红边波段是描述作物健康状况的重要指示波段。为了探究红边波段对农业干旱监测精度的影响，挖掘高分六号卫星数据在农业干旱监测中的应用潜力，基于GF-6 WFV数据计算归一化植被指数（NDVI）和红边归一化植被指数（NDVI_RE），与地表温度（LST）构建温度植被干旱指数（TVDI），并结合土壤相对湿度和干旱等级实测数据对监测结果进行精度验证。研究结果表明：有红边波段参与的干边方程拟合度高于无红边波段参与，基于NDVI_RE指数拟合的干边方程最大决定系数为0.92；利用2种植被指数构建的TVDI与0~20 cm土壤相对湿度均呈显著负相关关系，基于NDVI_RE指数构建的TVDI与土壤相对湿度的相关性更好，最大相关系数为0.85；利用TVDI_{NDVI _ RE} 实现了社旗县花生干旱动态监测，TVDI_{NDVI _ RE} 干旱分级结果与实测结果一致性较好，花生干旱等级监测总体准确率为91.98%。GF-6卫星红边波段可提高花生干旱监测精度，更好地表征花生干旱信息。该研究为GF-6卫星数据在农业干旱监测方面的应用提供了数据参考。

研究作物耗水和光合特性有助于了解其增产机理，制定合理的灌溉策略。以温室番茄为研究对象，布置了0.15（S1）、0.19（S2）、0.23（S3）、0.26（S4）和0.30（S5） L/h 5个微孔陶瓷灌水器设计流量处理，并以地下滴灌（CK）为对照，研究其对土壤含水率、番茄耗水特性、光合特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明，与地下滴灌干湿交替的土壤水分环境相比，微孔陶瓷根灌能够保持土壤水分相对稳定，且土壤含水率随灌水器设计流量的增加而增大。番茄耗水量、耗水强度与灌水器设计流量呈正相关关系，在耗水量相同的情况下，微孔陶瓷根灌稳定的土壤水分环境相较于地下滴灌能够使番茄避免充分耗水和受到严重的水分胁迫抑制。陶瓷灌水器设计流量过小或过大都不利于番茄光合作用和产量，表现最佳的S4处理各生育期净光合速率较CK处理分别高1.1%~8.6%（春夏茬）和2.3%~8.4%（秋冬茬），微孔陶瓷根灌使番茄叶片生理活动更加活跃，促进了产量和水分利用效率的提高，S4处理两季番茄产量较CK处理分别增产8.4%（春夏茬）和9.1%（秋冬茬）。因此，番茄微孔陶瓷根灌时，选择设计流量为0.26 L/h微孔陶瓷灌水器有利于番茄获得较高的产量。

为了揭示微润灌溉模式下农田干缩裂隙特征对土壤水分及氮素运移的影响，研究了裂隙深度（5、10和15 cm ）和裂隙面积率（7.5%和12.5%）交互影响下土壤水氮的运移规律。结果表明：针对裂隙处理组，裂隙深度为15 cm、裂隙面积率为12.5%的处理组湿润锋垂直向上运移距离最大，水平运移距离最小；裂隙深度为5 cm、面积率为7.5%的处理组湿润锋垂直向上运移距离最小，水平运移距离最大；裂隙深度为15 cm、面积率为12.5%的处理组累积入渗量最大，入渗120 h达14 366.67 mL。裂隙流累积入渗量随时间的变化关系均服从Kostiakov入渗经验模型，拟合呈显著水平；靠近微润管附近处土壤含水率变化梯度较小，趋近裂隙处较大；土壤裂隙越深、面积率越大则同一深度下土壤含水率、铵态氮和硝态氮含量越高。土壤裂隙面积率和深度的变化对微润灌湿润锋运移距离、累积入渗量、入渗速率以及入渗后的土壤含水率、铵态氮和硝态氮含量均存在显著影响。研究结果旨在揭示裂隙特征对微润灌溉水氮运移的影响，以期为微润灌优化设计控制方案等提供理论依据。

探究巴歇尔量水槽在U形渠道、梯形渠道、矩形渠道下的适用性及适用坡度。通过物理试验与数值模拟相结合的方法进行探究。物理试验在3种渠道上分别设置不同的坡度，在不同流量工况下进行试验。数值模拟采用Ansys软件进行数值模拟。分析不同方案下巴歇尔槽的水头损失、流速及压强分布、水面线、测流误差等的变化情况。进而得出巴歇尔量水槽适宜渠道及坡度。测流误差：U形渠道>矩形渠道>梯形渠道，0.3%>0.2%>0.1%。随着来流量的增加，其测流误差会逐渐减小。局部水头损失随着坡度增加而增大，U形渠道下巴歇尔槽局部水头损失最小，矩形渠道最大。从更高的测流精度考虑，梯形渠道更适合巴歇尔槽的运行，超过0.1%坡度后，随着坡度增大，巴歇尔槽测流误差逐渐增大。

研究节水灌溉条件下生物炭对农田土壤氨挥发的影响机制，为华北平原农田施用生物炭提供理论支持。以夏玉米为研究对象，设置不同灌水与生物炭量水平，其中灌水设置为2 个水平I1（67.5 mm）和I2（121.5 mm），生物炭量设置为3 个水平C1（0 t/hm²）、C2（20 t/hm²）、C3（40 t/hm²），采用间歇式密闭容器抽气法收集NH₃，研究分析了夏玉米农田氨挥发损失的规律及相关性因素。结果表明：氨挥发速率与土壤pH值、NH₄ ⁺-N浓度呈显著（p<0.01）正相关，与NO₃ ^--N呈显著（p<0.01）负相关，在高温时，与温度呈显著正相关（p<0.05）。灌水量及生物炭量显著（p<0.05）影响氨挥发，灌水导致氨挥发作用加剧，延长氨挥发时间。同一灌水量下，氨挥发随生物炭量的增加呈先降后增的趋势，而产量随着生物炭量的增加呈先增后降的趋势。施用生物炭可以抵消节水灌溉对夏玉米产量产生的不利影响，其中C2处理较优。

针对灌溉控制系统的非线性、时变性和大时滞等问题，提出了基于改进离散灰色预测的自适应变论域模糊PID灌溉控制模型。为了提高灌溉系统的肥液控制效果，在FPID（模糊PID）控制器基础上，设计了新型函数型伸缩因子实现变量论域伸缩，优化系统适应性、提高控制精度，并融合超前控制的改进型离散灰色预测，有效解决了灌溉系统的大时滞问题。建立了PID、FPID、NVUFP(新型变论域模糊PID)和IDGM-NVUFP(改进离散灰色预测的新型变论域模糊PID)4个控制模型进行仿真实验与实际灌溉测试，实验结果表明相较于FPID，NVUFP超调量降低10.5%，调节时间减少5.31 s，IDGM-NVUFP超调量降低14.5%，调节时间减少11.90 s。实际灌溉测试验证了基于IDGM-NVUFP的灌溉控制系统响应速度快、平稳无震荡，控制精度和鲁棒性均优于其他控制模型，能够满足智能灌溉系统的实际灌溉控制需求。

为加强对粮食生产区水稻倒伏面积、位置及严重程度的识别和监测，基于黑龙江红卫农场2019年9月22日的哨兵2号卫星多光谱遥感影像计算水稻的光谱反射率、植被指数以及图像纹理3种特征，利用决策树分类法对倒伏水稻进行识别和分类。首先根据现场调查和目视解译结果选定倒伏水稻样点，分析正常、轻度倒伏、中度倒伏、重度倒伏4种倒伏类型水稻的光谱反射率特征，发现在绿光、红光、红边3以及近红外1处存在较大差异。植被指数特征中，NDVI和RVI均随水稻倒伏程度加深而下降，GRVI、DVI和NDREⅠ则在水稻倒伏后逐渐增加。其中，不同倒伏类型水稻的DVI显示出了较大的差异。4种水稻倒伏类型在可见光波段的均值纹理特征差异显著，尤其是蓝光波段的纹理均值是区分不同倒伏类型的重要特征。基于对水稻倒伏敏感的特征量构建决策树，成功区分了正常、轻度倒伏、中度倒伏和重度倒伏4种倒伏类型，与实际倒伏面积对比的识别误差分别为5.33%、6.51%、10.25%和-7.75%，识别的准确度较高。

为探究黑果腺肋花楸幼苗对不同干旱胁迫下的生长及光合特性的响应，以1 a生黑果腺肋花楸幼苗为试材，采用盆栽控水试验，进行不同干旱处理[轻度(LS)、中度(MS)、重度(SS)]，于干旱处理第30 d测定其生长及光合特征参数，并对各项指标进行相关性分析。结果表明：干旱胁迫抑制了黑果腺肋花楸幼苗生长及光合能力，与对照相比，干旱胁迫处理导致生物量、茎粗、叶面积等生长指标和净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO₂浓度(Ci)、水分利用效率(WUE)、叶绿素a(Chla)、类胡萝卜素含量(Car)等光合参数指标显著下降；株高、叶绿素b(Chlb)、总叶绿素(T Chl)含量保持对照水平；根冠比(R/S) 显著增加；LS、MS处理叶片相对含水量(RWC)和最大光化学效率(Fv/Fm)与对照相比无显著差异；生长指标与Pn呈极显著正相关；Pn与Gs、Ci呈极显著正相关，这表明“气孔限制”是干旱胁迫下黑果腺肋花楸幼苗Pn下降的主要原因。研究发现，黑果腺肋花楸在LS～MS处理(土壤含水量为田间持水量的40 %～60 %)下R/S最佳，将更多的资源分配给地下根部，并通过提高叶片Fv/Fm值和调节Gs、保持较高的RWC来适应干旱环境，在SS(土壤含水量为田间持水量的20 %)处理下虽受到较严重的影响，但仍能够生存且维持生长，表明黑果腺肋花楸是具有一定抗旱性的树种。

为探究水氮耦合对沙培黄瓜叶片抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸(Pro)含量、产量、水分利用效率及氮肥偏生产力的影响，以期为温室沙培黄瓜科学水氮运筹提供基础理论依据，试验以“优胜美”水果黄瓜为试材，设置施氮量和灌水水平两因素并采用二次饱和D-最优设计，研究沙培黄瓜水氮耦合下叶片抗氧化酶和水氮利用的响应特征。结果表明：沙培黄瓜叶片SOD、CAT活性和Pro含量在整个生育期内呈单峰曲线变化，POD活性和MDA含量在整个生育期内呈现出上升趋势，中水中氮的处理T4和中水高氮的处理T5在全生育期内均能获得较高的抗氧化酶活性，低水高氮的处理T3在各时期内能获得最高的叶片Pro含量，灌水水平和施氮量或高或低均会造成MDA含量大量积累，降低SOD活性，在适宜的灌水水平下保证充足的氮肥供应能够得到较高的叶片POD活性和CAT活性；叶片SOD和POD活性在末瓜期时需要增施氮肥才能保持在较高水平；灌水水平决定了灌水量的多少，处理T5的产量最高为107.43 kg/hm²，其次是处理T4，黄瓜产量随着灌水水平和施氮量的增加均呈现出开口向下的变化趋势，符合报酬递减规律，低水高氮的处理T3可获得最高的水分利用效率，在150 kg/hm²的施氮量下，可获得最高的氮肥偏生产力。综上，在T4处理（即灌水水平为80.20%，施氮量为623 kg/hm²）作为最优水氮运筹方案的基础上，进入末瓜期后适当增施氮肥，能够提升叶片生理代谢能力，达到高产的目标同时提升水氮利用能力。

降雨径流是引起旱作物农田养分流失的关键因素，研究其排水中磷的流失规律对农业管理和水环境保护具有重要意义。基于天然降雨过程开展淮北地区农田原位排水试验，分析了降雨-产流机制、用地类型对磷流失的影响以及磷输出的动态变化特征。结果表明：前期土壤含水率和降雨强度是影响产流的主要因素，当砂姜黑土耕层土壤体积含水率达39%后，持续强降雨易发生超渗产流现象，且降雨强度越大径流强度越大；降雨径流是农田磷输出的载体和动力，不同用地类型磷的输出浓度和形态有所差异，其浓度大小为菜地＞夏玉米＞春花生＞绿化地，农田的PP/TP值（58.94%）高于绿化地的PP/TP值（44.61%）；不同时段径流排水中磷的浓度、形态和污染负荷差异较大，雨强越大输出浓度和负荷越高，TP的变化范围为0.52～1.14 mg/L，累计输出量为26.61 kg/hm²；通过相关性和回归分析，分别建立了累计径流深与累计降雨量（R2=0.964 6）、磷累计输出负荷（R2=0.997 5）等参数之间的函数关系。成果可为该地区降雨-产流机制研究、农田磷输出负荷估算和农田磷素管理提供理论依据。

不同降雨径流条件下，黄土高原地区坡耕地会产生土壤侵蚀，影响坡耕地品质和农业灌水均匀度。为探明不同流量类型条件下该地区细沟侵蚀产沙机理，采用室内放水冲刷试验，对4种流量类型（凹陷型（5.0-2.5-7.5 L/min）、峰值型（2.5-7.5-5.0 L/min）、均匀型（5.0-5.0-5.0 L/min）、增加型（2.5-5.0-7.5 L/min））与3个坡度（4°、8°、12°）组合工况下的细沟侵蚀产沙过程进行研究。结果表明：同一坡度下，土壤剥蚀率最大的流量类型为峰值型，均匀型流量类型冲刷下的剥蚀率次之（除坡度4°外）；峰值型、凹陷型和增加型的土壤剥蚀率分别为均匀型的1.36倍、0.91倍和0.95倍；土壤剥蚀率与坡度显著相关（P<0.05），且随坡度的增大而增大；土壤剥蚀率与水流强度参数（剪切力、水流功率、有效水流功率）之间的关系均能很好地用幂函数描述（R ²=0.37~0.94）；土壤剥蚀率与消能率呈正相关（幂函数关系），且峰值型的土壤剥蚀率与消能率间的相关性最强，其次是增加型和均匀型，凹陷型最弱；细沟水流挟沙系数变化范围为20.84~83.57，平均值为52.21，相对应的不淤保证率为95%。各研究结果对阐明不同流量级组合冲刷下黄土高原地区黄绵土土质坡面侵蚀产沙机理具有重要意义，可望为该地区侵蚀预报模型的建立和防治侵蚀提供理论支持。

灌区的生产规划对粮食生产具有非常关键的意义，对灌区进行合理的生产规划，极为重要的一点是要快速、精准的提取出灌区的作物信息。以R语言为工具，湖北省漳河灌区为研究区，基于 GF-1数据、 Sentinel-2 数据及Landsat 8 数据，计算并提取研究区作物的归一化差值植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)及比值植被指数(RVI)时间序列，分别采用CART决策树、朴素贝叶斯(NB)、支持向量机(SVM)、K近邻(KNN)及随机森林(RF)算法对研究区主要作物进行分类。结果表明：①基于随机森林采用多种植被指数时间序列组合数据进行分类效果最好，总精度为96.96%，Kappa系数为0.948。对各地物的分类中，水体分类效果最好，双季稻轮作区分类效果最差。②R语言可以实现遥感数据的下载、预处理、分析及可视化过程，避免了跨平台数据处理，简化了遥感数据的处理过程，说明R语言在遥感数据处理过程中具有适用性与优越性。

随着工业化和城镇化的快速推进，地下水环境问题日益突出。进行地下水水化学特征及演化规律的研究，能够有效的开展地下水环境的监测和保护。以威海市地下水为研究对象，基于近15年的地下水水质监测数据，综合运用统计分析、Piper三线图和动态曲线图等手段，探究研究区内地下水水化学特征及演化规律，并进一步分析水质变化的成因。结果表明，研究区地表水以Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-为主要优势离子，水化学类型以Ca·Mg-HCO₃、Ca·Mg-Cl和Ca·Mg-SO₄为主；而地下水以HCO₃ ^-和Ca²⁺为主要优势离子，水化学类型以Ca·HCO₃为主，并逐步向Ca·HCO₃、Ca·SO₄型演化，地表水与地下水水化学类型存在一定差异，是由于地表水易受人类活动的影响。威海市地下水总体表现为弱碱性，是沿海地区长期的水文地球化学过程的影响。碳酸盐岩风化作用是控制该区内地下水水化学成分的主要因素，另外海水入侵和人类活动是影响威海市地下水环境的重要因素。

弹簧参数是影响灌溉稳流器性能的重要因素，为了更好地研究灌溉稳流器的调节性能，需要为灌溉稳流器选配合适的弹簧参数。通过理论推导建立了灌溉稳流器的进出口压差数学模型，基于FLUENT软件，计算了不同调节芯体位移的灌溉稳流器数值模型，求解了进出口压差数学模型的未知系数及函数。结果表明：进出口压差数学模型能够描述调节芯体位移与流量的变化关系，通过进出口压差数学模型计算可以得到灌溉稳流器在不同弹簧参数作用下的进出口压差-流量特性曲线。弹簧参数对灌溉稳流器性能的影响规律为：弹簧刚度或弹簧预压缩量越大，灌溉稳流器的起调压差越高、调节区间范围越大。研究的灌溉稳流器优选的弹簧参数为：弹簧刚度5.0 N/mm，弹簧预压缩量2.5 mm；根据优选结果实际选配的弹簧参数为：弹簧刚度5.15 N/mm，弹簧预压缩量2.5 mm。对选配的弹簧进行试验验证，结果表明灌溉稳流器的起调压差为0.127 MPa，调节区间为0.127~0.384 MPa，流量稳定在640 L/h左右；数学模型计算流量与实测流量的调节规律一致，流量实测值略大于数学模型计算值，二者偏差在5.64%以内。研究结果提供了一种灌溉稳流器弹簧选配的方法，可以提高灌溉稳流器的研发效率。

为了探究Sentinel-2A遥感数据对水体叶绿素a、悬浮物、盐分浓度的探测能力，以sentinel-2A遥感影像为数据源，结合松嫩平原河流、湖泊水体采样的实验室化验数据，引入归一化植被指数、悬浮物指数、盐分指数等作为反演因子，采用相关性分析的方法，利用SPSS软件建立了研究区水体叶绿素a、悬浮物、盐分3种水质参数的反演模型，并对松嫩平原3种水质参数进行制图。研究结果表明：松嫩平原水体叶绿素a、悬浮物、盐分浓度与sentinel-2A影像反射率呈正相关性，相关系数分别在第8波段、第5波段、第9波段出现峰值，相关系数分别达到0.688、0.664、0.780；引入归一化植被指数、悬浮物指数、盐分指数等波段组合可有效削弱遥感影像中噪声的影响，显著改善与水体叶绿素a、悬浮物、盐分的相关性，相关系数分别达到了0.862、0.751、0.876。在此基础上建立松嫩平原水体叶绿素a、悬浮物、盐分浓度反演模型，并得到以下结论：通过一元二次建模方法建立的3种水质参数反演模型的决定系数R ²最大，分别达到0.887、0.765、0.848，高于对数、倒数、指数、幂函数等反演模型；水质制图结果显示，松嫩平原的连环湖、向阳湖、大庆水库及嫩江干支流水域的叶绿素a、悬浮物及盐分等水质参数浓度较低，水质较好。

为了实现气象要素缺失条件下对参考作物蒸散量（ET ₀）的预测，以山西果树研究所Adcon-Ws无线自动气象站2020-2021年每日最高气温（T _max）、最低气温（T _min）、2 m高风速（u ₂）、相对湿度（RH）和日照时数（n）数据为例，构建了9种气象要素缺失组合下的决策树（CART）、随机森林（RF）、梯度提升决策树（GBDT）、极端梯度提升（XGBoost）、支持向量机（SVR）、BP神经网络（BPNN）和深度学习（DL）7种ET ₀机器学习模型，以PM公式计算值作为标准值，并与经验法Hargreaves-Samani、Irmak-Allen、Makkink和Priestley-Taylor进行对比。结果表明，在所有气象要素组合中,深度学习和BP神经网络均能取得较高的模拟精度并且有较好的泛化能力，其他模型在不同气象要素缺失组合中模拟精度和泛化能力有不同的排名，但整体效果较好的是支持向量机。不同气象要素对模型模拟ET ₀的影响程度不同，影响由大到小排序依次为n、T _max、T _min、RH、u ₂。与4种经验法相比，机器学习模型模拟精度均大于输入相同组合的经验法。

对再生稻生长期的灌水满足情况进行评价，为淠史杭灌区再生稻科学推广和种植结构调整提供科学支持及理论指导。利用2000-2021年的气象数据，计算出生长期有效雨量、作物需水量，结合水分平衡的原理，得到灌溉需水量，并将分别与双季稻、单季中稻的基本用水定额进行比较，最终得出灌水满足度。研究结果显示，2000-2021年再生稻生长期的有效降雨量为306.0~600.1 mm，平均为494.7 mm；作物需水量为568.4~849.3 mm，平均为659.9 mm。按照双季稻的基本用水定额来分析再生稻的灌水满足情况，其灌水满足度为0.65~1.49，平均1.10，适宜再生稻种植。按照单季中稻分析，其灌水满足度为0.42~0.89，平均0.59，再生稻种植适宜性较差。由于淠史杭灌区大部分地区种植单季中稻，因此从灌水满足情况来看，在淠史杭灌区大面积推广再生稻种植存在一定的风险。

为探究以再生水为水源时微润管的堵塞情况及其原因，对微润管进行了为期1 320 h的堵塞评价试验。与自来水水源相比，再生水为水源时微润管的堵塞程度更严重。再生水工况下，试验运行312 h后，微润管开始出现严重堵塞，管段出流量整体呈现“缓慢下降-急剧下降-缓慢下降”的分段式下降趋势。对再生水工况下，不同堵塞程度的管段进行微润管管壁生物膜组分（胞外聚合物，Extracellular Polymeric Substances，EPS）含量及微生物群落变化分析。结果表明EPS中的多糖及蛋白质是导致微润管堵塞的关键诱因，两者与堵塞程度均存在“S形曲线”相关关系，呈现出“敏感-弱敏感-敏感”的变化趋势，其中多糖含量更高，与堵塞程度相关关系更为密切。随着堵塞程度加深，能够大量分泌EPS的变形菌门微生物成为优势菌门，加剧了微润管的堵塞。研究可为探明微润管微生物堵塞现象及机理提供理论依据。