为了解山东省水环境整体均衡状况，采用灰水足迹法定量分析水污染状况，并通过基尼系数以及不平衡指数中的匹配距离对山东省灰水足迹进行区域均衡性评价。研究表明：①山东省灰水足迹在2005-2017年总体呈现出下降的趋势。在灰水足迹组成中，农业所占比例最大，其次是生活，工业所占比例最小。②人均灰水足迹地区差异较小，而灰水足迹强度和水环境压力地区差异较为明显。工业灰水足迹均衡性最差，农业灰水足迹均衡性最好。③菏泽市、德州市和聊城市的地区灰水足迹过大，临沂市的水环境压力最小，青岛市的灰水足迹强度最小，菏泽市灰水足迹强度最大。在此基础上，就提高山东省灰水足迹区域均衡性和匹配性提出了一些切实可行的建议。

基于作物模型对作物蒸散耗水过程和水分-产量关系进行模拟研究，可为提升作物水分利用效率和农业水资源综合管理提供关键科学依据。以北方农牧交错带雨养裸燕麦为研究对象，通过2018年和2019年大型蒸渗仪观测数据以及结合校准后的RZWQM2作物模型，对雨养状态下裸燕麦的蒸散结构和水分产量关系进行了研究，并量化了灌溉总量分别为30 mm、60 mm、90 mm和120 mm 4种灌溉制度下的裸燕麦生物量、产量、水分利用效率和灌溉生产效率的响应特点。结果表明：①在裸燕麦完整生育期内，作物蒸腾主要表现在拔节期（35.50%）、孕穗期（23.54%）和开花期（28.26%），月总蒸散量表现为6月最小（10.40 mm）、8月最大（164.10 mm）；②与雨养处理相比，裸燕麦在总灌溉量为60 mm的平均叶面积指数增加均大于10%，平均生物量增加大于20%，产量分别增产7.49%和9.50%；③裸燕麦总灌溉量为60 mm的水分利用效率分别达到0.91 kg/m³和1.34 kg/m³，灌溉水生产效率均高于总灌溉量为30 mm、90 mm和120 mm处理的33.3%~50.0%。研究结果对该地区裸燕麦高产和水资源高效利用提供理论依据。

为揭示原状土与回填土潜水蒸发之间的差异性，利用五道沟实验站蒸渗仪2017-2019年冬小麦与夏玉米日潜水蒸发试验数据,对砂姜黑土原状土与回填土2种土壤蒸渗仪作物全生育期潜水蒸发量进行了对比研究。结果表明：冬小麦和夏玉米全生育期原状土与回填土潜水蒸发量存在差异，其中2017-2018年和2018-2019冬小麦日平均潜水蒸发量回填土比原状土多0.53 mm/d，2018-2019夏玉米日平均潜水蒸发量回填土比原状土多0.84 mm/d。分别建立了冬小麦和夏玉米全生育期回填土与原状土日潜水蒸发量线性关系，冬小麦为 E_{g\mathrm{0}} = \mathrm{0.78} \text{?} E_{g\mathrm{1}} + \mathrm{0.041}，Ｒ ²为0.987，线性关系极显著(P＜0.01)；夏玉米为 E_{g\mathrm{0}} = \mathrm{0.509} \text{?} E_{g\mathrm{1}} + \mathrm{0.010} \text{?} \mathrm{4}，Ｒ ²为0.944，线性关系极显著(P＜0.01)。可以利用回填土与原状土潜水蒸发量关系估算原状土潜水蒸发量。利用蒸渗仪法开展潜水蒸发及蒸散发等要素实验研究，建议采用原状土蒸渗仪。

探讨生物炭与秸秆还田两种还田方式对潮土区冬小麦产量及水分利用效率的影响，可为秸秆资源高效农业利用提供理论依据。通过田间小区试验，设置对照（CK，无秸秆及生物炭还田），秸秆还田量为玉米秸秆干物质量的0.5（S0.5）、1.0（S1.0）、1.5（S1.5）、2.0（S2.0）倍，生物炭为等量玉米秸秆炭化（450 ℃）后还田（B0.5、B1.0、B1.5、B2.0），共9个处理，分析不同秸秆与生物炭还田量对冬小麦生育期土壤含水量、株高、干物质积累与转运、产量及水分利用效率的影响。结果表明，S2.0处理对冬小麦返青期、拔节期和开花期0~100 cm平均土壤含水量促进效果最佳，B2.0处理更好的促进成熟期平均土壤含水量增加。与对照相比，两种还田方式均促进冬小麦成熟期株高和地上干物质量的增加，并均提高冬小麦花后干物质积累量、籽粒产量及水分利用效率，其中B1.5、B2.0处理可以显著提高冬小麦成熟期株高、籽粒产量及水分利用效率。因此，与秸秆直接还田相比，玉米秸秆1.5~2.0倍炭化后还田有利于潮土区冬小麦生长发育，提高冬小麦籽粒产量及水分利用效率。

在日常使用中，有时喷灌机入口处的水源并不能保持稳定供水，导致其压强流量均存在一定的随机波动，对喷灌机的灌溉效果产生影响。为探究非稳定供水对于喷灌机内部压强分布的影响，主要针对喷灌机不同配置下其管道内的压强流量分布规律进行研究。当喷灌机静止的情况下，在喷灌机各处安装压强传感器实时监测压强变化，并对压强数据进行处理分析。结果表明，使用非稳定的给水栓进行供水时，喷灌机入口处的压强变化波动较大，当变频泵未运行时，变异系数最大达到了10.72%；试验中喷灌机入口处的平均压强随着喷嘴尺寸的增加而减小，从喷灌机入口处至尾端的平均压强的损失与变频泵运行频率呈正相关关系；喷灌机入口处平均压强振幅随变频泵运行频率的提升先减小后增大。此水源下，喷灌机内瞬时压强的变化随机性较强，但在其平均压强等参数上仍存在一定规律，在实际运用过程中，能够选取波动较小的参数配置进行灌溉，以提升灌溉效果。

为探究生态因子对农业干旱的影响程度，提高农业干旱脆弱性的评价精度，在总结前人研究经验的基础上，从自然敏感性、社会敏感性、恢复力3个准则层考虑，以安阳市为例选择了包括标准化降水指数、作物水分亏缺指数与生态类因子—温度植被干旱指数（Temperature vegetation dryness index，TVDI）等在内的8项指标来构建农业干旱脆弱性综合评价体系。通过比较评价结果与实际逐年减产率的时空差异来验证综合评价指数的可靠性，并利用因子贡献法分析了温度植被干旱指数对农业干旱脆弱性的影响程度。结果表明：①在2003-2018年间，该市干旱主要受气候环境因子影响，发生频率较高，大约为63%。综合评价指数能较好识别干旱，且含TVDI的评价精度比不含TVDI的提高了12.5%；②在时空分布上，评价结果与逐年减产率的变化趋势基本一致，且该市干旱主要发生在太行山脉以西的北部平原；③生态类因子在脆弱性指标体系中的贡献程度较高，温度植被干旱指数在敏感性因子与自然型因子中所占的比例最大可分别达到10%与23%，在未来农业干旱脆弱性研究中应重视起生态类因子对干旱的影响。

为降低夏季高温时温室内的温度，通过试验研究双拱双膜温室单喷头喷雾降温过程。探究单喷头不同雾化指标、喷雾时长及侧窗开闭条件下的室内温湿度变化规律。结果表明：①固定喷头工作时间和喷嘴直径，增大水压力，降温和增湿幅度增大；固定喷头工作时间和水压力，增大喷嘴直径，降温和增湿幅度增大。固定相同的雾化指标，降温和增湿幅度随喷雾时间的延长而增加。②当温室内初始温度为40 ℃，喷雾5 min且关闭侧窗时，设置不同水压力和喷嘴直径，温度降低2~4 ℃，相对湿度增加20%~30%；开启侧窗时，温度降低5~7 ℃，相对湿度增加5%~10%。喷雾的同时开启侧窗，可在降低温度的同时，降低室内增湿幅度。③水压力0.25 MPa、喷嘴直径0.75 mm、喷雾时间10 min并配合侧窗通风为该试验降温效果最优且能耗最低的工况，可为双拱双膜温室夏季的快速降温提供参考。

为研究滴灌条件下不同施肥处理对辣椒农艺性状、产量及品质的影响,以河南省艳红辣椒品种为试验材料，设置4种施肥处理：A(不施肥)、B（有机肥+复合肥）、C（复合肥）、D（有机肥）,并保证B、C、D三种处理的氮肥施用量相等。结果表明，不同的施肥处理对辣椒的农艺性状、产量及品质影响显著。从辣椒农艺性状、产量和品质方面综合考虑,施肥处理优劣的排序是B＞D＞C＞A。即单施复合肥和不施肥不利于辣椒生长，产量也低。有机肥和复合肥混施，辣椒的农艺性状、产量和品质得到了全面提升，且辣椒维生素C的含量最高。单施有机肥的辣椒生育期的总产量及维生素C的含量略低于有机肥和复合肥混施，但单施有机肥对辣椒粗蛋白和辣度的形成高于有机肥和复合肥混施。

为优化我国华北平原地区夏玉米种植的水氮管理方案，利用通过位山引黄灌区下游临清市2019-2020年夏玉米田间试验得到的数据，在RZWQM模型中对水分、养分以及生长模块进行参数率定和验证。结果表明：经过模拟参数优化后，土壤含水率、NO₃ ^--N含量与作物产量的均方根误差（RMSE）和平均相对误差值(MRE)均在可接受范围内。利用校准后的RZWQM模型，模拟24种不同水氮条件下的作物产量、水氮利用效率和NO₃ ^--N淋溶过程，综合考虑作物产量、水氮利用以及环境效应，推荐水氮管理方案为灌水量166 mm、施氮量180 kg/hm²，研究为位山引黄灌区下游的农田水肥管理优化提供了理论依据。

灌溉是维持半干旱区作物生产的重要措施，节水灌溉技术因各国国情、地理和气候条件的不同会有所差异，发展节水灌溉是未来农业灌溉的前进方向，是迈向精准农业、智慧农业的必经之路。干旱与半干旱地区的农作物生长发育受灌溉因素影响较大，了解作物应对灌溉的生理响应机制可改善灌溉条件下作物的生长发育状况，为灌溉条件下作物产量的形成奠定基础。从国内外的农业灌溉现状出发，总结了近年来农业灌溉对作物产量形成特性、养分的积累与转运特性和生理特性的影响，为农业灌溉和作物在灌溉条件下的生理响应机制研究提供理论依据。

为探究黄土高原半干旱区不同灌溉方式对侧柏人工林土壤理化性质的影响，在兰州市小青山水土保持科技示范园区侧柏人工林地选取喷灌、穴灌和漫灌3个灌溉处理开展试验，通过田间试验与室内分析相结合的方法，分析不同灌溉方式下土壤理化指标的变化特征。结果表明，不同处理侧柏人工林土壤含水量、孔隙度及持水量均随土层深度的增加而减小，土壤容重表现出相反的趋势。不同灌溉方式下，喷灌地土壤容重和含水量均小于漫灌地，孔隙度和持水量均大于穴灌地和漫灌地。不同灌溉方式的土壤养分指标也有所不同，土壤有机碳、全氮、水解性氮、速效钾基本均随土层深度的增加而减小，且表现为喷灌地>漫灌地>穴灌地，土壤pH、有效磷变化无明显规律。3种灌溉方式中喷灌改善土壤理化性质的效果最好，是一种更适合于侧柏人工林的灌溉措施。

为探寻深度学习模型在区域参考作物蒸散量（Reference crop evapotranspiration，ET ₀）估算中的适用性，以山东省为研究区域，选取了深度神经网络（DNN）、时间卷积神经网络（TCN）和长短期记忆神经网络（LSTM）3种深度学习模型，极限学习机模型（ELM）、广义回归神经网络模型（GRNN）和随机森林模型（RF）3种传统机器学习模型，Hargreaves-Samani模型（HS）、Droogres-Allen模型（DA）、Priestley-Tayor模型（PT）、Marrink模型（MK）、WMO模型（WMO）、Trabert模型（TRA）6种经验模型，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，找出了适用于山东省ET ₀估算的最优模型，结果表明：相同气象参数输入条件下，机器学习模型精度普遍优于经验模型，而3种深度学习模型精度最优，TCN模型在所有模型中精度最高；输入辐射资料的模型精度普遍高于温度模型和质量传输模型，TCN2模型GPI为1.036，在所有模型中排名第1。因此，TCN模型为山东省ET ₀的最优估算模型使用。

为研究不同干旱条件下夏玉米根系生长的适应能力以及根系在旱后复水情况下的恢复能力，以‘登海618’为试验材料，通风棚下设置轻旱、中旱、重旱、特旱后同等复水条件4个处理组以及1个正常供水对照组，分析了不同干旱及旱后复水下土壤含水量的变化以及对夏玉米根系形态和根生物量的影响。结果表明：①4种干旱处理下，土壤深度10、30、50、70 cm含水量在复水前5 d成缓慢下降趋势，复水后10 cm层土壤含水量在1 d内骤增然后再下降，分别增加了3.91、6.55、8.68、10.48个百分点；从垂直方向看，中旱以上程度的干旱土壤含水量总体趋势随着土壤深度的增加而增加。②在抽雄-灌浆期发生不同程度的干旱对夏玉米根系影响不同，适度干旱对根系生长有利：中旱有利于根系下扎伸长。其他程度干旱的发生对根系整体是不利的，会导致根尖数、根体积均低于对照组。干旱作用下导致根系变细进而细根比例增加，轻旱、中旱、重旱、特旱下0~0.5 mm直径根长比对照组高2.98%、12.35%、18.62%、7.12%；旱后复水夏玉米根直径吸水变粗，进而影响0~0.5 mm直径根体积占比比干旱时少。③不同程度的干旱，均不利于根系生物量的积累，轻旱、中旱、重旱、特旱组根干重分别比棚内对照组少39.49%、59.62%、53.98%、9.37%，干旱程度越高，复水后根干重增加越小。保证适宜的水分是夏玉米生长的关键。

参考作物蒸散量（ET ₀）的准确计算是制定作物灌溉制度和区域灌溉用水量计划的基本依据。为提高中国不同气候区域ET ₀计算精度，以FAO56 Penman-Monteith（PM）模型为标准，对28个基于温度和辐射的ET ₀经验模型在中国温带季风区（TMZ）、温带大陆区（TCZ）、高原山丘区（MPZ）和亚热带季风区（SMZ）的适用性进行评价。结果表明：全国范围内ET ₀辐射模型精度高于温度模型，温度模型在TCZ区表现最佳，而辐射模型在SMZ区精度较高。TMZ和TCZ区推荐FAO24 radiation模型（RMSE为0.245、0.237 mm/d，MAE为0.210、0.199 mm/d，ENS为0.975、0.986）；MPZ和SMZ区为PT模型（RMSE为0.179、0.159 mm/d，MAE为0.133、0.125 mm/d, ENS均为0.978）。温度法在TMZ和MPZ区B-R模型表现较好（RMSE为0.245、0.71 mm/d，MAE为0.337、0.208 mm/d，ENS为0.923、0.95），TCZ区推荐模型MB（2005）（RMSE为0.354 mm/d，MAE为0.249 mm/d，ENS为0.968），SMZ区HScor模型精度较高（RMSE为0.255 mm/d，MAE为0.195 mm/d，ENS为0.944）。因此数据资料充足时不同气候区ET₀ 估算分别推荐FAO24 Rad、FAO24 Rad、PT、PT模型（辐射法）；数据资料不足时最优选择为B-R、MB（2005）、B-R、HScor模型（温度法）。

为了研究水肥药一体化对宁南山区土壤养分及芹菜产量品质的影响，在宁夏固原市西吉县硝河乡关庄村进行田间试验，试验采用裂区设计，主区为T₁（不施药）、生物药剂T₂（木醋液）、生物药剂T₃（阿维菌素）3个处理，副区为不同制剂液态肥（A₁常规施肥、A₂功能性全元液体肥+70%CK、A₃功能性微生物制剂+70%CK）。结果表明，水肥药一体化条件下，施药与施肥交互作用对土壤有机质含量影响不显著（p>0.05），但是对土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量影响极显著（p<0.01），其中T₃A₂组合对土壤养分提升最显著，与对照T₁A₁组合相比，土壤有机质含量增加9.70%、土壤有效磷增加56.04%、土壤速效钾增加32.10%。在芹菜全生育期，药肥交互组合T₃A₂处理下芹菜的株高表现最优；施药与施肥交互作用对芹菜叶绿素SPAD值和净光合速率的影响不显著（p>0.05），但与对照T₁A₁组合相比，T₃A₂组合处理下芹菜叶绿素SPAD值和净光合速率表现最优。施药与施肥交互作用对芹菜产量影响不显著（p>0.05），与对照T₁A₁组合相比，T₃A₂组合使芹菜产量增产最多。施药与施肥交互作用中，与对照T₁A₁组合相比，T₃A₂组合对芹菜Vc、总糖含量提升最多，分别提升1.06倍、29.08%。综上所述，水肥药一体化条件下，药肥组合中T₃A₂组合为最优处理，可以提高宁南山区芹菜的生长、生理指标，进而提高芹菜的产量和品质，同时还可以提高耕层土壤养分，改善土壤环境。

研究南疆和田地区滴灌条件下不同灌水量对骏枣萌芽期、新梢期和花期生长的影响及土壤水分动态变化情况。通过设置5个水分梯度，研究其对南疆骏枣树新稍、叶片、枣吊生长特征及土壤含水量动态变化的影响。灌水量处理为6 300 m3/hm²时新稍增长速度最快，枣树叶片长、枣吊长、开花数生长量均较其他处理明显提高。此时萌芽期平均耗水强度最小，开花坐果后期平均耗水强度最大，萌芽期到开花坐果后期总耗水量变化范围为330.88~428.92 mm。试验区土壤（0~100 cm土层）水分存在明显分层现象，其中80~100 cm土层水含量最高、0~20 cm最低。灌水量与土壤水分也未表现出正相关关系，增大灌水量并没有显著提高土壤水含量。在南疆和田地区6 300 m3/hm²灌水量处理相对最适宜滴灌条件下骏枣生长。