针对传统改性材料粉煤灰、新型改性材料纳米粘土和纳米硅溶胶，进行改性黄土的激光粒度分析、电镜扫描分析、工业CT扫描分析和BET比表面积分析实验，从微观角度探讨改性材料对黄土结构、孔隙及比表面积等方面的影响。结果表明：随着3种改性材料的掺量由1%、3%到7%，黄土颗粒间的填充物明显增多，架空孔隙逐渐减少；掺量为7%的3种改性黄土孔隙率的降低率依次为10.99%，15.10%和30.84%，黄土比表面积的增加率依次为15.02%，46.15%和68.22%。通过孔隙数量及体积分布可知，这是因为改性材料将黄土中的大中孔隙转化为比表面积更大的小孔隙。添加纳米粘土的黄土颗粒的表面及边缘更为粗糙多孔，且纳米粘土对于黄土中占大多数体积的中孔隙的填充作用较强。研究结果为后续污染物在改性黄土中的吸附及迁移规律的研究奠定了基础，为黄土地基改性处理技术的发展提供了理论依据。

水氮状态的准确估计对于作物生长模拟和产量估计十分重要。数据同化可以集成观测和模型，从而实现更加准确的模拟。然而，传统的数据同化系统大多关注叶面积指数（LAI）、土壤含水量（SM），对于氮素状态估计的研究相对较少，缺乏水氮数据联合驱动的数据同化研究。采用集合卡尔曼滤波（EnKF）方法对SWAP-WOFOST模型构建冬小麦生长的数据同化系统，通过引入叶片氮累积量（LNA）的观测，同时更新SM、LAI、LNA和作物产量等关键状态变量后进行作物生长模拟。结果表明，只加入LAI和SM可以很好更新模型的土壤水分剖面和LAI，但是对于LNA和产量的模拟效果不佳；加入LNA观测后，有效提高了作物LAI、LNA和产量的模拟精度。同时更新模型状态和参数（SSPE）比只更新状态（USO）的模拟效果更好，尤其是在土壤含水量的估计中。无论是水分还是氮素状态模拟出现偏差的情况，都很难准确估计最终的作物产量，而水氮数据联合驱动的结果最优。此外，研究中的数据同化系统在不同观测误差和观测频率下都具有良好的稳健性。该研究有助于深入理解冬小麦生长与水氮状态的关系，对实际应用中的作物生长模拟和产量估计具有一定指导意义。

为研究干旱半干旱灌区向日葵利用微咸水进行灌溉的适宜矿化度及可行性，采用淡+咸+咸畦灌模式，在向日葵苗期采用淡水灌溉，现蕾期、灌浆期采用不同矿化度微咸水2.5 g/L(KX2）、3.0 g/L（KX3）、3.5 g/L（KX4）、4.0 g/L（KX5）进行灌溉，并以全生育期淡水灌溉（KX1）为对照，研究微咸水灌溉对向日葵品质和产量的影响。结果表明：葵花籽粒中的蛋白质和油酸随着灌溉水矿化度的增加而增加，亚油酸和脂肪随着灌溉水矿化度的增加而减小，棕榈酸和硬脂酸随着灌溉水矿化度的增加呈现先增加后减小的趋势，VE随着灌溉水矿化度的增加呈现先增加后减小再增加的趋势。部分品质指标之间具有比较强的相关性，其中，蛋白质与油酸、亚油酸之间有较强的相关性，脂肪与脂肪酸各组成指标（亚麻酸除外）、VE之间有较强的相关性，脂肪酸各组成指标中除了棕榈酸与其他脂肪酸指标相关性不显著外，其他脂肪酸指标之间具有较强的相关性。并且脂肪-油酸、亚油酸-蛋白质呈正“S”变化趋势，脂肪-亚油酸呈倒“S”变化趋势；脂肪-VE、油酸-蛋白质是正相关线性关系，亚油酸-油酸是负相关线性关系，且亚油酸和油酸的相关度很高。不同处理籽粒品质指标平均综合得分排名依次为：KX5>KX4>KX2>KX3>KX1，品质指标综合得分随着灌溉水矿化度的增加而增大，不同处理向日葵平均产量依次为：KX3>KX1>KX2>KX4>KX5，产量随着灌溉水矿化度的增加而减小。因此，当灌溉水矿化度为3.5 g/L时，既不会造成向日葵大幅度地减产，又能提高其品质，是比较合理可行地微咸水灌溉浓度。

为了研究苹果树的最佳灌溉施肥模式。以7 a生苹果树为研究对象，不同灌水下限和施氮量为控制变量[3个灌水下限处理：50% θ_c (W1)、60% θ_c (W2)、80% θ_c (W3)；3个施氮量处理：50 kg/hm²(F1)、100 kg/hm²(F2)、200 kg/hm²(F3)]，进行试验，对比分析了不同施肥灌溉模式下的果实品质差异。在此基础上，通过MATLAB软件，构建了GC-ITOPSIS果实评价模型，进而确定最佳灌溉施肥模式。①灌溉施肥模式为W2F2处理时，果肉硬度、固形物含量、果形指数、单果重最大；灌溉施肥模式为W3F1处理时，果皮硬度和果肉细度最大；灌溉施肥模式为W2F1处理时，果皮脆性最大；灌溉施肥模式为W1F1处理时，酸度最大。②经过GC-ITOPSIS模型的综合评价，发现灌溉施肥模式为W2F2处理时，综合贴近度越大，果实品质最优。③经过相关性分析，采用GC-ITOPSIS模型确定的苹果品质综合排序与大多数单一品质排序结果基本一致，即GC-ITOPSIS模型完全可以用于果实综合品质的评价。果园滴灌灌水下限为60% θ_c 、施氮量为100 kg/hm²时，果实品质最佳，即中水中肥的灌溉施肥模式最为合理。

为探究不同养殖肥液施用方式（漫灌和覆土）配合脲酶-硝化抑制剂组合（N-丁基硫代磷酰三胺NBPT+双氰胺DCD）对土壤N₂O排放的影响。通过室内培养试验，设置不施氮（CK）、漫灌施用（S）、覆土施用（D）、漫灌施用+NBPT-DCD组合（S+UI+NI）、覆土施用+NBPT-DCD组合（D+UI+NI）共5个处理。结果表明：养殖肥液施用方式显著影响土壤N₂O排放。肥液漫灌明显促进了土壤N₂O排放，其累积排放量最高达2 420.39 μg/m²；肥液覆土施用显著降低土壤N₂O排放峰值，并延迟出峰时间，其N₂O累积排放量与漫灌施用相比减少21.94%~72.90%。添加NBPT-DCD有利于降低土壤N₂O排放，其中D+UI+NI处理的土壤N₂O累积排放量较D处理减少5.96%~33.80%，表观硝化率在各施肥处理中最低仅40.65%。因此，覆土施肥可以有效减少养殖肥液漫灌造成的土壤N₂O排放，配合NBPT-DCD施用后N₂O减排效果更佳。

有机硅功能肥作为一种改良盐碱地新型复合材料，具有施用简便易行、周期短、能够大面积推广等特点，有很大的应用前景。通过室内土柱试验，研究有机硅功能肥和秸秆在不同添加量下对盐碱土水分运移和电导率的影响，设置了4个施用量，分别为0.5%、1%、1.5%、2%。结果表明：随着有机硅功能肥和秸秆施用量的增加，湿润锋运移和累积入渗量不断减少，其中，秸秆对湿润锋运移和累积入渗量影响较大；有机硅功能肥和秸秆均能一定程度上增加土壤含水量，添加秸秆增加土层含水量比有机硅功能肥更明显，相同施用量下，0～20 cm 土层平均含水量的增加量依次为-1.10%、0.36%、2.40%、5.25%。土壤电导率结果表明，在土层深度0～10 cm，电导率随着有机硅功能肥施用量增加而逐渐减小且均低于对照组；在土层深度10 cm以下，电导率随着有机硅功能肥施用量的增加而逐渐增大，土层深度15 cm以下，处理组大于对照组；在秸秆施用处理下，电导率随着秸秆施用量的增加而增大，并且大于对照组；其中，相同添加量下，有机硅功能肥比秸秆在0～10 cm 土层平均电导率降低量依次为30%、39%、47%、54%。由此可见，有机硅功能肥可有效降低土壤盐分，提升盐碱土的脱盐率，有助于盐碱土壤质量改善，这为有机硅功能肥在盐碱土治理的应用提供了理论基础。

为探究河套灌区中下游畦灌条件下盐渍化农田向日葵增产的适宜灌溉量与施肥量。通过田间试验，设置3个灌溉水平180、195、210 mm(分别记为W1、W2、W3)和3个施肥水平450、525、600 kg/hm²(分别记为N1、N2、N3)，研究不同水肥调控措施对盐渍化农田向日葵株高、叶面积指数、产量及灌溉水分生产率的影响。结果表明：灌溉与施肥可显著影响向日葵的株高与叶面积指数，高水高肥(W3N3)处理与中水中肥(W2N2)处理更有利于促进向日葵株高生长，但二者差异不显著，高水高肥(W3N3)处理可显著促进叶面积指数的增加；不同水肥调控措施对向日葵产量和灌溉水分生产率均有显著的影响。其中，对于增产而言，高水高肥(W3N3)、中水中肥(W2N2)处理效果显著优于其他处理，较对照分别增产17.60%、14.78%；对于提高灌溉水分生产率而言，中水中肥(W2N2)、低水低肥(W1N1)处理效果显著优于其他处理，较对照分别提高5.95%、6.37%，但二者差异不显著。经采用隶属函数法综合寻优，初步得到适宜河套灌区中下游盐渍化农田向日葵较优的水肥管理措施为中水中肥处理，即灌水量195 mm(春灌120 mm，现蕾期75 mm)，施肥量525 kg/hm²(基肥磷酸二铵225 kg/hm²，追肥尿素300 kg/hm²)。

为探究农田中作物根系对土壤干缩开裂行为的影响，对根系作用及无根系作用下的农田土壤进行了自然干缩开裂试验，讨论了根系作用及无根系作用下土壤干缩裂隙的发育规律，分析了根系对土壤干缩裂隙形态及其Minkowski密度的影响。结果表明：相比无根系影响的土壤，根系影响下的土壤干缩裂隙在根系附近裂隙发育程度较低，裂隙宽度、单个裂隙长度及团聚体面积较小，而在远离根系位置呈现与无根系影响下土壤干缩裂隙相似的形态特征；作物根系使得干缩裂隙的Minkowski密度显著降低，相比无根系作用的农田土壤干缩裂隙， 6株玉米根系存在时面积密度m ₀平均降低31%，长度密度m ₁平均降低19%，欧拉数密度m ₂平均降低20%；综上所述，作物根系对土壤干缩开裂存在明显的抑制作用，分析指出根系对干缩开裂的影响主要体现在局部增大土壤抗拉强度及限制土壤材料移动两个方面。

为了探明秋耕处理模式对北疆季节性冻融土壤水热盐运移规律的影响，对比分析了翻耕（FG）、免耕（MG）、垄沟（LG）、翻耕秸秆覆盖（FJ）、翻耕活性炭覆盖（FH）5种秋耕处理下土壤温度、含水率和电导率时空变化规律的差异。结果表明：不同秋耕处理改变了土壤的冻结、融化过程，维持冻融期土壤温度序列稳定的能力FJ＞FH＞LG＞MG＞FG。冻融期前后，FJ、FH和LG处理明显增加了耕作层0~60 cm土层的含水率，同时土壤电导率也明显下降，蓄水能力FJ＞FH＞LG，抑盐能力FH＞FJ＞LG。冻结过程使各处理对土壤水热盐运移的影响趋于一致，土壤温度、含水率、电导率之间均呈显著或极显著的线性相关关系；融化期间，FJ和FH处理土壤温度、含水率、电导率相互之间均呈显著或极显著的正相关关系，而FG、MG和LG处理3者间无明显的线性关系。研究结果证明了通过秋耕处理调控冻融期土壤墒情的可行性。

准确预测冻融期土壤蒸发量，对于干旱半干旱地区水资源高效利用有着重要意义。基于传统极限学习机（ELM）输入权值与阈值随机给定导致预测结果精度不高的问题，提出了一种基于粒子群算法（PSO）优化极限学习机的冻融期土壤蒸发预测模型。以2016-2017年冻融期9个影响土壤蒸发的因素作为输入因子，实测土壤蒸发量作为输出因子，分别建立ELM模型、GA-ELM模型、PSO-ELM模型对冻融期土壤蒸发量进行预测。结果表明，对输入因子进行随机函数处理后可提高模型预测精度，PSO-ELM模型预测精度优于单一ELM模型和GA-ELM模型，其决定系数为0.993 6，均方根误差为0.010 9 mm/d，平均绝对误差为0.007 9 mm/d，平均相对误差为4.91%，可用于冻融期土壤蒸发量的预测。

为探究毛乌素沙地不同蒸发器折算系数及水面蒸发量的时空变化规律，通过收集毛乌素沙地7个气象站点E-601型和20 cm口径小型蒸发器的同期观测数据，利用线性拟合方法，探究了毛乌素沙地两种水面蒸发器的折算系数K，并分析了毛乌素沙地水面蒸发量的年内和年际变化规律。毛乌素沙地E-601型与20 cm口径小型蒸发器的监测数据相关性较好，K值在0.561 6~0.664 9之间，全区域平均为0.632 4，且两种水面蒸发器折算系数在5-9月逐月增大；各气象站的水面蒸发量年内变化规律一致，6月份最大，其最大值与气温相比存在1个月的差异性；年际水面蒸发量呈波动性变化，具有显著下降的趋势，平均下降速率为64.3 mm/10a，在空间分布上呈现西南到西北逐渐变大的总体趋势。毛乌素沙地K值每月差异性明显，呈现春季小，秋季大的特点；在气候变暖的背景下毛乌素沙地水面蒸发量不断下降，表明生态工程等人类活动改善了毛乌素沙地生态环境。

为了在西北半干旱雨养农业区探索新型绿色可持续的冬小麦覆盖栽培模式，在陇中旱作农业区设置了秸秆粉碎覆盖微垄沟播（SM1）、秸秆粉碎覆盖微垄宽幅沟播（SM2）两种覆盖种植方式，以露地条播（CK）为对照，研究了秸秆粉碎覆盖栽培对冬小麦产量及土壤水热的影响。结果表明，与CK相比，覆盖处理显著提高了冬小麦全生育期土壤含水量4.3%，且增墒幅度SM2处理大于SM1处理。覆盖处理能总体降低冬小麦全生育土壤温度5.4%，但在越冬期~返青期覆盖处理有微弱的增温作用（0.9~1.2 ℃）。SM1和SM2处理均能显著提高冬小麦的单位面积穗数、穗粒数和千粒重，进而使产量较CK分别提高8.9%和15.7%。综上可知，秸秆粉碎覆盖沟播处理能显著改善冬小麦全生育期水分和温度，能提高冬小麦的光合同化能力，进而显著提高冬小麦产量，且SM2处理的增墒及增产幅度均明显优于SM1处理，是更适宜在半干旱区冬小麦生产中应用的绿色可持续栽培模式。

结合历史时期的海水入侵监测数据，对大连市典型海水入侵区大魏家地区50余年海水入侵历史演化过程进行了分析。基于近期地下水采样测试数据，评价了当前地下水供水的生活饮用水和农业灌溉水的适宜性。在此基础上，从自然和人类活动两个方面对该区地下水质情势和影响水质的主控要素进行了分析和判别。结合目前地下水开发利用现状，提出了地下水开发利用针对性对策。研究结果为该区供水安全和地下水合理利用提供了科学依据。

为探明海瑞达保水剂在旱作农业不同作物种植中节水增效、化肥减量、地膜替代和增产增效等方面的 应用效果，以小麦、马铃薯、玉米、药材为研究对象，连续 2年 （2018-2019年） 开展 49项田间试验。结果表明： 在冬小麦种植中，在每公顷节约灌溉用水 900 m3 和 1 800 m3 的情况下仍可实现最大 22.69% 的增产；在马铃薯种植 中，在减肥 20%、30% 的情况下还略有增产，最大增产 28.19%；在西北马铃薯、玉米种植中，应用保水剂在适宜 条件下不覆盖地膜，相比地膜种植产量基本一样；在药材的增产增效种植试验中，产量增幅最高可达 46.64%，经 济效益十分突出。海瑞达保水剂具有良好的节水、保肥、增产增效的应用效果；在西北马铃薯、适宜条件下玉米的 种植中，海瑞达保水剂替代地膜可行，可从根本上解决地膜残留问题

在现代化农业生产中，常采用全自动化设备检测土壤湿度，然后对农田进行灌溉，但现有系统难以精确判断整个农田的湿度信息，当土壤湿度传感器出现设备故障后，会产生控制误差，导致整个系统崩溃。因此，结合土壤湿度传感器，Lora、NB-iot无线网络传输和微控制器处理等先进技术，设计了基于改进K-means的农田湿度评估系统。该系统不仅实现了在线评估农田方圆1 km内的湿度信息的功能，并且能够快速定位故障土壤湿度传感器，发出报警信息，并抛弃故障数据。最后，对湿度评估系统进行了大量的田间实验。结果表明，能快速定位故障传感器，测量的农田湿度信息相对误差都在5%以内，验证了此湿度评估系统的可行性。

为了探究不同氨化秸秆还田方式对盐碱地水盐运移及玉米生长规律的影响，在山西省太原市小店区进行了盐碱地大田玉米试验研究。试验共设置4种秸秆还田方式，分别为：将氨化秸秆在土壤表层按1.2 kg/m²覆盖（F1）；将氨化秸秆在土壤表层按0.9 kg/m²覆盖，同时按0.3 kg/m²在土壤下30 cm处还田（F2）；将氨化秸秆在土壤表层按0.6 kg/m²覆盖，同时按0.6 kg/m²在土壤下30 cm处还田（F3）；将氨化秸秆按0.3 kg/m²在土壤表层覆盖，同时按0.9 kg/m²在土壤下30 cm处还田（F4）和无秸秆还田对照组（CK）。结果表明，不同处理组与对照组相比都表现出抑盐表聚效果，且差异显著（P<0.05），其中处理组F2抑盐效果最为显著。双层氨化秸秆还田处理组F1、F2、F3、F4保水效果依次减弱，但随着植株的生长发育各处理组保水效果越来越显著。秸秆还田在一定程度上可以促进植株的生长发育，处理组F2、F3产量最高且与对照组(CK)间差异显著（P<0.05）。综合考虑保水抑盐及玉米生长发育处理F2最为适宜。