中国北方城市不合理的草坪灌溉以及草坪扩张导致的地表水分大量蒸散，不仅加剧了北方干旱区水资源短缺，也严重制约了水资源可持续发展以及节水城市的建设。以中国北方干旱区河北省张家口市典型早熟禾草坪为研究对象，通过蒸渗仪实测和基于气象和土壤水分要素构建的主成分回归模型，明确了月、日、时不同时间尺度上的草坪蒸散规律及关键影响因子。结果表明：①草坪蒸散呈现“夏季高、冬季低”的季节性特征，最高/最低出现在6/2月份，平均值为5.27/0.29 mm/d；②典型日逐小时草坪蒸散呈现“早晚低、中午高”的单峰型变化，蒸散变化受日照时长和气温影响最大；③10 cm和20 cm深度的土壤水分消耗动态与草坪蒸散变化高度同步；④蒸散与影响因子建立主成分回归模型拟合程度较好，R ² =0.70（p<0.01），与蒸散相关性大的影响因素依次为：光合有效辐射＞气温＞10 cm土壤含水率＞空气湿度＞风速＞20 cm土壤含水率＞30 cm土壤含水率。研究结果解析了城市草坪蒸散耗水规律，对城市节水灌溉提供了科学依据。

为深入探究柑橘树冠层空间蒸腾特性及与茎干液流的对应关系，采用五点测温法，使用热成像仪拍摄柑橘树冠层五个方位的红外图像获取冠层温度及参考冠层温度，利用三温模型，将模型估算叶片蒸腾速率与实测茎流速率进行比较，并研究了柑橘树冠层不同方位的蒸腾变化规律。结果表明：柑橘树茎流速率与冠层叶片蒸腾速率日间变化曲线存在差异，决定系数（R ²）为0.14，整体上，不同方位冠层温度与气温的日变化规律相近，柑橘树不同方位平均蒸腾速率大小分别为：东面>西面>北面>南面>顶面。上述结果表明：①柑橘树冠层蒸腾与茎干液流之间存在时滞效应，三温模型估算的叶片蒸腾速率不能实时反映树干液流的变化特征。②气温越高时，不同方位的冠层温度差异越显著。③柑橘树冠层空间蒸腾具有明显的空间差异性，揭示了柑橘树冠层蒸腾速率的空间变化规律。

为了提高灌区经济效益和进一步完善农业水权制度进行灌区农业水权分配。针对灌区内不同支渠基础条件和种植结构的差异，结合灌区工程条件、社会、经济及生态等方面的实际情况，提出一种在灌区现状约束条件下使经济效益达到最优的灌区各支渠间农业水权分配方法。采用改进的层次分析法和模糊综合评价法对和平灌区支渠间农业水权进行分配。在该方法中将层次划分为4类二级指标、12类三级指标和17类四级指标，用MATLAB进行数据处理。研究结果显示，1支渠、3支渠、5支渠、6支渠、7支渠、8支渠、9支渠、12支渠、15支渠、16支渠模型分配水量均大于按面积分配水量，变幅范围在-0.09%~-9.90%，2支渠、4支渠、10支渠、11支渠、13支渠、14支渠模型分配水量均小于按面积分配水量，变幅范围在0.97%~8.62%。灌区农业水权模型分配结果与现有按面积分配方式得到的水量结果有一定的偏差，范围在-9.90%~8.62%，模型分配的结果在经济效益上具有显著优势。提出的利用改进的层次分析法和模糊综合评价法分配灌区农业水权具有操作性强、合理性好和充分遵循研究灌区现状的特性。

提供了一种基于涝水过程的水稻受涝损失估算方法，将受涝淹水数据中第1天淹水深度和淹水历时数据代入水稻受涝减产率函数，得到第1天的水稻受涝减产率；根据受涝淹水过程数据，代入水稻受涝减产率增量函数，计算得到水稻逐日受涝减产率增量；将计算结果代入水稻受涝减产率累积叠加公式，计算水稻逐日受涝累积减产率。该方法基于淹水深度、淹水历时与水稻受涝减产率之间的函数关系，通过插值、增量叠加的一套计算流程，能够计算逐日水深变化条件下逐日水稻受涝累积减产率，进而得到一次变淹水深度过程下稻田受涝减产率的累积过程。减产率函数计算的产量损失与试验观测值的均方根误差均小于15%，其相关系数大于0.84，模型模拟效率超过0.71，模型模拟精度已达到乙等精度以上。该方法可应用于水稻种植区涝灾损失计算和评估，为水稻种植区灾后补救以及灾前预测提供了科学的计算方法。

为揭示粉煤灰和蚯蚓粪两种土壤改良物质对土壤蒸发影响的差异性，探寻适宜的施用方式和施用量。设计模拟试验，控制3个覆盖处理（覆盖厚度分别为1、2.5和4 cm）和4个混施处理（施用量分别为10%、20%、30%和40%），以温室土壤为对照。连续测定16 d土壤蒸发量，结合有机质含量、水分物理性质和物质本身特性分析粉煤灰和蚯蚓粪施用对土壤蒸发的影响是否有差异及产生差异的原因。结果表明：与对照相比，覆盖粉煤灰和蚯蚓粪累积蒸发量分别减小了30%~34%和17%~48%，混施粉煤灰和蚯蚓粪累积蒸发分别减小了0%~6%和4%~14%。覆盖厚度为1 cm粉煤灰对土壤蒸发的抑制效果优于蚯蚓粪，覆盖厚度为4 cm和混施对土壤蒸发的抑制效果均为蚯蚓粪优于粉煤灰。两种物质覆盖和混施均可提高有机质含量，是其抑制土壤蒸发的主要原因。两种物质抑制蒸发效果具有差异，为有机质含量、颜色和颗粒组成等不同导致。另外，两种物质覆盖、蚯蚓粪混施土壤含水量均高于对照，混施蚯蚓粪显著提高孔隙度和持水容量。综合考虑施用粉煤灰和蚯蚓粪抑制土壤蒸发和保持土壤水分的效果可知，薄层覆盖时，粉煤灰优于蚯蚓粪，中厚层覆盖和混施蚯蚓粪优于粉煤灰。

为了提高番茄品质和口感，满足消费者的市场需求，采用田间小区试验的方法，对3个口感型番茄品种的产量、营养品质和口感进行测定分析。结果表明：不同控水条件下，不同品种响应不同，控水灌溉对“高糖200”产量降低尤为明显，灌水60% W和40% W时，产量分别降低24.22%、28.07%。控水灌溉对“高糖200”和“Kg1606”的可溶性固形物含量、Vc含量、可溶性糖、糖酸比、感官评价都有所提高，番茄营养品质和口感改善明显。口感型番茄糖酸比与果实感官评价的相关系数达显著水平。综合来看，灌水40% W时，3个品种中“Kg1606”减产15.17%，减产量最少，糖酸比较高，口感评价显著优于其他处理，适合设施节水高品质番茄栽培。

为了探讨不同滴灌方式对滨海盐碱地土壤剖面盐分变化的影响，采用大田试验，以天津滨海盐碱地土壤为研究对象，设计了常规滴灌（CI）和膜下滴灌（FI）2个处理，研究了不同滴灌方式下土壤剖面Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、SAR和K⁺/Na⁺的变化规律。结果表明：灌水后CI和FI处理0-60cm土层土壤Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺浓度显著降低；降雨后CI处理0~20 cm土层土壤Na⁺浓度、SAR和20-60cm土层土壤Mg²⁺浓度显著降低；水分重分布过程中，0~20 cm土层土壤Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺浓度表现出CI>FI处理，而K⁺/Na⁺则表现出CI<FI处理。灌水后CI和FI处理0~20 cm土层土壤总盐降幅分别为25.2%和32.6%，而0~20 cm土层土壤Na⁺浓度降幅分别为37.3%和57.7%；降雨后CI处理0~60 cm土层土壤总盐降幅为30%左右，而土壤Na⁺浓度降幅达到50%以上；滨海盐碱地CI和FI处理土壤总盐均与土壤Na⁺浓度呈显著正相关性，与土壤K⁺浓度呈显著负相关性，以土壤Na⁺作为指标评估灌水和降雨对改善作物根际盐分的作用更准确。

土壤水分在干旱半干旱地区的水文过程和植被恢复中具有重要的决定性作用，探究毛乌素沙地固定沙丘表层土壤水分的时间稳定性特征，对该地区水资源调控和生态环境改善具有重要意义。在毛乌素沙地东南缘选取固定沙丘迎风坡、背风坡和坡顶进行网格化布点，于2019年7月至10月使用土壤温湿度记录仪（TMS）对表层（0~5 cm）土壤含水量进行测定，分析表层土壤水分的时空变异性与时间稳定性特征。结果表明：研究期内表层土壤含水量的均值为21.00%，时空变化总体上具有中等变异性特征。表层土壤含水量的空间模式在观测时间上具有较弱的相似性，各日期对之间均具有较低的相关系数。土壤含水量的相对差分平均值（MRD）在-17.24%~18.80%之间，相对差分标准差（SDRD）和时间稳定性指数（ITS）的平均值分别为12.70%和14.20%，表层土壤含水量具有较好的时间稳定性。土壤含水量高于平均值的观测点，SDRD与ITS均较低，较高土壤含水量观测点的时间稳定性优于较低土壤含水量观测点。通过土壤含水量的时间稳定性特征分析判定，观测点77可以较好的代表研究区内表层土壤含水量的平均水平（决定系数为0.876 9）。

为应对变化环境下农业用水供需矛盾日益突出的挑战，确定渠井结合灌区适宜的渠井用水比例，实现渠井结合灌区地下水多年动态平衡和生态系统的可持续发展。采用半结构化访谈的方式在典型渠井结合灌区——陕西省宝鸡峡灌区进行了大量田间调查，获取了作物种植类型、产量和种植成本，灌溉水源选择、灌溉用水量等基础数据，并将观察到的农户灌溉行为概念化和程序化，将农户灌溉用水行为与作物根区水文过程进行耦合，开发了一个具有物理机制的农户灌溉用水模型，模拟了不同渠井灌溉用水比例对地下水位动态、作物产量和农户生计的影响。模型在典型区域应用的纳什效率系数为0.58，表明模型可以用来模拟渠井结合灌区的地下水位。结果表明：若要维持灌区地下水位稳定和地下水采补平衡，塬上灌区丰、平、枯水年的渠井用水比例应分别为2∶98、28∶72、30∶70，塬下丰、平、枯水年的渠井用水比例应为全井灌（0）、28∶72、29∶71。考虑丰蓄枯补原则，丰水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为10∶90和17∶83时，地下水位可上升2 m；枯水年塬上灌区和塬下灌区的渠井用水比例分别为21∶79和13∶87时，地下水位可下降2 m。仅改变渠井用水比例时作物产量不变，且井灌比例增加时亩均净收入略有下降。开发的农户灌溉用水模型可以用来模拟渠井结合灌区的农户灌溉用水对地下水的影响，并可以量化渠井用水比例对地下水位、作物产量和农户生计的影响，可以确定不同水平年塬上、塬下灌区适宜的渠井用水比例，为灌区地表水地下水联合高效安全利用提供强有力的技术支撑。

为明确加气对滴头堵塞的影响，研究了4种不同流道结构参数的内镶贴片式滴头的流量变化和堵塞规律，分析了影响滴头堵塞的主要参数。结果表明：加气灌溉下，滴头E1~E4的毛管淤积物比未加气处理增加36%~74.65%，滴头E1~E3的流道淤积物比未加气增加10.94%~88.71%，E4则减少162.2%，加气显著影响滴头的堵塞过程（P<0.05）；加气情况下，额定流量、入口栅栏面积、流道长和流道结构类型显著影响滴头堵塞，入口栅栏面积对滴头堵塞的影响最大，入口栅栏面积最大的E4滴头堵塞程度最低，入口栅栏面积较小的E1、E2和E3滴头堵塞程度相对较高；与未加气处理相比，灌溉结束时滴头E1~E3的相对流量降低20.83%~26.11%，滴头E4提高30.91%；加气滴灌滴头堵塞受入口栅栏面积的影响程度更高。加气灌溉时，应选入口栅栏面积较大的滴头，滴头宜布置在毛管顶部，避免毛管内淤积堵塞。

通过田间及室内试验和数值模拟，对比研究土壤浅沟排盐对不同类型土壤的排盐效果。以土壤颗粒分析、水分运动参数及土壤盐分弥散系数为基础，通过建立的数值模型，探讨膜下滴灌棉田设置浅沟排盐时生育期内土壤水盐运动规律。通过模型对比两组土壤在设置排盐浅沟的情况下土壤水分及盐分的分布规律，分析土壤类型对膜下滴灌棉田土壤水分、盐分分布情况的影响。结果表明粉壤土对土壤的持水效果明显优于壤土；相对于壤土，排盐浅沟在粉壤土中的排盐效果更佳，且盐分主要集中于排盐浅沟坡面处。

为实现农业水资源节约与保障粮食安全双重目标，提供农业水价改革优化策略。基于2020年河北省4个小麦典型产区农户调研数据，利用标准彭曼公式测算小麦正常生长节水空间，进而基于农业灌溉用水需求价格弹性计算恰好满足小麦正常生长需水量的农业水价，在粮食安全视域下探讨农业水价调整空间。研究结果表明：针对小麦生产，当前农业水价可逐步上涨至0.546 元/m³，不同地区由于资源禀赋的差异使得水价上涨空间存在差异；单位面积小麦种植成本和节水技术应用成本与农业灌溉用水量呈现显著正相关关系。建议农业水价定价要因地制宜，充分考虑地区环境差异、作物种类差异、资源禀赋差异等因素；农业水价适度提升的同时，通过实施节水奖励与用水补贴兼顾保障农民收益与粮食生产的双重作用。

为了研究相同灌水量条件下，不同灌水流量对涌泉灌及涌泉根灌湿润体的影响，以及二者的不同之处，进行了室内土壤水分入渗试验和理论分析。结果表明：入渗结束后，涌泉灌的湿润体形状是一个近似半球体，涌泉根灌的湿润体形状是一个近似半椭圆球体；灌水流量对涌泉灌湿润体的形状有显著的影响，流量越大，湿润体形状越扁平，但在一定流量范围内，灌水流量对涌泉根灌的湿润体形状无显著影响；在相同的灌水量和灌水流量条件下，涌泉灌在水平方向的入渗距离显著大于涌泉根灌，在垂直方向上的入渗距离显著小于涌泉根灌；相对于涌泉灌，涌泉根灌不易产生土壤表面积水，水分分布更深，入渗的水量更容易到达作物根区，减少了水分的无效蒸发，有利于作物对土壤水分的吸收。

为探究垄作沟灌方式下秸秆覆盖对夏玉米节水效应的影响，通过设置4种秸秆覆盖量（M0：0、M1：1 500 kg/hm²、M2：4 500 kg/hm²、M3：7 500 kg/hm²）和4种水分控制下限（I1：55% FC、I2：60% FC、I3：70% FC和I4：80% FC）进行垄作沟灌夏玉米种植试验，研究了不同秸秆覆盖量和水分控制下限条件对垄作沟灌夏玉米生长发育、水分利用效率和产量的影响。结果表明：各处理下夏玉米株高随水分控制下限的增大呈现先增大后减小的趋势，水分下限相同时，秸秆覆盖为4 500 kg/hm²和7 500 kg/hm²能显著提高夏玉米株高。水分控制下限60% FC~80% FC时，秸秆覆盖量为4 500 kg/km²时夏玉米叶面积达到最大，其叶面积的促进作用最为显著。在一定水分下限范围内，秸秆覆盖量越大，越有利于夏玉米干物质积累量的提高；秸秆覆盖量相同时，夏玉米地上干物质积累量随水分控制下限的提高而增大。由水分控制下限55% FC到60% FC、70% FC以及80% FC，夏玉米全生育期内耗水量平均涨幅分别为5.06%、11.45%及23.48%。水分、秸秆覆盖以及其耦合处理对夏玉米产量、WUE和PUE的影响均达到极显著水平（p＜0.01），水分控制下限为70% FC处理、秸秆覆盖量4 500 kg/hm²时，夏玉米的产量（6 922.54 kg/hm²）、WUE（2.09 kg/m³）和PUE（5.48 kg/m³）均最高，即I3M3为最佳处理。

为了揭示不同水肥处理条件下夏玉米氮素的利用吸收情况，采用¹⁵N示踪技术，通过夏玉米实验设置4个施氮水平0 kg/hm²（CK），120 kg/hm²（N1），180 kg/hm²（N2），270 kg/hm²（N3），2个灌溉水平132 mm（I1），166 mm（I2）。研究了不同水肥处理条件下玉米成熟期各器官对肥料氮和土壤氮的吸收和分配情况，分析了肥料氮对土壤氮的激发规律以及各处理土壤中肥料氮的残留与损失情况。夏玉米对肥料氮的吸收量占总吸氮量的19.43%~28.62%，对土壤氮的吸收量占总吸氮量的71.38%~80.57%；玉米各器官对肥料氮的竞争能力由大到小表现为籽粒、茎秆、叶。土壤氮的激发均为正激发效应，激发率为119.16%~169.19%；夏玉米收获后肥料氮吸收率、土壤残留率和损失率分别为29.41%~50.75%、20.45%~31.41%和24.67%~41.26%，各处理中N2I2处理夏玉米对肥料氮的吸收率最大，为50.75%。夏玉米氮肥农学利用效率为1.63~7.72 kg/kg，水分利用效率为1.09~1.30 kg/m³。适宜的水肥配比有利于植株充分利用氮肥，节约水资源，减少浪费。

为实现川中丘陵区资料缺失情况下参考作物蒸散量（reference crop evapotranspiration，ET ₀）的准确计算，遴选更适应于该地区ET ₀计算的Hargreaves模型，将川中丘陵区划分3个区域（北部I、中部II、南部III），采用13个气象站点1954-2013年60 a的逐日气象资料，以1998 FAO-56 Penman-Monteith（PM）模型计算结果为标准，对具有代表性的非属地化Hargreaves模型（HS）、Jalal HS模型（HS-1）、Samani HS模型（HS-2）和属地化胡庆芳HS模型（HS-3）、杨永红HS模型（HS-4）、李晨HS模型（HS-5）、贾悦HS模型（HS-6）计算精度进行比较，结果表明：5日尺度上HS-5模型表现最优，其一致性指数（IA）、均方根误差（RMSE）、平均相对误差（RE）与测量标准误差（SEE）分别达到0.94~0.97、1.89~2.97 mm/（5d）、-0.05~0.22和1.36~1.93 mm/（5d）；月尺度与年尺度上HS-6模型表现最优，其IA、RE除局部地区外（广元RE为0.47，IA为0.79）分别为0.98~1.00和-0.10~-0.01；属地化模型的计算精度整体高于非属地化模型，其中HS-3、HS-4模型5日尺度的SEE分别为1.69~2.60 mm/（5d）和1.50~2.70 mm/（5d），介于HS-5与HS-6之间，其余参数在不同时间尺度上均整体低于HS-5、HS-6模型；非属地化模型计算精度整体较低，其中HS-2模型IA在5日尺度和月尺度上仅为0.73~0.87和0.71~0.85，RE在不同时间尺度上均为0.37~0.69，计算结果最差。因此，属地化的HS-5、HS-6模型在川中丘陵区不同地区变异性较小，适应性较强，具有较高的计算精度，可分别作为川中丘陵区5日尺度和年月尺度参考作物蒸散量计算简化模型。