均较不覆盖处理高24.18%和23.64%，差异性显著(P<0.05)。综合分析，玉米秸秆覆盖的种植方式较适宜在河套灌区推广应用。

干旱缺水已成为当今我国农业发展的主要限制因素之一，尤其在干旱半干旱地区。通过筛选出抗旱产量性状较好的谷子杂交组合，结合铺膜稀植栽培技术，实现极度干旱地区水分高效利用。结果表明：（1）只在播种前灌溉一次1200m3﹒ha-1水，且敦煌基本无有效降雨补充情况下，杂交谷子产量普遍达到5000 kg﹒ha-1，比对照高出1倍以上，其中最高为6106.05 kg﹒ha-1。（2）通过Pearson 相关系数，分析杂交谷子在覆膜处理下单株谷重与其他农艺性状的相关系数，其与分蘖的相关系数达到0.57593，为中度相关且达到极显著水平。（3）铺膜稀植可以有效减少土壤水分的无效散失，从而解决了降雨与谷子需水时期不相符合的矛盾。本研究对有效地应对极端气候发生，保护水资源及保证粮食具有重要的意义。

为了分析不同矿化度微咸水滴灌对土壤水盐分布及西葫芦生长的影响，本文进行了西葫芦不同灌溉水矿化度条件下微咸水膜下滴灌温室种植试验，试验设3个矿化度水平，分别为1.7g/L、3.5g/L和5.1g/L。试验结果表明：采用不同矿化度微咸水滴灌后土壤水分分布区域不同，在二维空间内大致呈半椭圆状，且矿化度越高，区域越窄深，矿化度越低，区域越宽浅；生育期结束后，各处理0~20cm土层土壤电导率均低于土壤初始电导率，1.7g/L处理的积盐区主要集中在20~30cm土层，3.5g/L处理和5.1g/L的积盐区主要集中在30~40cm土层，说明盐分被淋洗至湿润锋附近，且灌溉水矿化度越高，该土层土壤的电导率越大；随着灌溉水矿化度的增大，西葫芦的出苗率降低，出苗时间延长，西葫芦的叶面积指数和产量也会受到一定程度的抑制作用。

为探索大尺寸半固定式喷灌系统适宜的灌水技术参数，通过田间试验研究不同工作压力、不同喷头间距组合以及不同风速条件下大尺寸半固定式喷灌灌水均匀度。试验结果表明，在推荐工作压力范围内，单喷头的喷灌均匀度系数随着工作压力的增加呈提高趋势；无风环境下，工作压力为425 kPa时，喷头间距不大于35和39 m时，灌水均匀度可以达到90%和80%以上，喷头间距控制在35~39 m比较适宜；风速在0~1、1~3和3~5 m?s-1范围内，喷灌灌水均匀度达到75%以上的喷头间距组合分别为不大于39、30和20 m，说明，风速在0~1和1~3 m?s-1范围时，喷头适宜间距分别为39和30 m，当风速超过3 m?s-1时，风速是影响喷灌均匀度系数的主要因子。本试验条件下，大尺寸半固定式喷灌系统适宜的间距为30~39 m。

以三江平原粮食主产区—佳木斯地区1959-2014年月降水量和月平均气温、日照时数、平均相对湿度、平均风速和平均气压等数据为基础，采用小波变换、多元线性回归等方法分析了佳木斯地区1959年以来月降水量的周期特征以及与其影响因子之间的关系。结果表明：佳木斯地区月降水量具有明显的三个主周期，分别为12、288和480个月；影响月降水量的主要影响因子为平均相对湿度和平均气温，其次为平均气压和日照时数，最后为平均风速。研究成果可为三江平原粮食主产区雨水资源高效利用提供理论依据。

虚拟水战略是农业产业结构优化的有效途径之一。通过测算分析广西主要农作物的虚拟水含量，对其农业产业结构进行优化。结果表明：广西主要农作物的虚拟水含量差异非常大，油菜籽的虚拟水含量高达8.733 m3/kg，是蔬菜的54倍。2000-2014年，农作物虚拟水含量的变化趋势也不尽相同，稻谷、甘蔗、木薯和蔬菜较为平稳，小麦、油菜和烤烟处于波动状态，豆类、薯类和玉米总体呈下降趋势。经规划后，各主要农作物的种植面积都有不同程度的调整。与现有种植模式相比，经济效益模式的农作物产值增加了5.43%、但水资源总体消耗量依旧很大，生态效益模式的农业产值基本持平，但其虚拟水总量却减少5.47%。在此基础上，提出了广西农业产业结构的优化对策。

在严重缺水的河北省，如何合理利用稀缺的水资源已经成为一个热门话题。为了合理保护和利用这些坑塘，把丰水期的水储存起来做到夏水春用，实现地下水开采量的减少，和水资源的充分利用，该文基于Landsat系列卫星的TM / ETM+ / OLI遥感影像，运用遥感技术中的改进的归一化差异水体指(MNDWI)，完成了对河北省地下水压采工程区的坑塘水体进行了提取。从而统计出了坑塘数量、面积并估算了研究区范围内夏季的蓄水量。研究表明：坑塘的分布呈北多南少、东多西少的格局；在气候和人为因素影响下，在2000-2014年的15年间，河北省地下水压采工程区内坑塘个数和面积总体呈逐年减少的趋势。该文还分析坑塘作为灌溉水源的保障能力波动情况，2000年、2007年和2014年坑塘的蓄水量约为5.09×108、3.76×108和1.95×108 m3。该研究对减少河北省地下水资源的开采和保障研究区农业灌溉有重大意义。

采用灰色关联分析和改进的蚁群聚类算法对我国31个省市自治区2004~2014年间的水资源短缺风险进行聚类分析。结果表明：（1）工业用水、生态用水、水资源总量和生活用水对我国水资源短缺风险的影响最大；（2）基于Iris和Zoo数据集，在20次迭代实验的平均值上，改进蚁群聚类算法相比基本蚁群聚类算法在F-measure上分别增加了10.1%和6.4%，在总偏离误差上分别下降了32.057和24.926；（3）对于我国水资源短缺风险聚类结果，根据正态分布建立分级阈值，浙江、江西、安徽、福建、湖北、湖南、广东、广西、四川、贵州、云南、西藏、新疆、青海和黑龙江水资源短缺风险低，重庆中等，其余省份高；基于七大区域，华中和西南地区低，华东、华南和西北地区中等，华北和东北地区高。

开展作物节水控盐研究，对于实现水资源的高效利用与农业的可持续发展意义重大。以新疆孔雀河流域为研究区域，采用两种灌溉定额研究了棉花在不同盐渍化程度土壤中的生长特性，结果表明：灌水频次相同时，灌溉定额和株高成正相关性；灌溉定额相同时，灌水频次和株高成正相关性；高盐渍化土壤，小灌溉定额时大灌水次数棉株成铃数多，且单铃较重。大灌水定额时，小灌水次数棉株成铃数多，但单铃重小；低盐渍化土壤，小灌溉定额时小灌水次数棉株成铃数多，但单铃重小。大灌水定额时大灌水次数棉株成铃数多，但单铃重小；从水分生产效率角度考虑，在盐渍化土壤中种植棉花，大频率灌水有利于提高棉花水分生产率。

利用3S技术对辽河河口湿地覆被信息进行提取，为生态环境需水量计算提供数据基础。根据研究区的实际情况和生态系统特征确定生态环境需水量的计算类型和计算方法，经计算结果表明：适宜生态环境需水量为2.74×108m3/a；多年平均降雨下、75%频率下和95%频率下对应的最小生态环境需水量分别为0.78×108m3/a、0.94×108m3/a和 1.10×108m3/a。为有利于水资源的优化配置，给出了它们的生态环境逐月需水过程。在缺水的情况下，最小生态需水量计算是非常重要的。

从部门结构和地区结构分析了玛纳斯河流域2001-2014年用水现状和趋势，以及各地区用水效率；采用支持向量机回归方法构建需水模型，并进行了短期需水预测，利用主成分法分析需水影响因素。研究期内玛纳斯流域用水量变化不大，其中农业占90%以上，有下降趋势，其他部门用水比例有一定的上升；各地区用水量比较固定，石河子地区占最大比例，其次是沙湾，玛纳斯最少；流域单位用水总产出和第一产业产出都不高，增长缓慢，第二产业单位产出最高，增长迅速；各地区单位用水总产出差异不大；流域用水效率较高。支持向量机回归对玛纳斯河流域需水量的拟合和预测效果较好，模型预测出短期内流域总用水量略微下降。流域人口和经济社会的发展是影响需水量的主要因素，其次是气温和降水等气候环境因素的影响。

为探讨生物炭在河套灌区玉米种植过程中的适用性，试验设置不施用生物炭（CK）、生物炭施用量为15 t/hm2（ST1）、30 t/hm2（ST2）、45 t/hm2（ST3）和60 t/hm2（ST4）共5个处理，研究了不同施炭量对玉米土壤水分、土壤温度以及株高和产量的影响。结果表明：不同处理含水率随施炭量的增加呈现先增加后减小的趋势，但均明显高于处理CK，且在生物炭施用量为45t/hm2时对玉米土壤含水率增幅最为显著，各生育期平均较对照处理CK高12.95%、14.83%、11.06%、8.86%和10.40%。随生物炭施用量的增加，表层0-25cm土壤平均温度呈递增趋势，且全生育期内，不同生物炭施用量处理土壤温度均显著高于对照处理CK（P<0.05），生物炭施用量为60t/hm2时土壤增温效果最为显著，全生育期显著高于其他各处理（P<0.05）。适量施用生物炭可显著促进玉米的生长发育，全生育期内玉米株高随生物炭施用量的增加呈现先增大后减小的变化规律，在生物炭施用量为45t/hm2时对玉米株高的生长发育促进效果最优。施用生物炭可显著提高玉米产量，处理ST1、ST2、ST3和ST4分别较对照处理CK产量提高8.93%、14.14%、17.09%和15.43%，差异性显著（P<0.05）。综上所述，生物炭可显著改善土壤的水热环境，同时对玉米的生长发育和产量的形成具有明显的促进作用，且综合分析得出45 t/hm2的生物炭施用量较适宜在河套灌区玉米种植过程中加以推广应用。

知识获取一直是构建决策支持系统的一个关键问题，建立全面有效的知识库对于决策支持系统具有重要的意义。农业灌溉领域的知识并非只是专家的经验或某些数学模型就能概括的，许多客观存在的规律还未被人们认识。给出了自动获取知识的方法，包括基于网页、API、文本获取知识的方法，并建立相应的农业灌溉知识库，为农业灌溉提供决策支持。视觉是人类接收信息的主要途径，人类能够快速理解大量的可视化信息。本文首先运用可视化分析技术以直观的可视化方式分析了气象参数与作物蒸散量之间的关系，其次通过数据挖掘可视化分析技术生成决策树，对决策树可视化模型进行了分析与研究，发现其中重要模式，从中提取规则更新知识库，为农业生产者提供相关的决策知识。

IC卡技术作为重要的精细化计量设施，对于推动农业水价改革、实现农村地下水资源可持续发展具有重要的意义。本文基于河北省三河市的实地调研，运用多元有序Logistic模型分析了农户对农业灌溉中IC卡应用的参与意愿及其影响因素。调查结果显示，项目村中比较和完全愿意参加IC卡政策的农户共占73.46%。其中，男性、年均家庭总收入更高、认为使用IC卡后带来了效益（包括灌溉更加便利及时、灌溉用电安全性增加、用水纠纷与矛盾减少、水费征收更加公开透明、灌溉设备损坏频率减少）、认为使用IC卡操作简便的农户更愿意参加IC卡政策。家庭耕地块数越多的农户更不愿意参与政策。

量水设施作为灌区灌溉管理工作的基础性设施，其水力特性的研究是灌区量水的基础工作。该文基于FLUENT 6.3软件，采用VOF方法和RNG k-?湍流模型对弧角梯形渠道无喉道量水槽过槽水流进行三维数值模拟，对不同工况下的流速分布、水面线、水头损失等水力特性进行研究并建立相关的流量计算公式，与渠道流量进行对比分析。结果表明，当收缩比为0.57~0.74时，该数值方法能够在4.9853~33.5976 m3.s-1较大流量范围内测流，准确度较高，可为灌区渠系编制用水计划和调整供配水方案提供依据。

在农田灌溉中，流经渠系和田间的地表水流和地下水渗流回流到下游沟渠或河道中的灌溉余水统称为回归水。据分析，在现状工况保证率75%情况下，南江灌区可产生灌区余水4116.5万m3；在保证率90%情况下，产生灌溉余水371.4万m3。针对这部分水量的特点，从水量、水质两方面，研究回归水的开发潜力，评价其利用价值。

黑龙江省是我国耕地面积最大的重要商品粮生产基地，干旱的发生严重影响了其粮食产量。然而对其研究相对较少，干旱指数的适用尚不确定。以哈尔滨市为例，基于1951-2014年的长序列降水数据，分析了降水的年内分布情况，并利用降水距平百分比指标分析了不同尺度下干旱的发生情况。结果表明，该指标在哈尔滨市适用性较好，其年代旱情呈现20世纪70年代>21世纪>20世纪60年代>20世纪90年代>20世纪50年代、80年代；四季易发生干旱的顺序为冬、春、秋、夏季；4月、8月、11月易发生特大、中度、轻度干旱，特大干旱在年内发生的概率极不稳定，轻、中度干旱发生的概率较大。

为了及时准确获取灌区需水量数据，利用ArcEngine和C#作为开发平台和语言，结合GIS和RS的数据分析与影像处理功能，开发灌区需水量计算的应用系统。系统以遥感热红外波段反演的不同农作物土壤体积含水率与灌区的土地分类影像为依据，并根据不同作物的灌溉制度设置计算参数，经过系统运算可以快速得到灌区灌溉需水量的大小。通过对陕西泾惠渠灌区实例数据的计算结果分析表明，本系统具有动态监测和实效性，为指导灌区进行水资源优化配置和精准灌溉提供重要的基础数据。

梳理了“智能灌溉”应该具有的基本特点，阐述现代智能灌溉系统需要具备的核心要素：1、现场感知；2、人工智能化灌溉决策及自动化执行；3、深度反馈学习，自我修正；4、精准水肥一体化。

针对传统的水肥灌溉控制器开发中，由于软、硬件分时分步开发，存在算法嵌入复杂，开发流程长，软硬件循环调试等问题。介绍运用基于模型设计方法对水肥灌溉控制器的高效、快速开发。在Simulink平台中建立水肥控制算法模型和被控对象物理模型，创建系统设计需求追溯关系，多层次测试验证，快速迭代设计方法，在此基础上以STM32核心处理器配置相应芯片底层驱动支持包生成工具（Target Support Package），实现工程代码到嵌入式硬件需求全程自动化。实验结果表明，基于模型设计方法开发快速、代码质量高，且系统响应速度快和实时性好，大幅度提高了水肥灌溉效果。