作物水分利用效率，是农业节水研究的主要指标之一，为研究分析不同的华北地区冬小麦作物水分利用效率评价指标之间的相关性及其适应性，采用作物生长模型DSSAT，基于田间试验数据率定优选的参数，采用数值模拟的形式，模拟地面灌溉条件下不同水平年华北地区冬小麦生长过程及产量分布，获得不同灌溉制度情景方案下的作物模拟产量，基于模拟结果，分析评价作物水分生产率WP、灌溉水分生产率WUE_ti 、广义水分利用效率WUE_u 、灌溉水利用效率WUE_I 等4个评价指标值。结果表明：WP、WUE_ti 、WUE_u 数值都呈现随灌溉定额先增加再减少的趋势，较为全面地体现了产量与耗水量的关系，WP的计算较为复杂，数据指标获取难度及误差积累可能会影响结果可靠性，建议谨慎使用。WUE_I 不考虑自然降雨对产量的贡献，虚高计算了灌溉对产量的贡献，数值偏大，不推荐使用。从各指标之间的相关性分析，WUE_ti 、WUE_u 相互之间及与其他指标之间的相关系数较好（P＜0.05），并且其物理意义更符合灌溉定额和灌水定额对产量的影响关系，可以较为全面的反应作物水分利用效率，推荐作为评价灌溉制度的指标。

为解决农户传统水肥一体化灌溉方式中存在的施用营养液浓度均匀性差、劳动强度大、过量施肥等问题，研究设计了一种与膜下微喷灌高灌溉流量特性相匹配的大吸肥量、低成本的轻简水肥一体机。通过自主设计的性能测试平台对其吸肥性能进行了测试，从而确定了吸肥泵的安装位置。为验证该水肥一体机应用效果，首先检测了应用水肥一体机和传统方式下灌溉营养液浓度均匀性，然后按照追肥总量比传统方式减少30%的方案进行了日光温室黄瓜栽培对比试验。结果表明，在水肥一体机出口压力分别为0.09、0.11、0.13 MPa时，吸肥泵前置吸肥效果好于后置；应用轻简水肥一体机灌溉施肥与传统方式相比，灌溉营养液浓度的空间均匀性没有显著差异，但时间均匀性差异显著，传统方式下灌溉营养液浓度随时间的推移不断下降，而应用水肥一体机的则保持稳定；在减施化肥30%情况下，与传统方式相比，应用水肥一体机灌溉仍可增产6.18%，每栋温室（670 m²）毎个生长季（7个月）可节约工时14 h，减施化肥27 kg，可提高效益2.15 万元/hm²。综上，该轻简水肥一体机灌溉营养液均匀、节省人工和肥料、提高生产效益，具有较好的推广应用前景。

针对宁夏玉米水肥热利用率低的问题，开展了滴灌土壤水肥热耦合对青贮玉米生长、光合及产量的影响研究。采用三因素三水平正交试验，利用极差分析和方差分析，得出了水肥热耦合影响青贮玉米各项指标的主次顺序、显著性及最优组合方案。结果表明：三因素影响鲜生物产量、籽粒产量的顺序均为灌溉定额＞追肥量＞根区温度；灌溉定额和追肥量对鲜生物产量影响显著，灌溉定额和追肥量对籽粒产量影响极显著，根区温度对鲜生物产量和籽粒产量影响不显著。青贮玉米的株高、茎粗、叶面积指数、净光合速率、蒸腾速率、鲜生物产量及籽粒产量随着灌溉定额、追肥量和根区温度的增大而增大。在生育期内降雨量为148 mm、地下水埋深1.66 m条件下，综合考虑水肥热耦合对滴灌青贮玉米生长、光合及产量的影响，确定三因素最优水平组合为A₃B₃C₂，即灌溉定额为2 520 m³/hm²、追肥量为594 kg/hm²（纯N为273.24 kg/hm²）、覆普通地膜，鲜生物产量和籽粒产量均最高，鲜生物产量为96 638 kg/hm²，比CK增产14.96%；籽粒产量为14 927 kg/hm²，比CK增产13.25%。可为引黄灌区青贮玉米高效节水灌溉土壤水肥热调控制度推广提供理论依据。

为了探讨全膜双垄沟播条件下糯玉米叶片过氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶活性、丙二醛（MDA）积累量、产量及水分利用率对不同水肥措施的响应，选择适宜糯玉米生长的最适宜水肥管理措施。设置2个灌水水平：I₀（控制4个时期土壤水分含量于适宜水平，具体为播种期、苗期至拔节前期、拔节后期至孕穗期及孕穗期至开花期分别为田间持水量的75%~85%、65%~75%、70%~80%及70%~80%）、I₁（控制2个时期土壤水分含量于适宜水平，具体为播种期、拔节后期至孕穗期均为田间持水量的75%~85%）及3个施肥水平：F₀（氮磷钾肥均基施）、F₁（氮钾肥基施加追施，基施、拔节期和大喇叭口追施比例为3∶3∶4，P肥全部基施）和F₂（氮钾肥基施加追施，基施、大喇叭口追施比例为3∶7，磷肥全部基施）进行研究。结果表明：不同水肥条件下叶片SOD、CAT变化趋势均为先增大至孕穗期后减小，POD、MDA全生育期逐步增加，I₀水平不同施肥处理间叶片MDA各生育期差异均不显著，SOD、POD、CAT对水肥敏感程度为POD＞SOD＞CAT，各处理糯玉米穗长、穗粗、行数及粒数均无显著差异，F₁I₀、F₂I₀可以显著增加糯玉米百粒干重，籽粒产量F₁、F₂高于F₀，I₀高于I₁，最高增产10.9%，因此在全膜双垄沟播条件下，F₂I₁为本年型最优水肥措施。

相关长度误差对于研究含水层渗透系数反演精度的提升起着非常重要的作用。基于数值实验，运用连续线性估计方法(SLE)对含水层渗透系数K进行反演，通过增加K实测值数据量来分析不同相关长度误差条件下，渗透系数模拟值与真实值之间的差值，从而分析得出K实测值数据量和渗透系数反演结果误差之间的关系。研究结果表明：K实测值数据量较少时，改变相关长度数值，会对反演结果造成误差。在相关长度误差存在的基础上，随着K实测值数据量的增加，渗透系数K的反演精度增加的幅度越来越慢。表明过多的K实测值数据量会造成数据冗余，在设置的数值实验中，K实测值数应小于30个。因此，在实际工程中可以根据其精度要求选取较适宜的K实测值数据量。

为了探索灌水量及灌水pH值对宁南山区冷凉蔬菜产量、品质和土壤化学性质的影响，采用大田裂区试验，灌水量为主区，设W₁：3 150 m³/hm²，W₂：2 700 m³/hm²，W₃：2 250 m³/hm² 3个水平，灌水pH值为副区，设B₁未处理pH=8.1（CK）、B₂处理pH=6.0和B₃处理pH=4.0 3个水平。结果表明：灌水量对土壤pH值的影响不显著；土壤pH值随着灌水pH值的降低而降低，与对照B₁相比，B₂和B₃处理下土壤pH值分别平均下降0.2和0.3，而土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾随着灌水pH值的降低先增加后降低，B₂处理下土壤养分最高；芹菜株高表现为W₁处理高于W₂和W₃，适当降低灌水pH值可以显著提高芹菜株高，W₁、W₂和W₃处理下，B₂处理株高最高；叶绿素SPAD值和净光合速率均随着灌水量的增加而增加， W₁比W₂、W₃平均分别增加4.0%、5.9%和6.6%、11.5%，随着灌水pH值降低而先增加后降低，B₂处理下均最高。芹菜产量随着灌水量的增加而增加，W₁比W₂、W₃产量分别平均增加5.6%、34.7%，灌水pH值各处理中B₂产量最高。芹菜Vc、总糖含量随着灌水量的增加而增加，W₁比W₂、W₃处理Vc、总糖含量分别平均增加2.3%、9.6%和4.9%、6.3%，随着灌水pH值的降低先增加后降低，B₂比B₁、B₃极显著提高，分别提高9.1%、15.1%和6.0%、13.2%；粗纤维含量反之，随着灌水量的增加而降低，W₁比W₂、W₃处理分别降低7.1%、13.7%，随着灌水pH值的降低先降低后增加，与B₁、B₃处理相比，B₂处理降低极显著，分别降低25%、30.2%。综上所述，在一定范围内增加灌水量、降低灌水pH值能够提高土壤肥力，同时可以促进芹菜的生长、生理特性，从而提高芹菜产量和品质。

为了探讨淡水资源匮乏地区微咸水与再生水的安全合理利用，通过盆栽试验，设4种不同比例再生水与微咸水（5 g/L）混灌处理，即再生水灌溉（T1）、微咸水-再生水1∶2灌溉（T2）、微咸水-再生水1∶1灌溉（T3）、微咸水灌溉（T4），并以清水灌溉为对照，研究了作物生长生理特性对微咸水与再生水混灌的响应。结果表明，较T1相比，混灌显著降低地上部生物量，对SOD活性具有一定提升作用，尤以T2最为显著，但对地下部生物量和其他生理指标无显著影响。随着灌溉水中微咸水比重的升高，丙二醛含量呈先升高后降低趋势，可溶性蛋白含量无明显变化规律。综合考虑各因素，可考虑再生水替代清水与微咸水配合使用，微咸水-再生水混灌比例以1∶2为宜。

为提高降水量预测的准确度，降低经济损失。针对降水量数据序列非线性、非平稳的特征，在已有灰色波形预测模型的基础上引入斜率和分位数，构造非等间隔斜率灰色波形预测模型。首先，采用斜率等高线解决降水量数据具有上升、下降或波动的特征；其次，引入分位数解决降水量数据非平稳的特征；再次，采用GM(1，1)模型对满足条件的等高时刻序列建模；最后，采用非等间隔斜率灰色波形预测模型方法及传统方法对河南省1990-2019年的降水量数据进行分析。结果表明：基于方法的降水量预测结果与实测结果更相符、预测误差更小，精度较高。提出的斜率非等间隔灰色波形预测模型能够对非等间隔、具有上升或下降趋势的数据序列进行有效预测。

在分根区交替滴灌和施肥量相同条件下，通过田间试验，研究了不同土壤水分和施肥方式对冬种马铃薯产量构成、产量、品质和水分利用的影响，以获得冬种马铃薯较优的水肥管理模式，为我国南方地区冬种马铃薯生产提供参考。在相同土壤水分处理下，NK_50-50（50%氮钾肥作基肥土施，50%氮钾肥作滴灌追肥）产量较NK_100-0（氮钾肥全作基肥土施）提高17.0%。NK_50-50时，W_A处理[苗期60%~70% θ_f （田间持水量），块茎形成期70%~80% θ_f，块茎膨大期75%~85% θ_f，淀粉积累期50%~60% θ_f ]马铃薯产量、单株薯重、单株薯数、商品薯率、维生素C含量、淀粉含量与W_B（苗期50%~60% θ_f，块茎形成期60%~70% θ_f，块茎膨大期70%~80% θ_f，淀粉积累期40%~50% θ_f ）的差异均不显著。NK_50-50时，与W_A处理相比，W_B处理马铃薯还原糖含量低，有利于马铃薯油炸。此外，NK_50-50时，W_B处理马铃薯水分利用效率较W_A处理提高20.7%。因此，在施N 150 kg/hm²，P₂O₅ 90 kg/hm²和K₂O 300 kg/hm²下，W_BNK_50-50处理是南方冬种马铃薯较优的水肥管理模式。

为解决黄河含沙水滴灌过滤粘粒不易去除的问题，采用对比试验方法，设置了竖直地埋管式（V）、水平地埋管式（L）、辐射井管式（R）、渗水井管式（S）4种非全流土壤排渗过滤装置，进行了非饱和土壤处理（V2、L2、R2）与饱和土壤处理（V1、L1、R1和S）条件下的黄河含沙水过滤性能试验。试验结果表明：V1、L1、R1处理比V2、L2、R2处理两次过滤的平均滤水量分别提高3.73%、9.52%和10.56%，平均滤水含沙量分别降低2.74%、3.95%和1.84%；S处理滤水量最大，L处理滤水含沙量最小。各处理稳渗滤水含沙量均小于0.3 kg/m³，大于0.1 mm且小于0.129 mm的颗粒仅占0.58%。通过滴灌试验验证，S、V、L处理灌水器的相对流量和均匀系数分别大于75%和80%，均满足滴灌使用。综合考虑，建议在实践应用中推荐渗水井管式（S）和水平地埋管式（L）非全流土壤排渗过滤装置，可以为引黄灌区高效节水灌溉的黄河高含沙水过滤提供技术支撑。

为探索肥料因素对滴灌施肥系统水力性能的影响，通过试验研究了肥液种类和浓度对滴灌带滴头流量和均匀度等水力特性的影响。结果表明：滴灌出流特性受肥料溶解性能影响，溶解性能越好，影响越小；水溶肥因其全溶于水的特性，对出流基本无影响，是滴灌施肥的首选肥料种类；复合肥随浓度增大，滴头平均相对流量Dra和灌水均匀度系数CU减小，且浓度越大，Dra、CU减小越大，堵塞率增大，滴灌带堵塞风险加大；不同温度复合肥加肥浓度阈值不同，10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃时其浓度阈值分别为4.0 g/L、5.0 g/L、7.0 g/L和8.0 g/L。实际应用中滴灌施肥系统根据温度等环境条件选取相应肥液浓度可控制系统堵塞风险。

考虑到Penman-Monteith FAO-56（PMF-56）模型在估算参考作物蒸散量（ET _ref）时受限于对大数据集的要求以及复杂的计算过程，此时迫切需要寻找计算过程简单且输入变量较少的经验模型。首先采用安徽省2001-2014年65个气象站点常规气象观测数据，通过相对均方根误差（RRMSE）、平均绝对误差（MAE）和Nash-Sutcliffe（NS）系数对13种典型ET _ref估算模型的模拟性能进行系统评价；之后，采用2015-2019年数据，通过线性回归模型对13种经验模型的模拟性能进行验证。结果表明：经验模型在模拟安徽省不同自然区ET _ref时的模拟性能相当，差异较小。模型校准前，VA3模型表现最佳，而PEN、WMO、TRA和JH模型误差较大。模型在月尺度校准时，基于温度、辐射和组合的模型估算的ET _ref与PMF-56模型计算值之间拟合的R ²值均呈先增后减的变化趋势，而质量传输模型与之相反；尽管质量传输模型整体模拟性能较差，但其在1-3月和11-12月的模拟效果较好，尤其在12月，WMO和TRA模型与PMF-56模型计算值之间拟合的R ²值均高达0.972，优于VA3模型。模型校准后，总体模拟效果均较好，仅TRA、MAK和WMO模型在4-8月存在低估现象。因此，若能获得完整的气象数据集，VA3模型可作为PMF-56模型的最佳替代方案；除此之外，则在4-10月推荐使用基于温度和辐射的模型以及VA1和VA2模型，而在其他月份使用质量传输模型。

为揭示地膜覆盖对夏玉米籽粒灌浆过程及产量的影响，在陕西杨凌开展田间试验，以平作不覆膜（CK）为对照，研究了平作全膜覆盖（FM）和平作半膜覆盖（HM）对夏玉米土壤温度、生长指标、灌浆过程、产量与水分利用效率的影响。结果表明：与CK相比，FM和HM提高了表层地温，促进了夏玉米生长发育和干物质积累，优化了籽粒灌浆过程，最终提高了夏玉米的产量和水分利用效率。与CK相比，FM与HM的产量分别增加了15.19%和8.34%，水分利用效率分别增加了19.75%和11.80%。地膜覆盖主要通过提高夏玉米灌浆期各阶段的灌浆速率，延长灌浆快增期持续时间，实现灌浆结束后籽粒产量的提高。与CK相比，FM与HM下夏玉米灌浆结束时理论最大百粒重分别增加了18.19%和7.78%。

棉花是南疆地区主要经济作物，但现阶段棉花秸秆利用效率较低。开展棉花秸秆还田对土壤水盐分布及棉花根系构型的影响研究，对南疆地区提高棉秆利用率、增加棉花产量具有重要意义。通过田间试验，设置棉秆隔层埋深10 cm (A)、15 cm (B)、30 cm (C)、45 cm (D) 4个不同深度，以不埋设棉花秸秆隔层处理（CK）为对照，研究了不同棉花秸秆隔层埋设深度对土壤水盐分布及棉花根系构型的影响。结果表明，A处理土壤含水率在各处理中最高，与CK、B、C、D相比，土壤含水率分别提高21.92%，69.33%，62.54%，28.70%。盐分在竖直方向运动时受到棉秆隔层阻碍，在棉秆隔层处发生聚集现象，CK处理土壤电导率为各处理中最低，与CK 相比，A、B、C、D处理分别降低56.22%、33.27%、31.01%、28.76%。C处理单株棉花根质量、根长密度、根系体积、根系平均直径等根系各项指标均为最佳，与CK处理相比各指标分别提高5.06%、21.84%、15.87%、69.30%。因此建议采取棉花秸秆埋设深度为30 cm的秸秆还田方式，有利于促进棉花根系生长发育，提高棉花产量。

水权、水市场等经济管理方案在国内外一些地区得到了充分应用并取得了显著的效果，制定切实可行的经济管理方案前提是明确不同作物的农业用水经济效益。基于2000-2016年气象资料，通过CROPWAT模型模拟研究了雄安新区上游县域尺度主要作物需水量的时空变化特征，同时使用作物需水量代替农业用水量，结合面板数据，估算了雄安新区上游主要作物的农业用水经济效益，最后依据空间自相关方法明确了不同作物的农业用水经济效益空间特征。结果表明：小麦、玉米、大豆、花生和棉花的作物需水量分布为355~437、367~399、369~401、407~445和465~514 mm；农业用水经济效益分布为1.40~3.91、1.56~4.06、1.43~3.61、1.67~6.89和2.08~5.62 元/m3。空间特征上，平原的农业用水经济效益要高于山区，在山区环绕阜平、涞源和灵丘存在一个较低的区域。价格相对于作物产量和用水量来说是影响农业用水经济效益最敏感的因素。

为探究滴灌施氮对番茄氮代谢的影响及适宜水氮供应模式，开展了3种滴灌方式（常规滴灌CDI、固定滴灌FDI和交替滴灌ADI）和3种施氮水平对番茄氮代谢和水氮利用影响的盆栽试验。与CDI相比，N₈₀（N肥用量为0.16 g/kg土）下，ADI保持番茄叶片游离氨基酸含量与硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性，果实成熟期叶片硝态氮和可溶性蛋白质含量分别提高16.4%和16.1%；N₈₀下ADI和FDI保持水分利用效率（WUE）、氮肥偏生产力和番茄干物质量。各施氮水平间比较，ADI下番茄叶片NR和GS活性、WUE、地上部干物质量和总干物质量以N₈₀最高。总干物质量与叶片可溶性蛋白质含量、NR和GS活性关联度较高。因此，ADI-N₈₀，即交替滴灌-N₈₀既有利于改善番茄氮代谢，又保持了番茄WUE、氮肥偏生产力和干物质量，为最适宜水氮供应模式。