为提高高标准农田建设中各项建设工程的针对性和有效性，以豫东平原区睢县周堂镇高标准农田建设项目为研究对象，将障碍度模型与层次分析法结合，构建高标准农田建设评价模型，探究农田建设的限制因子及建设内容。结果表明周堂镇高标准农田建设项目区综合评价得分为0.732 8，农田建设水平一般，符合高标准农田建设选区的建设条件；通过障碍度模型分析得，研究区内机井通电率、农田灌溉保证率、土壤有机质含量、机耕路通达度、农田灌溉设施完整度、农田高效节水面积占比、农田智能化管理、田间主干道绿化率等8项指标的障碍度值大于其平均值，为项目区高标准农田建设的主要障碍因素，亟待解决。研究表明，障碍度模型与层次分析法结合的研究方法，可准确识别研究区农田建设中的主要障碍因子，进而为项目区优先建设内容的确定提供指导，提高建设工程的针对性和有效性。

三江平原水稻面积变化及其引发的地下水开发利用活动对当地地下水动态变化产生了严重影响。为明确三江平原地下水补排特征及其存在的问题，基于2000-2014年变化情景下的土地利用构建动态水循环模型，在其他参数和假设不变的情况下，建立逐年的静态水循环模型及预测水文模型，模拟在各土地利用情景和规划水稻种植规模下的水文过程，对比各情景下的地下水通量，探求地下水补排平衡下的水稻种植规模。结果显示：基于动态水循环现状模型分析，三江平原地下水超采严重，年均地下水蓄变量为-3.13 亿m³；对现状水资源配置格局下各静态土地利用模型对比，在2005年的水稻种植规模下，年均地下水蓄变量为-0.25 亿m³，实现了地下水补排平衡；建立在水资源配置新格局下的预测模型，对各子流域中的水稻面积同比放大，确定在水稻种植规模为304.1 万hm²时，地下水年均蓄变量为-0.84 亿m³，三江平原实现了地下水补排平衡。

如何提高黄河三角洲微咸水利用率，节约淡水资源是黄河三角洲盐碱地水稻产业发展的关键问题之一。以多个水稻品种为材料，比较了不同盐度、不同发育时期微咸水灌溉下产量相关性状的变化。结果表明，全生育期3 g/L和5 g/L盐度的微咸水灌溉均影响水稻产量，其中3 g/L微咸水灌溉主要影响了穗粒数和千粒重，而5 g/L微咸水灌溉影响是多方面的；全生育期3 g/L微咸水灌溉产量降低约10%，而5 g/L微咸水灌溉减产超过40%。在插秧返苗期3 g/L微咸水浇灌会降低成苗率，但一定程度上提高水稻的耐盐能力，降低盐胁迫对水稻产量的影响。相对其他时期，仅在分蘖期进行5 g/L微咸水灌溉对水稻产量的影响相对较小；孕穗灌浆期用微咸水灌溉严重影响水稻灌浆。因此，在当地淡水资源短缺的情况下，可以考虑在返苗期和分蘖期使用3 g/L的微咸水进行灌溉，但要适当增加该单位面积内苗数，缓解因成苗率降低造成的产量损失，而分蘖期可以适当采用高盐度微咸水灌溉，但不宜超过5 g/L，孕穗灌浆期微咸水盐度应严格控制在3 g/L以下。黄河三角洲地区微咸水资源的利用能够充分节约淡水资源，具有较好的经济和生态效益。

为明确紫云英和秸秆联合还田方式下减施氮肥对双季稻产量及水氮利用效率的影响，设置不还田+不施肥（S0N0）、不还田+全量氮肥（S0N3）、紫云英和秸秆还田+不施肥（S1N0）、紫云英和秸秆还田+减量氮肥（S1N1）和紫云英和秸秆还田+减量氮肥（S1N2），测定各处理不同生育期双季稻的植株氮素含量及积累量，并对水氮利用效率、双季稻产量及其产量构成因素进行了分析。结果表明，在不施氮肥情况下，与S0N0处理相比，紫云英和秸秆还田处理S1N0双季稻植株氮素含量及积累量、水肥利用效率和产量均有所提升。S1N2处理在抽穗期、黄熟期双季稻氮素含量和氮素吸收均最高。在早稻时期，以常规施氮S0N3处理产量最高，减氮处理S1N1和S1N2早稻产量分别降低了7.43%和1.68%，而晚稻产量虽分别提高了0.68%和2.35%，但无显著差异。与常规施氮（S0N3）对比，在紫云英和秸秆还田方式下减施氮肥（S1N1、S1N2）处理均能减少双季稻灌水量、排水量和田间耗水量，在晚稻时期水分利用效率分别显著提升了5.24%和25.86%，氮素利用效率分别显著提升了6.23%和13.74%。因此，从水肥利用效率和产量综合考虑分析，紫云英和秸秆还田方式下早、晚稻分别减少15%和10%的氮肥用量是较为合适的措施。

桑干河流域是建设首都水源涵养功能区和生态环境支撑区的主要流域，针对目前流域内面源污染和土壤退化等生态问题，探究不同农田系统土壤水盐氮分布特征对于区域科学管理土地资源和调控水盐肥具有重要意义。以桑干河流域3种典型的农田利用方式（杏园、雨养玉米和灌溉玉米）为研究对象，通过野外取样与试验分析对不同农田利用方式土壤剖面水、盐和硝态氮分布规律进行研究，进而明晰土壤盐氮潜在淋溶风险。结果表明：①不同农田类型中灌溉玉米土壤含水率和电导率均值最高，杏园含水率最低，而电导率接近于雨养玉米。②土壤盐分离子组成以Na⁺和SO₄ ^2-为主，K⁺、Mg²⁺和Cl^-相对较少，灌溉玉米中Na⁺、K⁺和Mg²⁺均显著高于杏园。③土壤水盐分布因农田利用方式的不同而存在明显差异且分布复杂，杏园土壤电导率与盐分离子垂直分布呈橄榄形，雨养玉米SO₄ ^2-和电导率表现为中上多、底部少，灌溉玉米Na⁺呈S形波动。④灌溉玉米NO₃ ^--N平均累积含量明显高于雨养玉米和杏园，剖面分布为上下多、中间少的特点，且深层土壤NO₃ ^--N均值达14.6 mg/kg，具有潜在的硝态氮淋溶风险。⑤不同利用方式土壤Mg²⁺和SO₄ ^2-分别与含水率和电导率呈极显著正相关，其是控制区域水盐变化的重要因子。综上，不同农田利用方式对土壤水盐氮分布特征影响差异明显，灌溉玉米土壤水盐氮含量明显最高，需采取合理的水肥管理措施，减缓环境污染风险。

准确模拟土壤水分（SM）对农田精准灌溉、优化区域水资源配置和提高农业水资源利用效率具有重要意义。采用逐日气象和土壤含水量数据，探究随机森林（RF）和支持向量机（SVM）模拟不同深度（4 cm、10 cm和20 cm）土壤含水量的适用性，采用太阳辐射（R_s ）、空气温度（T）、降水量（P）、风速（U ₂）、空气湿度（RH）和土壤温度（ST）数据的4种输入组合，探讨不同输入变量对SM模拟的影响。结果表明：RF模型在4种输入组合下模拟不同深度土壤含水量精度最高，SVM模型模拟精度较低，R ²范围分别为0.871~0.914和0.710~0.814，RMSE范围分别为0.050~0.069 cm³/cm³和0.080~0.098 cm³/cm³，MAE范围分别为0.030~0.051 cm³/cm³和0.060~0.077 cm³/cm³。考虑模型精度和数据易获取性，RF模型在 R_s 、T、P、ST和RH输入下精度较高，R ²范围为0.884~0.914，RMSE范围为0.050~0.064 cm³/cm³，MAE范围为0.030~0.043 cm³/cm³。因此，建议采用RF模型在R_s 、T、P、RH和ST输入下模拟不同土壤深度含水量。

作物需水量是确定灌溉制度和灌溉用水的重要依据。为准确预测冬小麦的需水量，以河北邯郸漳滏河灌区为例，利用sentinel-1A雷达影像反演灌区的土壤墒情以修正作物系数，并结合未来15 d的气象预报数据计算的参考蒸散发（ET ₀），预测漳滏河灌区重要灌水期的冬小麦需水量。结果表明：通过遥感反演的土壤含水量与实测值相近，平均相对误差为4.60%；经气象预报数据预测研究区12月11-25日ET ₀预测值为15.32 mm；结合土壤水分修正系数与预测ET ₀数据，计算冬小麦平均需水量预测值为12.64 mm，其中，磁县需水量最大，为14.23 mm，广平县冬小麦需水量最小，为12.04 mm；由MOD16A2产品计算研究期平均需水量为10.65 mm，较预测值相对误差为18.69%。该方法可以有效地预测作物需水量及其空间分布，可为灌区作物生育期用水预测与管理提供理论参考。

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一，在气候变化和干旱研究中起着不可忽视的作用。利用2011-2013年内蒙古农作物生长发育和农田0~10 cm土壤湿度旬值数据，结合相关系数、偏差、均方根误差和DISO等统计指标，评估美国全球陆面数据同化系统(GLDAS)、欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)和美国国家航空航天局NASA发布的全球高分辨率陆面数据同化系统(FLDAS)等三套土壤湿度数据在内蒙古的适用性，旨在选出一种适用于研究内蒙古土壤湿度时空特征的大范围、长时间序列的替代资料。结果表明：在年尺度上三套产品数据空间分布与观测数据基本一致，均能体现内蒙古土壤湿度东湿西干的空间分布格局。其中ERA5与观测数据的相关性最高，但是误差较大；在月尺度上ERA5和GLDAS两套数据均能较好地捕捉和刻画土壤湿度随时间的变化特征。ERA5数据在各月与观测值的相关性较好，而GLDAS数据的误差更小；整体上来看，GLDAS、FLDAS、ERA5与观测数据之间的相关系数分别为0.93、0.68、和0.96，NAE 分别为 0.031、0.013、0.022，NRMSE分别为0.032、0.014、0.023。ERA5与观测数据之间的DISO距离值最小，为0.045，其次是GLDAS，FLDAS数据最差。研究结果可为内蒙古土壤湿度研究及应用提供理论依据。

生物质炭在改善土壤环境、促进土壤肥力提升、植物生长及保水抑蒸等方面发挥了重要作用。为探明生物质炭对长柄扁桃幼苗生长发育及蒸散耗水规律的影响。通过盆栽试验，研究2%（B2）、4%（B4）和6%（B6）3种玉米秸秆生物质炭添加量对长柄扁桃生长及蒸散耗水的影响，以不添加生物质炭作为对照（CK）。结果表明：生物质炭对长柄扁桃幼苗生长、土壤水分及蒸散耗水具有明显影响。与对照相比，2%添加量下更有利于长柄扁桃株高、基径及叶面积的生长，分别比对照增加9.90%、9.22%和6.97%；4%和6%两种添加量均不同程度的抑制了长柄扁桃的生长，4%抑制效果最明显。土壤含水量随生物质炭添加量的增加而增加，增幅为2.89%~59.98%。生物质炭施用在显著提升土壤保水能力的同时也显著增加了长柄扁桃的蒸散耗水量，4%添加量下显著增加11.40%。适量的生物质炭添加在提升土壤保水能力的同时可有效促进长柄扁桃幼苗生长，在较高肥力土壤中引种栽植长柄扁桃建议添加2%以下的低量生物质炭。

为了实现温室大棚环境由人工管理到自动控制，将农民经验管理模式模型化、参数化，对温室大棚环境进行控制，在陕西杨凌选择管理优质的温室作为研究对象，利用机器学习的极端梯度提升算法（extreme gradient boosting，XGBoost）建立室外环境（温度、湿度和不同高度温度）、室内环境（温度、湿度）、控制（卷膜）3者之间的关系，分别对4个不同生育期（新梢生长期、开花坐果期、果实膨大期、着色成熟期）葡萄温室的温、湿度进行模拟，并建立温室环境控制卷膜决策模型，将该模型应用于杨凌地区“锦田农庄”3号葡萄温室，实现了直接通过温室外界环境对温室卷膜进行远程控制。结果表明：与实际情况相比，模型决策准确率为95%，根据结果进行卷膜远程控制，昼间卷膜开启后，温度、湿度变化趋势缓慢，均处于目标区间，说明所建立的卷膜决策模型可以有效调控温室内的温度和湿度，能够减少温室内传感器的使用，具有较强的应用价值和推广意义。

基于不同模型研究季节性冻融期土壤水热运移规律，对干旱半干旱地区水资源高效利用的定量化评价具有重要意义。分别运用SWAP和SHAW模型对季节性冻融期土壤水分、温度和蒸发量进行了模拟，并对模拟效果加以评价。模拟结果表明：对于整个冻融期而言，利用SHAW模型模拟的土壤含水量的NRMSE基本保持在30%以内，RMSE均在0.09 cm³/cm³以下，利用SWAP模型模拟的土壤含水量的NRMSE基本保持在35%以内，RMSE均在0.13 cm³/cm³以下；利用SHAW模型模拟20 cm以下土层温度的NRMSE均保持在30%以内，RMSE均在0.94 ℃以下，利用SWAP模型模拟的土壤温度基本可以反映实测值的变化趋势；在模拟土壤累积蒸发量方面，相比SWAP模型，SHAW模型的模拟值更接近实测值。总体而言，在干旱半干旱地区对于季节性冻融期，SHAW模型对土壤水热运移的模拟效果均较为理想，SWAP模型对土壤水分运移模拟较好，但对土壤温度模拟相对较差。对于土壤累积蒸发量的模拟效果，两个模型均不十分理想，有待进一步改进。

为揭示不同水分管理模式下生物炭对鄂西地区柑橘品质及水分利用效率（WUE）的影响，以20 a生红肉脐橙为研究对象，于2018-2020年设置3种供水水平（W1：雨养模式；W2：果实膨大期3 L/周、转色増糖期1 L/周；W3：果实膨大期后9 L/周、转色増糖期3 L/周）和5种生物炭施加量水平（B0：0%；B1：4%；B2：8%；B3：12%；B4：16%）进行大田试验，研究灌水量和生物炭施加量对柑橘品质指标、产量及WUE的影响。结果表明：施炭量为0%~12%时，单果重、果皮厚度、可食率、果汁率、可溶性固形物、VC、可滴定酸和固酸比等指标随施炭量增加显著提高（P<0.05），果形指数无明显变化；生物炭对柑橘产量与WUE均有明显改善能力，而灌溉仅对提升产量有影响，对改善WUE无明显效果。对柑橘品质、产量及WUE进行综合性分析，可知B3W3处理是果实品质效益最大化与WUE最佳的炭水耦合模式。

为探究不同初始土壤含盐量和灌水定额条件下，土壤水盐的变化特征、棉花出苗率及幼苗生长。通过桶栽试验，设置2个出苗水灌水定额168.8 m³/（hm²·次）（W1），225.0 m³/（hm²·次）（W2），5个初始土壤含盐量0.05%（T0，0.45 mS/cm）、0.2%（T1，1.79 mS/cm）、0.4%（T2，3.58 mS/cm）、0.6%（T3，5.37 mS/cm）、0.8%（T4，7.16 mS/cm），共10个处理，研究不同处理下滴灌棉田水盐分布对出苗率及幼苗时期株高、茎粗及叶面积的影响。结果表明：出苗水灌溉对棉花根区产生显著淋洗作用，高灌水定额处理淋洗的程度大于低灌水定额。W2T4处理相较于W1T4处理出苗时间提前4 d，出苗率增加13.33%，W2T0处理相较于W2T4处理出苗时间提前2 d，出苗率增加66.67%。W1T0处理株高、茎粗、叶面积相较于W1T1处理增加5.33%、35%、74.92%，W2T0处理株高、茎粗、叶面积相较于W1T0处理增加1.27%、14.81%、18.78%，W2T1处理株高、茎粗、叶面积相较于W2T0处理增加56.25%、6.45%、56.48%。针对电导率和棉花出苗率进行关系拟合，得出棉花出苗时期耐盐阈值为土壤含盐质量分数0.56%。在W1灌水定额下，随初始土壤含盐量增大幼苗生长呈现下降的趋势，在W2灌水定额下，随初始土壤含盐量增大幼苗生长呈现先增大后减小的规律。在盐渍土条件下，提高灌水定额，可以合理调控水盐分布，减轻盐分对棉花萌发及幼苗生长的影响。

膜下滴灌技术的优势及应用效果明显，在全国各地均有推广应用。为了进一步降低投资，节约资源，探索节水高产的毛管布置模式，在民勤绿洲红崖山灌区以“敦玉13”为材料开展毛管铺设与灌水定额对作物的影响及水分运移特征试验。通过测定玉米出苗率、土壤水分运移规律、干物质积累与分配、产量、水分利用效率及种植效益等指标，分析了不同毛管铺设及灌水处理对玉米出苗、土壤水分运移消耗、水分高效利用的影响与产量效应。结果表明，膜下滴灌毛管铺设模式对玉米出苗率的影响较为明显，1膜2管和1膜3管玉米出苗率明显高于1膜1管；在1膜2管时，不同灌水定额下灌溉水均可横向扩散到作物种植区，而1膜1管时，灌溉水均不能横向扩散到到作物种植区，影响了作物出苗及生长；1膜2管和1膜3管玉米干物质积累量明显高于1膜1管，对有限水分的利用效率较高，其穗粒数、穗粒重、产量等均高于1膜1管处理；1膜1管、1膜2管在节约灌溉材料方面优势较为明显，但1膜1管产量降低较为明显。综合结果来看，在玉米膜下滴灌种植中，建议采用1膜2管模式（膜宽145 cm），灌水定额36~42 mm，生育期灌溉定额以2 520~3 360 m³/hm²为宜，灌水频率依据气候等条件保持在7~8次。

探究植被覆盖下的坡面流阻力特性对土壤侵蚀模型的建立有着重要意义。通过3个坡度、7个流量和10个草被覆盖度下的定床冲刷实验，系统分析坡面薄层水流的流型流态与阻力特性。实验结果表明，坡面水流流态受到草被覆盖度与坡度的综合影响，主要分布在层流区及过渡流区。通过等效粗糙度和坡面水流流动阻力规律，推导出等效阻力系数f_e 的计算公式，公式表明草被覆盖度是影响水流阻力的重要因素，f_e 值随覆盖度增加而整体增大，实验结果显示当覆盖度在0%~37.68%的范围内时，等效阻力系数始终小于1.5；而当覆盖度在56.52%~94.2%的范围内时，f_e 由0.697~3.042增长至2.440~14.393。淹没度及雷诺数对等效阻力系数的影响与覆盖度密切相关，覆盖度低于18.84%时，等效阻力系数随淹没度与雷诺数的增加而呈减小趋势；而当覆盖度高于65.94%时，等效阻力系数随淹没度与雷诺数的增加而以较大的速率上升。研究结果以期为水土流失综合治理提供理论支撑。

为了准确提取作物冠层温度，监测作物水分亏缺状态，以不同水分处理的生菜为研究对象，分别利用手持式热像仪和佳能相机获取生菜的热红外和可见光图像，计算生菜冠层可见光图像与热红外图像的仿射变换参数，并进行配准融合，以获取生菜冠层区域的热红外图像，而后计算不同处理下的基于冠层温度的水分胁迫指数（Crop Water Stress Index, CWSI）与日蒸散量（Evapotranspiration，ET），分析不同灌溉处理下CWSI同ET的相关关系来监测生菜水分亏缺程度。结果表明，基于仿射变换的热红外目标提取方法可以实现生菜冠层的准确提取，剔除背景后生菜冠层的平均温度值由20.25 ℃下降至 19.25 ℃。不同水分处理下的生菜热红外冠层的CWSI值展示出明显的差异，且CWSI与ET呈显著负相关，当CWSI越大，ET越小，表明CWSI可以应用在生菜水分胁迫状态监测，能够很好的反应土壤水分含量变化状况。