土壤水热因子是影响岩溶区植被恢复、生态修复和水土保持等的主要因素，降雨变化是限制土壤温度和水分变化的一个重要因素，因此在典型峰丛洼地不同地貌部位选择监测点，对不同降雨条件及20、50、80、110 cm深度土壤温度和水分进行连续监测，探讨峰丛洼地区降雨变化对土壤水分和温度的影响机制及其两者耦合关系。结果表明：随土层深度增加土壤水分变异系数增大，土壤温度变化幅度减小。洼地土壤水分对不同条件下的降雨均有响应，但坡地土壤水分对中雨以上级别的降雨发生降雨响应，且坡地土壤水分响应程度较洼地土壤水分强烈。土壤温度日变化特征仅存在于小雨或中雨，大雨或暴雨时，其变化呈现逐渐下降的趋势。土壤水分和温度的相关性在洼地和坡地呈相反的变化。

在中国季节性冻融区如何高效快速地监测冻结土壤的含水率至关重要。以内蒙古河套灌区典型灌域土壤为对象，在实验室分梯度配置不同含水率的土样，通过地物光谱仪测定土壤冻结与未冻结状态下的高光谱数据，处理得到原始光谱反射率（Raw Spectral Reflectance，REF）、一阶微分反射率（First-order Differential Reflectance，FDR）和二阶微分反射率（Second-order Differential Reflectance，SDR）、标准正态变量变换（Standard Normal Variable Reflectance，SNV）和倒数之对数变换（Logarithm of Reciprocal，LR）5种光谱指标，采用偏最小二乘回归法（Partial Least Squares Regression，PLSR）、多元逐步回归法（Multiple Stepwise Regression，MSR）、支持向量机法（Support Vecor Machine，SVM）和一元线性回归法（Unary Linear Regression，ULR），构建基于不同光谱指标的土壤含水率高光谱反演模型并进行回归分析。结果表明，冻结状态下基于REF、FDR和SDR指标构建的模型反演精度低于未冻结状态，REF的验证集决定系数（Rp ²）的最大值为未冻结状态下PLSR的0.952，最小值为冻结状态下ULR的0.621；FDR的Rp ²最大值为未冻结状态下SVM的0.955，最小值为冻结状态下MSR的0.618；SDR的Rp ²最大值为未冻结状态下的SVM的0.858，最小值为未冻结状态下PLSR的0.252。未冻结状态下SNV、LR指标的反演精度略低于冻结状态，SNV的Rp ²最大值为冻结状态下PLSR的0.796，最小值为未冻结状态下ULR的0.621；LR的Rp ²最大值为冻结状态下MSR的0.789，最小值为未冻结状态下ULR的0.667；未冻结状态下最佳模型组合为FDR-SVM，Rp ²为0.955，冻结状态下最佳组合模型为REF-PLSR，Rp ²为0.799。研究成果可为土壤冻结状态下利用高光谱遥感技术监测土壤含水率提供一定的技术支撑。

为评估RZWQM2模型对中国北方农牧交错带青饲玉米模拟的适用性，率定出一套适宜于本地区青饲玉米的模型参数，选取位于中国北方农牧交错带中段张北县境内的实验样地进行了为期两年的田间试验（2020、2021年）。基于大型蒸渗仪实测蒸散数据、气象数据、土壤物理参数、作物遗传参数和田间管理措施等数据，对青饲玉米不同土层土壤含水量、作物生长状况以及生育期内田间蒸散量进行模拟。结果表明：①RZWQM2模型较好地模拟土壤水分的动态趋势，不同土层（20 cm、40 cm、60 cm和80 cm）土壤含水量均方根误差RMSE在0.019~0.029 cm³/cm³之间，一致性指数d在0.609~0.789 之间，决定系数R ²在0.717~0.940 之间；②模型对青饲玉米生长情况模拟结果较好，2020、2021年青饲玉米株高模拟的一致性指数d分别高达0.919和0.952，青饲玉米叶面积指数和生物量的d值在介于0.731~0.816之间；③青饲玉米生育期内田间蒸散量模拟值与实测值均呈现先升高后降低的变化规律，在吐丝期蒸散量达到最大，最大值分别为6.550 mm和8.246 mm，2020、2021年整个生育期内青饲玉米蒸散量分别为345.145 mm和353.856 mm，模型模拟后决定系数R ²均在0.790以上。RZWQM2模型对中国北方农牧交错带张北地区青饲玉米生长发育适用性较好，可以进一步推广该研究方法。

为了探究华北平原不同土地利用方式下土壤结构及养分与土壤饱和导水率的关系，研究了6种类型样地（乔木混交林地、乔木纯林地、灌木林地、草地、果园、耕地）的土壤物理结构特征及其与饱和导水率之间的关系。结果表明：不同土地利用方式样地的土壤容重整体表现为耕地＞草地＞果园＞灌木林地＞纯林地＞混交林地，土壤含水率整体表现为混交林地＞纯林地＞灌木林地＞耕地≈草地＞果园，土壤全氮、速效钾及速效磷均整体表现为混交林地＞纯林地＞灌木林地＞草地＞果园＞耕地，土壤总孔隙度整体表现为混交林地＞灌木林地＞纯林地＞果园＞草地＞耕地，土壤石砾含量未表现出整体的差异规律，但果园及耕地的土壤石砾含量随着土壤深度的增加而增加。土壤饱和导水率整体表现为混交林地＞纯林地＞草地＞果园≈耕地，不同土地管理下的土壤容重、土壤总孔隙度、土壤含水率、土壤全氮、速效钾、速效磷变化均是影响土壤饱和导水率特征的主要因子，其中土壤容重越小，土壤总孔隙度、土壤含水率、土壤全氮、速效钾、速效磷越大，则土壤饱和导水率越大。混交林及灌木林有利于土壤导水及提水性能的提升；在今后对区域土壤性质及饱和导水率的研究中不能忽略土地利用管理方式及人为干扰的重要影响。

为了揭示云南气象干旱的时空演变特征，基于Penman-Monteith方法计算云南各地1961年以来不同时段的潜在蒸散量，用降水量与潜在蒸散的差值即水分盈亏量作为气象干旱分析指标，分析了1961年以来云南冬春季、初夏及全年3个关键时段的降水量、潜在蒸散、水分盈亏量的年际变化特征、空间变化差异及突变特征、周期变化特征。结果表明：云南降水量、潜在蒸散量及水分盈亏量变化时空差异显著，冬春季常年水分亏缺，季节性干旱明显，全年和初夏总体水分盈余，但年际差异显著；1961年以来，云南冬春季、初夏和年降水量以及潜在蒸散量均呈减少趋势，由于变化速率差异较大，导致水分盈亏量呈现的变化趋势不一，年水分盈亏量呈减少趋势而冬春季和初夏水分盈亏量呈增加趋势；基于水分盈亏量的气象干旱评估指标可以较好的揭示云南气象干旱的阶段性和季节性变化特征，也能较好的体现21世纪以来气象干旱偏重的趋势，在气象干旱监测评估方面具有较好的应用前景。

南疆地区早春低温冷害、沙尘与冰雹等极端天气影响棉种萌发及幼苗发育，为解决极端天气影响棉花出苗及减产问题，在新疆阿克苏地区沙雅县海楼镇开展小拱棚大田试验。试验共设计3种不同材质棚膜，每种棚膜下设有无地膜两种处理方式，选取当地冬灌棉田（无小拱棚，有地膜）作为对照处理，共7组处理，每个处理设3个重复，分析不同处理对棉田耕作层（0~30 cm）土壤水热微环境、棉花株高茎粗、地上部干物质量及出苗率的影响。覆盖小拱棚有地膜处理苗期增温效果显著，有地膜处理5 cm土层日均土壤温度较无地膜处理增加2.9~4.2 ℃，较CK增加3.8~6.3 ℃；不同材质棚膜下棚内气温变化趋势相同，有地膜较无地膜处理棚内气温增加0.6~1.65 ℃，较CK增加1.2~3.8 ℃；覆盖小拱棚有地膜处理有很好的保水作用，0~30 cm有地膜较无地膜处理土壤含水率提高6.13%~6.70%，较CK提高1.17%~4.36%；不同材质棚膜下覆盖小拱棚有地膜处理对棉花株高、茎粗及地上部干物质量的积累影响显著，且能实现提早出苗。不同材质棚膜下覆盖小拱棚有地膜处理在棉花生产过程中均能提高地膜的增温保墒效果，M1（聚乙烯（PE）膜）轻薄且透光性好，综合分析可知，M1W处理能更好的发挥地膜的增温保墒效果，有效提高出苗率，延长棉花全生育期。

土壤水分在调节陆地-大气水循环及能量收支平衡中起着重要作用，已有研究大多基于实验的方法探讨土壤水分的变化规律，然而对于大尺度区域和长时间土壤水序列的分析存在一定的局限性。卫星遥感监测能够提供大面积、全天时、全天候的数据，其中欧洲空间局（European Space Agency，ESA）气候变化项目（Climate Change Initiative，CCI）遥感土壤水分数据因具有“长时间序列、高精度”等特点，使其成为研究土壤水分变化规律的主要数据来源，可为大尺度农业旱情评估和预警提供一定的数据支撑。因此，以2000-2015年ESA CCI遥感土壤水分数据为基础，结合归一化植被指数（NDVI）和气候数据等，对山西省的土壤水分时空演变规律进行分析，并采用相关性分析法和主成分分析法探讨了土壤水分与NDVI、降水量、气温以及风速之间的相关关系，从而确定影响山西省土壤水分时空变化的主要因子。结果表明：山西省土壤水分整体呈“南部、北部低，中部高”的分布特征，且空间分布特征具有一定的稳定性。近16 a来，山西省土壤水分变化整体呈不显著上升趋势，其倾向率为0.000 6 a^-1。采用相关性分析法得知土壤水分与NDVI、降水量、气温呈正相关关系，与风速呈负相关关系。结合主成分分析法最终确定影响山西省土壤水分变化的主要因子是NDVI和降水量，其次是气温以及风速。

水足迹是评价人类活动对水资源开采和水环境污染程度的重要方法。为缓解盘锦市水资源问题，结合水稻生产水足迹评估水资源利用效率，探究水稻生产中水土资源配置及短缺压力。结果表明：①2009-2021年，盘锦市水稻生产单位质量水足迹年均值为1.26 m³/kg。从用水来源来看，绿水足迹和蓝水足迹占水足迹总量的比重较大。②盘锦市水资源利用程度较高，表现为大多数年份基本不存在水资源压力；水资源开发程度较高；消耗等量水资源所带来的经济价值逐渐增加。③考虑资源数量的水土资源匹配系数均值为0.375 万m³/hm²，考虑资源质量的匹配系数均值为0.273 万m³/hm²，盘锦农业生产所产生的资源数量影响大于质量产生的影响。④整体上，水资源短缺压力高于土地资源短缺压力，基于生产视角的水资源短缺压力受社会、经济、生产环境发展因素的影响较小，经济环境因素对土地资源短缺压力影响显著。研究结果可在推动农业用水的高效利用、提高水资源利用率、促进农业水土资源合理配置方面，实现区域水资源的可持续利用。

太阳总辐射（R_s ）模型是估算地表能源最简单的方法，对区域ET ₀管理、水资源及太阳能利用具有重要意义。选取中国北方47个代表性气象站点（1994-2016年）逐日数据，采用鱼群算法优化温度模型（T1、T2和T3）、日照时数模型（N1、N2和N3）和混合模型（M1），在日和月尺度评价太阳总辐射模拟精度。结果表明：在日尺度上，基于日照时数的模型（N1-N3）精度最高，其次为基于温度的模型（T1-T3），混合模型相对较差（M1），R ²分别为0.90~0.93、0.64~0.78和0.80~0.90，MAE分别为1.47~1.95、2.51~4.33和4.88~6.28 MJ/(m²·d)；在月尺度上，基于日照时数的模型（N1-N3）精度最高，其次为混合模型（M1）和基于温度的模型（T1-T3），R ²分别为0.94~0.97、0.92~0.95和0.86~0.95，MAE分别为25.45~44.29、36.21~102.73和101.25~144.56 MJ/(m²·d)。因此，推荐基于日照时数模型模拟太阳总辐射。

为解决现有多孔陶瓷渗灌管道制备工艺不规范、产品性能低下的问题，采用注浆成型法，以黏土为骨架材料，炉渣为造孔剂，硅酸钠为解凝剂，制备一种低成本、性能优良的微孔陶瓷渗灌管道。分析了黏土颗粒粒径和炉渣掺量2个因素对微孔陶瓷渗灌管道孔隙率、线收缩率、弯曲度、抗弯强度、渗透系数和流量的影响规律，以较大的抗弯强度、较小的线收缩率和弯曲度、合适的孔隙率为优选标准，得到微孔陶瓷渗灌管道的最优原料配方。结果表明：随着黏土颗粒粒径增大，微孔陶瓷渗灌管道的线收缩率、弯曲度、抗弯强度降低，孔隙率和渗透系数增大，进而使流量增大；随着炉渣含量的增加，微孔陶瓷渗灌管道的抗弯强度降低，孔隙率、线收缩率、弯曲度、渗透系数增加，流量增大。微孔陶瓷渗灌管道渗透系数与孔隙率成幂函数关系。综合比较，黏土颗粒粒径0.180~0.355 mm、炉渣掺量15%为最优原料配方，微孔陶瓷渗灌管道的孔隙率为33.9%、线收缩率为3.98%、弯曲度为0.95°、抗弯强度为8.6 MPa、渗透系数为0.36 cm/h，在10 kPa工作压力下的流量为6.12 L/(h·m)，兼具良好的材料性能和水力性能，能较好满足田间使用要求。

引黄喷灌水源含沙量大，容易造成冲蚀磨损导致喷头结构变形，进而引起喷灌系统灌溉质量的降低。为了研究折射式喷头的冲蚀磨损规律，采用室内试验与数值仿真相结合的方法，对不同工况下的冲蚀位置和冲蚀速率进行分析，验证了数值模拟具有较高的准确性，在此基础上，采用回归分析的方法，分别研究了锥角高度、流道长度与进口流速、含沙量和喷灌历时的关系。结果表明，喷头的冲蚀主要集中于蓝色喷盘的锥角处、流道与分水台凸起处；喷头的冲蚀速率随进口流速增大而增加；随着喷灌历时的增加，喷盘锥角高度不断下降，当进口流速从9.87 m/s增加到21.65 m/s时，48 h喷灌时间内喷盘锥角高度从2.80 mm分别下降到2.48、2.39、2.32、2.25和2.23 mm，最大下降幅度为20.36%；随着进口流速的增大，流道长度在磨蚀作用下逐渐减小，从10.50 mm分别减小到8.88、8.30、7.82、7.71和7.11 mm，最大减小幅度为32.29%；喷盘的锥角高度及流道长度与时间存在线性关系。数值模拟方法可用于研究折射式喷头的冲蚀规律，为喷头的失效预测提供参考。

灌排淋洗是盐碱土降盐的重要水利工程措施，在滨海土壤改良上应用广泛且发挥了重要作用，但利用生物措施和工程措施协同改良滨海盐碱地的研究较为匮乏。为了寻求沿海盐碱地植物和工程协同改良方案，设计0.9 m（D1）、1.2 m（D2）埋深和15 m（S1）、20 m（S2）间距的不同暗管布局方式，同时设种植向日葵（Y）和未种植向日葵（N）处理，观测不同暗管布局方案下土壤含水率、剖面土壤全盐含量、向日葵生长和产量等指标的响应规律。结果表明：暗管间距越小、埋深越浅，土壤含水率总体上越低，种植向日葵有利于提升生育期尤其是生育后期耕层土壤含水率；暗管排水基础上种植向日葵对盐碱地0~100 cm土体盐分有明显的消减作用，成熟期向日葵处理土体平均含盐量为2.27~2.74 g/kg，而无向日葵处理土体平均含盐量为2.81~3.09 g/kg；向日葵株高和茎粗总体表现为D1S1Y最高，移栽后120 d分别达到183 cm和38.1 mm，而D2S2Y处于最低水平，分别为162 cm和32.7 mm；不同暗管布置方式对向日葵产量有不同程度的影响，其中D1S1Y处理向日葵产量最高，达到2.73 t/hm²，显著（p＜0.05）高于D2S2Y处理；D1S1Y对主根区盐分的去除效果最优，0~20 cm和20~40 cm盐分消减效率分别达到50.3%和43.4%。推荐以种植向日葵协同埋深0.9 m、间距15 m的暗管布局作为适宜盐碱土改良方案。

为提高年降水量预测精度，提出一种基于小波包变换（WPT）和孔雀优化算法（POA）、沙猫优化（SCSO）算法、猎豹优化（CO）算法优化的高斯过程回归（GPR）预测模型，并将其应用于文山州年降水量预测研究。首先，利用WPT将实例1956-2021年降水量时间序列分解为1个周期项分量和3个波动项分量；其次，简要介绍POA、SCSO、CO算法原理，利用POA、SCSO、CO分别优化GPR超参数，建立WPT-POA-GPR、WPT-SCSO-GPR、WPT-CO-GPR模型；最后，利用所建立的3种模型对年降水量周期项分量和波动项分量进行预测，将4个分量的预测结果加和重构后得到最终预测结果，并构建基于支持向量机（SVM）的WPT-POA-SVM、WPT-SCSO-SVM、WPT-CO-SVM模型、基于RBF神经网络的WPT-POA-RBF、WPT-SCSO-RBF、WPT-CO-RBF模型和未经优化的WPT-GPR模型作对比分析模型。结果表明：①WPT-POA-GPR、WPT-SCSO-GPR、WPT-CO-GPR模型对年降水量预测的平均绝对百分比误差MAPE分别为0.52%、0.46%、0.48%，平均绝对误差MAE分别为5.80 mm、5.31 mm、5.25 mm，均方根误差RMSE分别为8.20 mm、7.72 mm、7.83 mm，确定性系数DC>0.99，预测效果优于其他7种模型，具有更高的预测精度和更好的泛化能力。②POA、SCSO、CO能有效优化GPR超参数，显著提高GPR预测性能。③所构建的3种模型具有普适性，为降水等时间序列预测研究提供参考。

为了揭示微润灌溉下土壤速效养分在土层中的运移分布规律，并筛选出适宜设施黄瓜种植的施肥模式，试验采用微润灌溉模式，采用随机区组设计，设置低浓度无机肥（T1）、中浓度无机肥（T2）、高浓度无机肥（T3）、低浓度无机肥+低浓度生物有机肥（T4）、低浓度无机肥+中浓度生物有机肥（T5）、低浓度无机肥+高浓度生物有机肥（T6）和不施肥对照（CK）7个处理，测定土壤中硝态氮、速效磷、速效钾、产量及果实品质等指标。结果表明：微润灌溉模式下可溶性生物有机肥配施无机肥可以显著提高可供黄瓜利用的0~40 cm土壤中速效养分的含量，并且促进黄瓜植株对速效养分的吸收；降低40~60 cm土壤中的硝态氮和速效钾含量，对40~60 cm土壤中速效磷含量无显著影响；T6（低浓度无机肥+高浓度生物有机肥）处理对比CK处理增产69.27%，维生素C含量增加了29.68%，可溶性糖含量提升了55.91%，可溶性蛋白含量提高了32.5%，T6处理与T3（高浓度无机肥）处理相比产量无显著性差异，硝酸盐含量降低了15.97%。可溶性生物有机肥配施无机肥可以很好的和微润灌溉技术相结合，在获得高产的同时还可以减少施肥对环境带来污染的风险，达到节水节肥保护生态环境的目的；综合黄瓜果实的产量和品质，T6处理为较适宜微润灌设施黄瓜种植的施肥模式。

干旱胁迫是限制作物生长的重要因素之一。在全球气候变暖的大环境下，干旱造成大量作物产量损失，使得世界范围内粮食安全受到威胁。为应对这一问题，必须实现生产过程中作物水分含量的实时监测，以指导合理灌溉。同时有必要加快选育耐旱、抗旱的作物品种，以保证干旱胁迫下农业的可持续稳定发展。近年来，借助遥感技术、光谱技术、机器学习技术的集成能力，基于高通量表型技术的作物生长监测研究取得极大进展，为干旱胁迫下，大规模作物水分含量快速、无损、精确研究提供可能。高通量表型技术在作物干旱胁迫中的应用有助于指导精准灌溉，提高作物水分利用效率，并帮助育种学家快速筛选耐旱作物品种，辅助优质作物改良。系统阐述了高通量表型技术的原理以及其在作物干旱胁迫中的应用进展，以期为相关研究提供参考。

为探明极端干旱区新型根区灌溉方式下不同灌水上下限对土壤水分分布规律、葡萄生长动态、产量和灌溉水利用效率的影响，采用新型根区灌溉方式（RI），以地面沟灌（FI）作为对照，分别设置3个灌水上下限（W1：田间持水率50%~80%、W2：田间持水率60%~90%、W3：田间持水率70%~100%）展开研究。结果表明：与沟灌相比，水平方向上根区灌溉处理沟垄两侧水分分布更均匀；垂直方向上根区灌溉处理40~80 cm土层土壤平均含水率比沟灌处理提高了2.98%~6.76%，促进了灌溉水向中深层入渗；同一灌溉方式下，土壤含水率随着灌水上下限的提高而增大。灌溉方式、灌水上下限及其交互作用对葡萄新梢、果实生长的影响达到了极显著水平（P<0.01），RIW2处理灌水量较FIW3处理降低了30.08%，新梢长度减小了20.32%，单果重增加了22.90%，增产8.21%。根区灌溉处理中产量与水分利用效率大小均表现为RIW2>RIW3>RIW1；根区灌溉方式相较于沟灌，灌溉水利用效率提高27.40%~42.64%，节水增产效果显著。综合考虑葡萄生长、产量、灌溉水利用效率等，试验条件下根区灌溉方式下灌水上下限为60%~90%田间持水率最优，可为极端干旱区葡萄产业制定科学灌溉方案提供理论与技术依据。