接触角对土壤的水力特性有重要影响，为了直观的了解接触角，建立更符合实际的土水特征曲线，选取粉土、红黏土和膨胀土进行试验，提出了一种测量亲水性土颗粒接触角的制样方法，沉积-黏附：通过土壤胶粒悬浊液静置后土壤胶体沉积黏附在具有黏性的平坦表面得到待测试样，再用躺滴法测量其接触角。测量结果与毛细管上升法和Wilhelmy平板法进行对比分析。结果表明：毛细管上升法测量膨胀土时，由于膨胀土遇水剧烈膨胀，其内部孔隙体积缩小甚至封闭，导致膨胀土接触角测量值为79°左右，测量结果误差巨大。Wilhelmy平板法受到毛细浸润作用，湿润锋运移距离与浸入深度不一致，待测样片的制样方法难以保证均匀重现，导致接触角测量结果有误差。通过沉积-黏附法，得到土壤颗粒均匀分布的薄层表面，有效减少液滴在土壤颗粒表面的毛细分散，液滴在试样表面稳定成型，一个试样上同时实现表观接触角和动态接触角的测量，并且该方法能适用于不同类型的土壤。

为探究不同矿化度农田排水间歇滴灌对土壤水分和盐分空间分布的影响。采用室内土柱试验，设置2个农田排水矿化度（2 g/L与4 g/L）和3个滴灌间歇时间（0 h、灌水2 h间歇0.5 h、灌水2 h间歇1 h）6个处理，对比分析不同处理对土壤水分入渗和水盐空间分布的影响规律。结果表明：农田排水间歇灌溉条件下土壤水分入渗遵从幂函数变化规律。增加灌溉间歇时间和灌溉水矿化度，能够增加土壤湿润锋横向和纵向延伸范围。随灌溉间歇时间增加，土壤水分空间分布更均匀。单因素与双因素交互作用对土壤脱盐区的脱盐率影响均具有统计学意义。表现为随灌溉间歇时间增加和灌溉水矿化度减小，土壤脱盐区的脱盐率显著增加。2 g/L处理较4 g/L处理平均脱盐率增加25.04%；灌水间歇0.5 h处理较不间歇灌溉处理平均脱盐率增加6.78%，灌水间歇1 h处理较不间歇灌溉处理平均脱盐率增加17.05%。灌溉水矿化度2 g/L以及灌溉间歇1 h处理，土壤湿润体内平均含水率最高、平均含盐量最小且脱盐率最高。

为获得不同亏缺灌溉条件下合理的沼液替代化肥施用方案，采用水-沼液一体化技术，以温室番茄为研究对象，在2020年秋季（2020A）和2021年春季（2021S）开展了两季大田试验，设置了3个灌溉水平：0.5 Ep（W1）、0.7 Ep（W2）、0.9 Ep（W3），Ep为20 cm蒸发皿蒸发量，3种施肥方案：土壤混掺生物炭+沼液（F1）、化肥（F2）、沼液（F3），共9个处理，探索不同灌溉量和施肥方案对温室番茄生长、水分利用效率、产量和品质的影响规律，并采用主成分分析法和TOPSIS法对番茄综合营养品质和综合效益进行了评价分析。结果表明，W2F3处理可有效促进番茄株高、茎粗及干物质质量的形成，并可在高产的前提下获得较高的水分利用效率。相同施肥方式下，番茄株高及茎粗与灌溉量成抛物线关系，在灌溉水平为0.7 Ep时最大；番茄总干物质量及产量在F1和F2施肥方式下与灌溉量成正比，在F3施肥方式下随灌溉量增加先增加后减小。相同灌溉水平下，施肥方案F3可获得最优的果实品质。W3F2处理（0.9 Ep，化肥）可以获得最高的产量，但W2F3处理在产量仅降低0.3%（秋季）和0.9%（春季）的前提下获得了最好的水分利用效率。主成分分析法和TOPSIS法的分析结果表明W2F3处理可以获得最好的综合品质和综合效益，建议将W2F3处理作为水/沼液一体化最优亏缺灌溉模式进行推广应用。

为探究库区柑橘各生长期不同土壤水分处理模式对果实品质的影响，于2019-2021年在三峡大学仓屋榜试验基地进行柑橘控水试验，采用27种水分处理分别应用在幼果期、膨大期、转色增糖期，其中幼果期体积含水率为低水（18%~21%）、中水（21%~24%）、高水（24%~27%），膨大期含水率为低水（17%~21%）、中水（21%~24%）、高水（24~27%），转色增糖期含水率为低水（16%~20%）、中水（20%~23%）和高水（23%~26%）。测定了全果重、果汁率、可食率、平均果形指数、可溶性固形物、可溶性总糖、可滴定酸、Vc、固酸比、糖酸比这10项品质指标，并基于主成分分析法，建立了各生育期内不同土壤水分含量处理对柑橘果实品质的综合评价模型。结果表明：不同水分处理下，果汁率的变异系数值最小，维生素C的变异系数值最大；基于主成分分析提取出了3个主成分，且前3个主成分累计贡献率占87.028%，其PC（主成分）1为口感因子，PC2为可食因子，PC3为营养因子；通过对不同处理下果实品质的综合评价，得到T10（土壤水分含量在各生长期依次为21%~24%，17%~21%，16%~20%）的综合得分最高，T27（土壤水分含量在各生长期依次为24%~27%，24%~27%，23%~26%）得分最低。膨大期的土壤含水率在24%~27%区间的柑橘外观品质最好，转色增糖期的土壤含水率在16%~20%区间下的柑橘风味品质最好，综上所述膨大期和转色增糖期的水分变化对柑橘品质的影响最为关键。

为解决目前沼液机兼容性差、集成度低、沼液灌溉浓度不合理等问题，设计了一种集成型沼液水肥一体机，并以白菜为试验材料，在6个不同沼液浓度即0%（CK）、20%（T20）、40%（T40）、60%（T60）、80%（T80）、100%（T100）下比较土壤速效养分、白菜产量品质的差异，优选适宜沼液灌溉浓度。研究结果表明：集成式沼液水肥一体机具有整体性强、智能化水平高和适配性好的优点，基于沼液一体机进行沼液施用有利于增加土壤速效氮、磷、钾含量，且沼液浓度越大、增加幅度越明显，其中T100处理白菜收获后测得的土壤速效氮、磷、钾含量最高，分别为119.7、17.8和171.1 mg/kg；沼液灌溉处理中，以T80和T60产量处于较高水平，地上部分产量分别达到4710和69.9 t/hm²，两者无显著（p＞0.05）差异；沼液施用降低了白菜叶片硝酸盐含量，提升了Vc、可溶性糖含量，不同沼液处理以T60白菜综合品质最优；从产量、产值、品质等角度综合考虑，推荐60%为白菜适宜沼液灌溉浓度。

为探究可溶性有机肥对温室番茄生长、产量和品质的影响，试验共设置了7个处理分别为CK：不施肥；T1：低量无机肥（N 150 kg/hm²、P₂O₅ 60 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²）；T2：中量无机肥（N 300 kg/hm²、P₂O₅ 120 kg/hm²、K₂O 240 kg/hm²）；T3：高量无机肥（N 450 kg/hm²、P₂O₅ 180 kg/hm²、K₂O 360 kg/hm²）；M1：低量无机肥+低量可溶性有机肥（75 kg/hm²）；M2：低量无机肥+中量可溶性有机肥（225 kg/hm²）；M3：低量无机肥+高量可溶性有机肥（375 kg/hm²），测定番茄的株高、茎粗、叶面积指数（LAI）、叶绿素相对含量（SPAD值）、产量及果实品质等指标。研究表明：番茄的株高、茎粗、叶面积指数、SPAD值和产量均随着施肥量的增加而增加，且T3、M2、M3各指标之间无显著性差异；在果实品质方面，无机肥施用量的增加会增加果实中的可滴定酸和硝酸盐含量对果实品质造成不利影响，而可溶性有机肥的增加会增加果实中的可溶性糖，维生素C和番茄红素，提高果实的糖酸比，显著提高番茄果实的品质。综合各项指标来看，M3处理下的番茄生长情况良好，产量较高，果实品质最好，是试验中最好的配施方式。

在滴灌条件下湿润体盐分积累在根系发育范围之内是一个面临的重大问题,为此，提出了扩大根系脱盐范围的一种新技术。以枸杞为供试植物，根据盐分积累在湿润体边缘的规律，采用错位滴头的3条毛管滞后滴水的方法，扩大根系的脱盐范围，节约用水量。试验结果表明：3条毛管滞后滴水时，逐步追压根系发育范围内的盐分，把盐分追压到根系发育范围之外，局部压盐，从而节约每年3次的压盐水量。湿润体内盐分的降低量不仅与灌水次数有关，而且与土壤性质、土壤初始含盐量及水质也有关，研究成果可为压盐用水量的定量化、科学改良盐碱地提供依据。

分析漓江水陆交错带土壤粒径分形维数与水力性质，为漓江流域水陆交错带土壤迁移、沉积和土壤水文循环模拟提供参考依据。以漓江5个典型水陆交错带样地为研究对象，测定土壤基本物理性质和水力参数，计算土壤粒径分形维数，基于相关分析、冗余分析和逐步回归分析探讨分形维数与水力性质的关系。结果表明，漓江水陆交错带土壤粒径主要集中在0~400 μm，土壤质地偏细，黏粒含量较高；土壤粒径分布范围中体积分数占比大的颗粒占主导地位，土壤粒径主要分布在密集区域，但粒径分布稀疏区的土壤颗粒对环境因子更敏感；单重分形维数（D）、信息维（D(1)）、关联维（D(2)）、信息维/容量维（D(1)/D(0)）、谱宽（?α）与饱和含水量、田间持水量、总孔隙度、VG模型和BC模型拟合的饱和含水量参数（VG-θs、BC-θs）呈显著负相关，与土壤容重呈显著正相关；D、D(1)、D(2)、D(1)/D(0)与土壤砂粒含量呈极显著负相关，与土壤颗粒比表面积、黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关；土壤基本物理性质可解释分形维数95.84%的变异，砂粒含量和总孔隙度是影响D值变化的主要因素，砂粒含量是影响D(1)、D(2)、D(1)/D(0)值变化的主要因素。漓江水陆交错带土壤粒径分布具有典型的分形特征，分形维数可以作为土壤水分运动数值模拟的指示性参数。

为研究受损河流生态修复所需的补水量，基于QUAL-2K水质模型模拟断面水质，Tennant法确定河道生态流量，构建了以水质达标、生态水量达标、对水源地影响最小为目标的耦合模型，并将耦合模型应用于四川省某中小河流，在水质目标下，通过对河流现状水质因子评价分析，选取氨氮、总磷两种水质因子达到Ⅲ类水为目标，对该河流出境断面水质进行模拟；水量目标下，以多年平均流量的30%和50%分别作为非汛期和汛期的生态流量；水源地目标下，生态补水不应侵占水源地本身生态流量和其他用水户用水。结果表明，水质目标下全年引水量为7 197 万m³，水量目标下全年引水量为6 808 万m³，综合水源地可引水量，确定补水月份为1-6月，全年引水量为1.01 亿m³。研究成果证明生态补水可作为短期内改善因缺水而受损的生态系统的一种手段，能够为跨区补水河流项目生态补水量的确定提供决策依据。

冬小麦产量及蛋白质的准确估计具有重要意义。基于作物模型对作物生长和氮素吸收等关键生理过程的模拟，可以实现对产量、蛋白质产量及含量的评估。但现有作物模型对储存器官利用氮的能力（库过程）进行了简化，鲜有模型考虑多种因素对该过程的影响。研究采用单籽粒氮积累模型与SWAP相结合的方法，考虑温度、水分、氮素水平、基因型多因素对库过程的影响，构建了SWAP-pro模型。与原模型的对比结果表明，SWAP对冬小麦氮胁迫情况估计不准确，产量模拟精度不高，且明显低估冬小麦蛋白质产量；SWAP-pro能对叶面积指数、叶片氮、生物量等指标进行较好的模拟，具有一定的稳健性。模型能更准确稳定地模拟冬小麦氮胁迫情况，产量的模拟精度优于SWAP，且对蛋白质产量的模拟精度更高。该研究有助于深入理解氮循环与冬小麦收获品质形成的关系，对于产量和蛋白质估计具有一定指导意义。

快速准确地测量土壤含水量在农业、水文、生态等领域的应用至关重要，数字图像技术测量土壤含水量因其具有廉价、快速和不破坏土体的优势成为研究的热点。基于手机相机获取的数字图像，提取了R、G、B、H、S、V和DN 7种图像特征参数，并利用与土壤含水量相关性较大的图像特征参数R、V和DN构建了BP神经网络和遗传算法优化的BP神经网络土壤含水量反演模型，来获取高精度的土壤含水量数值。结果显示：将BP神经网络和遗传算法用于数字图像技术，均可提高数字图像技术测量土壤含水量的精度，其中BP神经网络土壤含水量反演模型的决定系数（R ²）可达到0.940~0.972，均方根误差（RMSE）为0.936%~1.694%；遗传算法优化的BP神经网络土壤含水量反演模型的R ²可达到0.976~0.993，RMSE为0.559%~0.878%，遗传算法优化的BP神经网络模型用于数字图像技术反演土壤含水量的R ²更接近1，RMSE更小，精度更高。同类型研究中提出的多元线性模型的R ²介于0.60和0.96，RMSE介于1.11%和7.00%，与其相比，研究模型的预测精度和稳定性更高，这些结果展示了BP神经网络和遗传算法在数字图像技术测土壤含水量的应用优势。此外，研究表明手机相机获取的数字图像经过处理后可用于室内条件下预测表层土壤含水量，后续研究还需在室外深层土壤中展开，以扩展研究模型的适用性。

为研究动态工况条件下微润灌供水动态变化、土壤水分运移及含水率重分布特征、湿润锋膨缩特性等机理，以室内模拟试验实测含水率、湿润锋面积、微润管出流量数据为依据，探索恒定水头和变水头条件下微润灌土壤水分运动规律，并基于试验实测数据对恒定水头下微润灌湿润锋推移模型进行了修正，提出了基于通量平衡共轭的微润灌水头调增湿润峰运移距离预测模型。结果表明：①恒定水头条件下微润灌累积入渗量随着时间线性增长，入渗速率、累积入渗量与压力水头显著正相关。当调增-调减水头时微润灌入渗速率、累积入渗曲线增长趋势均有显著变化。水头从1 m调增到2 m时，相同时段内累积入渗量和入渗速率分别增加到调增水头前的1.63倍、1.51倍。水头从2 m调减到1 m时，相同时段内累积入渗量和入渗速率分别减少到调减水头前的33.7%、38.63%。调增-调减水头变量越大，该趋势愈发显著。随着时间推移累积入渗量增长趋势、入渗速率均趋于稳定。②当调增工作水头时湿润锋运移速率、湿润体平均含水率显著增大。调减工作水头时湿润锋运移速率显著变小，湿润体平均含水率缓慢增大，随着时间推移湿润锋运移速率、湿润体平均含水率均趋于稳定状态。水头从1 m调增到2 m时，调增水头后72 h内湿润锋面积增加到调增水头时刻湿润锋面积的2.92倍。水头从2 m调减到1 m时，调减水头后72 h内湿润锋面积增加到调减水头时刻湿润锋面积的1.57倍。③构建了微润灌水头调增湿润锋运移预测模型，采用模型评价优度指标分析可知，湿润锋运移距离实测值和模拟值吻合较好，MRE和NRMSE值均接近于0.022，NSE的值均大于0. 890，证实了模型优度及较好适用性。研究结果证实了可通过即时调节微润灌溉工作水头，从而人为调控微润管出流、入渗特征及含水率分布的可行性。在实践应用方面，可基于变水头下微润灌湿润体的情景模拟结果和典型设施作物根系需水规律，拟定出不同设施作物适宜的微润灌技术参数范围和灌溉模式。

为研究纳米生物炭对铵态氮的吸附-解吸效果，以稻草秸秆为原料制得本体生物炭，并采用球磨法制备纳米生物炭，通过室内吸附-解吸试验与模型模拟相结合的方法开展研究。结果表明：相对于本体生物炭，纳米生物炭对铵态氮的吸附-解吸效果均表现出极显著的优势。纳米生物炭对铵态氮的吸附量随其投加量和初始溶液氮浓度的增大呈增加趋势，随后趋于平衡；其在pH为7的条件下对铵态氮的吸附效果最好；吸附时间为210 min时，吸附反应达到动态平衡。纳米生物炭对铵态氮的最大吸附量为6.91 mg/g，是相同条件下本体生物炭吸附量的2倍。纳米生物炭对铵态氮的吸附等温线和吸附动力学过程更适合用Langmuir方程和准二级动力学方程描述。纳米生物炭在解吸时间为240 min时，解吸反应达到动态平衡。纳米生物炭最大解吸量为6.051 mg/g，是相同条件下本体生物炭解吸量的1.9倍。准二级动力学方程能更好地描述纳米生物炭对铵态氮的动态解吸过程。纳米生物炭对铵态氮的吸附主要为单分子层吸附，以化学吸附方式为主，解吸过程可以看作是吸附反应的逆向过程。研究结果可为田间施用纳米生物炭减少氮素流失、提高氮肥利用率提供理论依据。

作为微灌工程中应用最广泛的过滤器之一的自清洗网式过滤器是保证微灌系统正常运行的核心设备，现状自清洗网式过滤器清洗多为水质清洗，新疆每年的灌溉期都有1~2个月的洪水期，泥沙含量较大，利用水质作为清洗动力源由于耗水量大无法实现长时间的连续清洗，而采用空气作为清洗动力源能够解决连续清洗耗水的问题。而随着水资源的短缺日益加剧，新型气动自清洗网式过滤器的开发将是一种新的发展方向。提出了一种新型气动自清洗网式过滤器清洗结构的设计与产品开发思想，并基于开源计算流体力学软件OpenFOAM，采用simpleFoam方法，通过计算得出的不同时间节点速度、压力分布图，分析发现10~31 s时间段内的压力分布和流速分布趋于稳定，在进口端的0~50 mm段靠近上下两侧边壁处形成固定压力涡流，中间的压力主要指向进口端，速度分布由中间向上下两侧呈现由大到小的趋势；50~80 mm段则出现压力分布较低的现象，速度分布由中间向上下两侧呈现变化不确定的情况；计算分析结果表明，初始模型结构在进口端5~50 mm段靠近上下两侧边壁处存在压力涡流现象。通过在进口端5~100 mm处增加了渐变段的优化设计，结构优化的计算消除了初始结构模型中存在压力旋涡和压力分布不均的问题，并确定该优化的结构参数即为本次清洗结构的设计参数。

为探究杨柴的蒸腾耗水规律及其与环境因子的关系，以毛乌素沙地典型固沙灌木杨柴（Hedysarum mongolicum）为研究对象，利用野外称重式蒸渗仪搭配自动观测气象站的方法，于2021年6-9月对杨柴蒸腾过程及气象因子的日变化进行连续监测和记录。结果表明：①杨柴蒸腾强度在晴天和阴雨天均表现出单峰变化曲线，有明显的昼夜变化规律，阴雨天蒸腾强度约为晴天的一半。②研究期间降雨量为131.02 mm，杨柴总蒸腾耗水量为200.65 mm，土壤水分亏缺是限制杨柴蒸腾强度的主要原因。③环境因子对杨柴蒸腾强度（T_i ）影响显著性大小排序为：太阳辐射>空气温度>饱和水汽压亏缺>10 cm土壤含水量>空气相对湿度>30 cm土壤含水量>50 cm土壤含水量>风速。综合分析表明：生长季杨柴蒸腾耗水日变化明显，其蒸腾强度主要受太阳辐射、土壤水分、空气温度和相对湿度的影响。

采用无灌溉造林的方法，依据水量平衡技术与Penman-Monteith方程，研究干旱地区造林树种沙棘、梭梭、紫穗槐和锦鸡儿的蒸腾耗水规律、林木需水量、林木系数及林木水分亏缺量。结果如下：4种灌木在生长期内的蒸腾速率皆为双峰型，沙棘、锦鸡儿和紫穗槐的峰值出现时间一致。梭梭的峰值出现在10∶30和16∶30左右。各树种阳坡的蒸腾速率＞阴坡的蒸腾速率。4种灌木中紫穗槐的耗水量最大，阳坡与阴坡的耗水量分别为173.4 mm和134.86 mm，梭梭的耗水量最小。干旱地区各树种生长期内的林木系数有所不同，5月份的阴坡梭梭林木系数最小为0.16，7月份阳坡紫穗槐林木系数最大为1.33。紫穗槐的水分亏缺量最大、沙棘次之，梭梭水分亏缺最小。所以梭梭为最适树种，紫穗槐为干旱地区较难生存、生长的树种。