河西走廊地区水资源短缺、不合理灌溉造成水资源的严重浪费，加之实际生产中小麦品种混杂、抗旱性不同，不利于发挥农田灌溉的最大效果。因此，为探究灌水对河西走廊不同小麦品种生长和产量的影响，筛选出适于该地区的小麦品种及相应的灌水量。于2018-2019年在甘肃农业科学院武威市黄羊镇试验站进行了不同品种小麦灌水试验，设置不灌水W0、灌一水W1（拔节期）、灌两水W2（拔节期和灌浆期）3个处理，选取该地区表现较好的5个不同抗旱性小麦品种（甘春24号、武春8号、陇春41号、陇春33号、宁春33号）为试验材料，测定旗叶叶绿素（SPAD）含量、过氧化氢酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）含量、干物质积累动态、收获期产量及产量构成因素等具体表现。结果表明，灌水可以提高小麦旗叶SPAD值、CAT活性，降低MDA含量，调节小麦干物质积累与分配。灌水还可以增加小麦千粒重和单位面积粒数，进而提高籽粒产量和收获指数，但拔节期灌水（W1）和拔节+灌浆期灌水（W2）处理之间产量差异不显著。陇春41号（LC41）在不同灌水条件下各指标均显著高于其他供试品种。因此得出，选用陇春41号（LC41）配合W1的灌水量，为适于该区的小麦种植模式，可获得较高的产量效益。

植物对Cd的吸收和运转能力较强，为了探明蓄水坑灌果园土壤和果实中重金属Cd的含量及其污染风险，以10年生红富士丹霞果树为供试材料，于2019年开展苹果树蓄水坑施灌试验。利用BCR法测定了果园土壤和果树各器官中重金属Cd的含量，并采用单因子法对土壤和果实中重金属Cd含量进行风险评价。结果表明：蓄水坑灌模式促进了果园土壤重金属Cd在土壤表层的累积和向土壤深层的迁移和转化，蓄水坑灌果园0~40 cm土层土壤重金属Cd含量在整个生长季的下降幅度较常规灌溉处理低7.59%~15.72%，而40~160 cm土层土壤重金属Cd含量下降幅度较常规灌溉处理高0.96%~20.95%；生育期末蓄水坑灌果园20~40 cm土壤Cd和传统灌溉果园在60~160 cm的土层范围内表现为不同程度的警戒级尚清洁状态；不同灌溉模式果树各器官对土壤Cd的富集量依次为根系>枝梢>叶片>果实，蓄水坑灌果树各器官Cd含量与吸收富集系数均大于传统灌溉处理，但不同灌溉模式果实中重金属Cd含量均低于我国可安全食用标准。研究结果旨在丰富果园蓄水坑灌理论，亦可为果园土壤环境修复提供科学依据。

研究对亏水灌溉条件下稻米籽粒外观品质的变化规律进行了分析，结果表明：水稻灌浆期，水分亏缺会导致稻米籽粒ABA与ACC等化学信号含量变化，从而实现对蔗糖淀粉代谢酶活性的调节。其中，轻度亏水造成的稻米籽粒中一定程度的ABA含量升高能够有效地增强稻米籽粒蔗糖淀粉代谢酶的活性，从而导致稻米籽粒中灌浆速率的升高和垩白度的降低；随着亏水程度的加剧，稻米籽粒中高水平的ABA含量亦会对籽粒灌浆造成不利影响。而稻米籽粒化学信号ACC与蔗糖淀粉代谢酶活性的关系则相对复杂，表现为ACC与ADPG焦磷酸化酶和淀粉分支酶成负相关，与淀粉合成酶成正相关。研究为利用化学信号优化稻米籽粒外观品质提供了理论指导。

由于温室滴灌系统模型参数易受环境变化的影响，导致传统模糊PID的控制精度不高，因此提出一种改进Smith预估补偿的滴灌系统模糊PID控制方法。MATLAB/simulink仿真实验结果表明，改进Smith预估补偿的模糊PID控制相比传统模糊PID具有更好的控制品质和更短的响应时间，且过渡过程更短、超调量更小、稳定性更高，控制效果明显提升；同时，蔬菜温室的田间测试结果表明，滴灌系统的最大超调量为5.95%，且系统稳定后，土壤湿度始终保持在60.22%左右，运行稳定且符合温室的灌溉要求，实现了灌溉的精准管理和精确控制，为发展设施农业精准灌溉提供一种新的解决方案。

为了探究风沙土内水分和养分分布，合理的利用风沙土资源。采用田间试验，以不同灌溉水量为试验因素，其中灌溉水量设置需水系数0.4（IR1）、0.6（IR2）、0.8（IR3）、1.0（IR4）、1.2（IR5）5个水平，施肥量采用推荐施肥量（纯氮）225 kg/hm2，通过测定不同灌溉条件下土壤水分和土壤硝态氮含量，研究风沙土玉米膜下滴灌不同灌溉条件对土壤水分和养分分布的影响。在风沙土上增大灌水量不能增加土壤的蓄水量，反可能增加土壤水分分布的不均匀性。水平方向上， 0~20 cm范围内灌水量越大，水分运动距离越远；在垂直方向上0~30 cm土层是土壤水分主要分布层。风沙土中硝态氮含量分布不均匀，有明显的集聚。水平方向上，灌水量越大，硝态氮含量峰值距离滴头位置越远；垂直方向上，硝态氮有明显的表聚现象，灌水量增加有利于提高各层硝态氮含量。土壤含水率与土壤硝态氮除表现为以正相关为主，在垂向分布上相关性较高外，空间分布的相关性并不大，且改变灌水量并不能提高两者相关性。在风沙土地区利用滴灌灌溉玉米时，为了更好地将土壤水分和养分控制在根系分布层内，推荐灌溉制度计算公式中的需水系数取0.8。

蒸散（ET）是水分交换的重要过程，对理解地表水平衡至关重要。基于安徽省寿县国家观测站多年的通量和气象数据，分析了江淮流域稻麦轮作作物ET变化特征，并利用通径分析方法分别对冬小麦和水稻ET的影响因子进行辨识。结果表明：①江淮流域稻麦轮作田多年均ET年总量为740.3 mm，其中冬小麦、水稻、裸地分别占比40.7%、52.3%、7.0%。冬小麦ET的日均值为1.40 mm/d，在生长季内ET变化表现为弱“双峰型”特征，两峰值分别位于出苗-三叶和开花期。水稻ET的日均值为3.23 mm/d，在生长季内ET变化表现为“单峰型”，峰值位于拔节期。②冬小麦ET主要受净辐射（Rn）和叶面积指数（LAI）影响，Rn的直接作用最明显，而LAI主要通过Rn路径对ET产生间接影响。水稻ET主要受Rn和20 cm土壤体积含水量（VSWC20）影响，Rn直接作用更明显。对比两种作物，Rn对其ET都起决定性作用，LAI对冬小麦ET作用明显高于水稻，而VSWC20对水稻ET促进作用明显，对冬小麦ET变化促进作用可以忽略。

潜在蒸散发（ET0）是估算作物需水量的基础。根据石羊河流域5个气象站5年的气温、风速、相对湿度等日气象要素资料，采用Penman-Monteith公式计算石羊河流域的ET0，建立六因子、四因子和三因子的支持向量机（SVM）模型与人工神经网络（ANN）模型模拟日ET0，对模拟值与计算值进行比较，以均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、确定性系数（DC）以及皮尔逊相关系数（R）作为模型的性能评价指标，对模型进行检验以获得模拟精度较高的模型。结果表明：相同因子输入下ANN模型较SVM模型在石羊河流域模拟日ET0有着更高的模拟精度。该研究可为气象要素资料不全的站点提供模拟日ET0的可行方法。

温室作物的耗水量与植株茎流变化密切相关，掌握温室作物茎流变化可提高灌溉制度的合理性。以温室滴灌番茄为研究对象，综合考虑气象因素和作物生长状况对番茄茎秆液流（Tf）变化的影响，探索了茎流计法监测温室番茄需水量的可行性，分析了不同典型天气条件下番茄Tf的变化规律及影响因素，考虑了叶面积指数（LAI）与Tf的关系，并与称重法进行了对比，最后采用通径分析法建立了气象因子与Tf的回归方程。结果表明，不同天气条件下，番茄茎秆的Tf表现为晴天>多云天>阴雨天。Tf与LAI密切相关，相关系数为0.77，达到了极显著水平（P<0.01），此外，采用LAI对Tf进行标准化后可减少不同植株之间的个体差异。通径分析法结果表明，气象因子与Tf之间的关系可以表示为Tf = 0.213 Rs +1.536 VPD -0.305，气温和风速对Tf 的影响主要是通过太阳辐射（Rs）和水汽压差（VPD）实现的，Rs对Tf的影响大于VPD。研究为基于茎流计法测定温室滴灌番茄需水量提供了理论依据。

缺水是京郊蔬菜产业可持续发展的限制因子。为探讨喷施外源物质及限量灌溉的应用潜力，研究设计田间裂区试验，考察喷施黄腐酸（FA）和甜菜碱（GB）以及调整滴灌水量（由DI1降至DI2）对生菜产量、水分利用、品质及种植收益的影响。结果表明：喷施FA、GB在DI1水量时分别使生菜增产6 735、9 736 kg/hm2，水分利用率提升8.4、12.2 kg/m3，种植效益增加18 558、26 425 元/hm2，同时检测到生菜叶片可溶糖含量及CAT酶活性升高的现象。DI1时，喷施GB还表现出增加生菜VC累积的作用。喷施FA和GB在DI2水量时亦起到增产增收增效的作用，但效果远不及其在DI1时，原因可能与DI2水量设置较低有关。滴灌水量由DI1降至DI2引起生菜明显减产及叶片抗氧化物酶活性的响应性升高，虽然减水后生菜水分利用率有明显提升，但生菜产量及种植收益的大幅降低使其不具有生产推广性。综合认为，DI1+GB和DI1+FA为适合于生菜生产的节水增产措施。

为探明水肥施用量对夏玉米生长的影响，在山东省灌溉试验中心站开展田间小区试验，对比研究不同水（70.5 mm、125.5 mm，记为I1、I2）、不同供氮（145、195、245 kg/hm2，记为N1、N2、N3）与供磷（60、95、120 kg/hm2，记为P1、P2、P3）条件下的夏玉米生物学特性和产量。结果表明：水肥管理对夏玉米株高、叶面积指数（LAI）、产量的影响较大，其差异达到了显著水平（P＜0.05），灌水较施肥对其影响更为显著；在灌水量一定的条件下，夏玉米株高、叶面积指数与产量都随着氮磷施用量的增加先增加后减少，I2N2P2处理更有利于夏玉米的生长。相同的灌溉量与相同施氮（磷）量下，干物质最大增长速度随着增施磷（氮）肥量先增大后减小，最大增长速度出现的时间随着增施磷（氮）肥量先提前后推迟；通过线性拟合得出在一定范围内株高、叶面积指数和干物质积累量对夏玉米产量的增加具有正相关性。I2N2P2处理下的氮磷肥偏生产力较其他处理较高。综上分析得在I2N2P2处理下夏玉米各生长要素和产量得到最优值。

为研究PAM和SAP联合施用对坡耕地土壤水分和马铃薯生长的影响效果，在内蒙古卓资县以不施材料为对照，设置喷施PAM+混施SAP与混施PAM+混施SAP各3组试验处理。结果表明：PAM和SAP联合施用后可以提高0～40 cm土层含水率，并且含水率随施用量增加而提高。H3与P3与对照相比最大增加26.97%和21.04%。施用PAM和SAP可提高苗期坡耕地0~80 cm土层贮水量，土壤贮水量与施用量呈正相关；但在马铃薯其他生育期，处理后的土壤贮水量低于对照。从播种到收获期，P2的马铃薯生物量达到最大，其水分利用效率比对照增加29.54%。因此，适量的施用PAM和SAP可改善土壤水分环境，增加马铃薯产量。

泵吸式施肥是一种直接借助泵前真空吸肥的简易施肥模式，已被广泛应用于小规模微喷田间施肥作业中。由于整个吸肥过程及其影响因素尚未被研究，致使泵吸式施肥系统的科学应用受到限制。建立了泵吸式施肥系统的管路数学模型，分别选取3种规格管径的肥水管和井水管，设定多种组合，模拟液位、管径、水泵动态扬程等因素对施肥系统水力性能的影响，可得出以下结论：肥水管流量受液位影响较大，井水管次之，干管流量基本保持恒定；肥水管管径与井水管管径相差越大，系统的抗干扰能力越强；泵吸施肥管路的水力计算必须要考虑离心泵的水力特性曲线；肥水管管径变化将导致肥水管流量的大幅度变化。

针对地表植被覆盖差异对遥感监测区域干旱精度的影响问题，通过GLDAS获取1978-2017年吉林省44个区县的降水、潜热通量和显热通量数据，以此构建了标准化波文比指数(SBI)，在此基础上结合标准化降水指数(SPI)，通过Copula函数构建出反映土壤水分和降水的综合干旱指数(MSBP)，并用其分析吉林省的干旱时空特征，通过比较SBI、SPI和MSBP在历史干旱严重年份上的表现，以及分析3种指数与粮食产量之间的相关性，以此评估不同干旱监测指数的应用效果。结果表明：①MSBP在描述干旱特征和干旱对粮食产量影响上更加全面和准确。②MSBP能较为准确地刻画出干旱过程的持续时间以及不同时间下的干旱强度。③在历史干旱严重的年份上，MSBP所刻画的干旱特征和实际发生的干旱过程较为一致。④MSBP能较好地反映出干旱对粮食产量所引起的波动变化。以上研究结果为区域干旱监测提供参考。

基于冰沟水文站、鸳鸯池水库站的长序列水文资料，通过Tennant 法、中位数改进法和众数改进法对比分析，最终确定了讨赖河干流在一般用水期和用水高峰期的生态流量，同时对现状水平年的生态下泄流量进行对比评价。结果表明：①冰沟水文站用水高峰期生态流量为2.332 m3/s，一般用水期为1.258 m3/s；而鸳鸯池水库站用水高峰期生态流量为0.989 m3/s，一般用水期则为0.778 m3/s；②现状水平年（2016年）冰沟水文站、鸳鸯池水库站的用水高峰期和一般用水期月平均流量均可达到相应生态流量的最佳范围；③2016年，冰沟水文站在一般用水期生态流量达到最佳生态流量的天数为181 d，鸳鸯池水库站的一般用水期生态流量达到最佳生态流量的天数为137 d，达到极好生态流量的天数为19 d，达到好的生态流量的天数为22 d。因此，冰沟水文站、鸳鸯池水库站均可基本满足河道一般用水期的生态流量。

土壤墒情是影响农作物生长状况重要参数之一，为提高农作物覆盖下地表土壤墒情反演精度，基于Sentinel-1 雷达数据和Landsat8光学数据，利用改进的水云模型得到拔节期玉米覆盖下的地表土壤后向散射系数, 并采用SAE深度学习的方法建立遥感影像与土壤水分之间的隐式映射,对玉米覆盖下的土壤墒情进行反演。结果表明：通过改进的水云模型去除植被影响后的反演精度有所提高，R2达到0.657 7,比传统的水云模型提高了0.150 6；RMSE为0.038 7 cm3/cm3，误差降低0.002 5 cm3/cm3，为利用多源遥感数据反演农田地表土壤水分提供了参考。

网式过滤器是微灌系统上广泛应用的过滤装置之一，微灌上常将不同过滤精度的过滤器组合使用以达到更好的过滤效果，但这同时也导致过滤器组出现了占据空间大、连接件多、清洗不便等问题。基于此，在分析网式过滤器过滤机理的基础上，设计了一种微灌多级复合网式过滤器，将不同过滤精度的筛网有效集中在同一壳体内，同时设计了对多级滤网进行清洗的刷体，并设计了控制装置。在设计的基础上，试制了样机，展开了水力性能试验，结果表明：自主研发的复合网式过滤器清洁压降变化规律仍近似于网式过滤器，可用幂函数表示；在过流量30 m3/h情况下，复合网式过滤器的水头损失仅1.5 m，证明了其结构的合理性。

为探究双介质和单介质过滤器在浑水条件下的水力特性，对石塑混合、石英砂与PVC塑料3种不同介质进行了室内物理模型试验，并对各介质滤料进行分析。结果表明：石英砂介质水力性能最差，堵塞快，水头损失大，但除砂率最好，表面堵塞严重；PVC塑料介质水力性能最好，但过滤效果差，堵塞很慢，导致除砂率低，并且不稳定，基本存在表面过滤；石塑混合介质的水力性能介于石英砂与PVC塑料介质之间，变化趋势跟PVC塑料介质大致相同，并且很接近，除砂率相对较好，滤层整体拦截泥沙，不存在大面积的表面过滤。石塑混合介质充分发挥各自的优势，水力性能接近PVC塑料介质，达到节能减耗，克服了单一介质使用的缺点，优化了过滤器内部滤层结构，避免滤层的表面过滤，分层拦截泥沙。试验为探索更多的多层复合介质过滤器提供技术支撑。

为研究黑龙江省中部地区玉米生育期内需水量、水分盈亏指数(CWSDI)、干旱等级变化和不同水文年灌溉制度，基于哈尔滨市1955-2014年气象数据、土壤数据和玉米作物参数，利用CROPWAT模型计算玉米生育期内需水量、有效降雨量和灌溉需水量，计算水分盈亏指数并划分干旱等级，采用Mann-Kendall趋势检验分析以上因素变化趋势，针对不同典型水文年制定灌溉制度。结果表明，该地区1955-2014年生育期内玉米需水量以9.41 mm/10 a的速率下降；丰水年、平水年，枯水年和特枯水年需水量分别为407.80、423.80、452.00和485.60 mm；多年平均CWSDI没有明显变化，生育期内每月CWSDI变化较为明显，干旱等级分析表明在玉米生长初期和生长后期较干旱；不同水文年干旱情况不同，除丰水年外，有效降雨量均难以满足玉米生育期内需水量，不同典型水文年应建立不同的灌溉制度。特枯水年、枯水年和平水年的灌水净定额分别为151.30、117.10和39.70 mm。

针对当前在节水灌溉管理模式优选方面研究的不足，基于G1法和改进熵权法建立了属性权重优化算法模型用来计算指标权重。对TOPSIS方法进行改进，建立了基于属性权重最优改进TOPSIS法的节水灌溉管理模式优选模型；并基于此模型开展实证研究，验证了该模型方法的可行性和有效性。

生态灌区是当前灌区发展的必然选择，是实现产业兴旺、生态环境优美、资源高效利用的主战场，新时代生态灌区建设将高效助力乡村振兴战略的实施。“红线”是具有法律效力的约束性指标，将生态灌区发展与“红线”有效衔接，为其绿色发展筑牢可持续的基石。在乡村振兴战略指导下，提出新时代灌区主要矛盾为产业质量低、绿色环境压力大、资源利用效率低与灌区人民对高产量高品质农产品长链产业、环境优美、生态宜居的可持续绿色发展需求之间的矛盾。通过文献分析和政策文件解读，对农业质量产量底线、生态与环境底线、资源开发利用上限生态灌区建设与管理“三条红线”进行分析，并从“三性四面”角度分析了与生态保护红线的联系与区别。“三条红线”的提出是乡村振兴战略背景下对新时代生态灌区建设与管理工作提出的更高层次要求，是解决新时代灌区主要矛盾的有效抓手，是积极推进生态灌区可持续绿色发展的重要举措，对生态灌区建设与管理具有指导意义。