基于塔里木河流域46个县（市）2015-2020年6年的面板数据，利用SBM-undesirable模型、核密度估计和Tobit模型分析流域内农业用水效率的时空格局及影响因素。结果表明：考虑了水污染的塔里木河流域农业生态用水效率呈现出逐年提高的趋势，但整体不高；流域内兵团各市和克孜勒苏柯尔克孜自治州的农业生态用水效率相对较高，其中又以阿拉尔市和若羌县为最高，达到了现有技术水平下的最优状态，效率值为1，而阿克苏地区和喀什地区的农业生态用水效率相对较低；农业生态用水效率值较高的县（市）主要分布在流域东部和西部边缘，研究时段内效率值分布重心呈现出自中部向西南部演进的趋势；进一步研究发现，农业水价、经济发展水平、节水灌溉技术等因素对流域农业生态用水效率的影响显著，水价越接近供水成本，对效率的提升贡献越大，节水灌溉技术和地膜应用越广，农业生态用水效率越高。研究的政策含义表明：应继续在流域内推广节水灌溉技术，除了普及滴灌设施以外，在条件适宜的区域可采用地膜覆盖来减少蒸发；应持续推进农业水价改革，因地制宜地调整农业用水价格，合理设置阶梯水价，积极探索水权交易制度。

为优化再生水与淡水交替供水方式，研究交替供水方式对红壤入渗特性及水盐分布规律的影响，以确定最优交替供水方式。选取5、10 g/L 2种浓度钠盐溶液和淡水为试验用水，设置了咸淡水混合（SF混合）、咸淡交替（SF）、淡咸交替（FS）、咸淡咸淡交替（SFSF）和淡咸淡咸交替（FSFS）5种供水方式，并以淡水（CK）为对照，进行一维垂直土柱入渗试验。结果表明：2种钠盐浓度下累积入渗量随着交替次数增加而增加，360 min入渗时刻，5 g/L和10 g/L淡咸淡咸交替处理分别比淡咸交替处理增加了28.85%和18.98%；Philip模型更适合描述FS交替供水和CK下土壤累积入渗量随入渗时间的变化，Kostiakov模型更适合描述SF混合、SF、SFSF、FSFS处理下红壤入渗特征；土壤剖面盐分分布受交替供水方式的影响，盐分累积程度受钠盐浓度的影响，在同一供水方式下，2种钠盐浓度的电导率（EC）分布规律一致，且随钠盐浓度增加，EC值增大。5 g/L下淡咸淡咸交替供水能增强土壤入渗能力，降低土壤盐分累积，为最优交替供水方式，推荐淡咸淡咸交替供水为南方亚热带区红壤再生水灌溉方式。

为了获取有时空连续性的表层至深层土壤湿度数据，以美国McClellanville站和青藏高原MAWORS站为研究区域，利用有限气象观测数据，基于BP神经网络（Back Propagation Neuron Network，BPNN），融合天牛须搜索算法（Beetle Antennae Search Algorithm，BAS），构建BAS-BP模型（Beetle Antennae Search-Back Propagation Neural Networks），对表层至深层土壤湿度进行反演。结果表明：①融合优化的BAS-BP模型对各层土壤湿度的反演效果优于BP模型，两个站使用BP模型反演测试集的RMSE量值在0.016~0.191 m³/m³之间，MAE在0.012~0.177 m³/m³之间，R在0.390~0.987之间。使用BAS-BP模型得到的测试集RMSE在0.014~0.143 m³/m³之间，MAE在0.010~0.131 m³/m³之间，R在0.504~0.994之间。②BP和BAS-BP模型对各站不同深度土壤湿度的反演效果均在土层10 cm处达到最佳，RMSE和MAE均小于0.016 m³/m³，R均大于0.879，随着土壤深度增加，反演效果减弱。③各模型受驱动要素影响显著，BP和BAS-BP模型在McClellanville站的反演效果和稳定性较优，而在MAWORS站的反演效果和稳定性较差。在McClellanville站，基于BP和BAS-BP模型训练集与测试集的R平均变化幅度分别为10.789%、5.061%，而在MAWORS站分别增长至38.531%、14.624%。④综合比较两种模型，BAS-BP模型反演精度更高，稳定性更好，更适应于表层至深层土壤湿度的反演。

土壤结皮的发育影响土壤淋溶过程中的养分流失情况。选取降雨强度为30 mm/h雨强，时间为0 min、10 min、30 min形成的不同发育程度的结皮，采用土盘、土柱试验，对铵根离子和磷酸根离子的流失进行分析。结果表明：①土壤结皮的发育对土壤减渗效果作用明显，两种雨强下10 min、30 min结皮的平均减渗效果分别达到了39.99%、61.93%。②对淋溶水养分进行显著性分析，结果表明在两种雨强下，结皮发育均会对铵根离子、磷酸根离子的浓度产生显著性影响，结皮发育会减少土壤淋溶水中的养分流失。③对土壤养分流失的影响进行相关性分析，铵根离子和磷酸根离子流失率与土壤结皮抗剪强度、土壤结皮容重呈负相关关系，与土壤结皮孔隙度、土壤淋溶水量呈正相关关系。

为探究黑龙江省不同节水灌溉方式下水稻节水减排潜力，基于黑龙江省水稻现状传统淹灌（TI）方式下的灌溉用水量和CH₄排放量，收集相关试验研究数据，利用IPCC指南的中国官方省级温室气体清单方法计算水稻湿润灌溉（MI）、干湿交替灌溉（AWD）、间歇灌溉（II）、控制灌溉（CI）下产生的CH₄排放量，继而计算出不同节水灌溉方式下的节水潜力和CH₄减排潜力。结果表明：不同节水灌溉方式对水稻灌溉用水量和CH₄排放影响明显，水分管理模式有利于减少水稻的用水量和CH₄排放量；节水潜力由大到小依次为MI、AWD、CI、II，分别为25.03%、15.65%、10.80%、5.05%；减排潜力由大到小依次为AWD、MI、CI、II，分别为50.77%、46.30%、45.25%、38.14%；干湿交替灌溉（AWD）是减少水稻综合温室效应的有效措施。研究结果可为黑龙江省水稻节水减排提供参考依据。

为了探究土壤水分对作物光效应的影响，就土壤水分对作物的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO₂含量、气孔导度、气孔限制值以及叶片水分利用效率等光效应研究成果进行了分类、归纳及总结。结果表明土壤水分的减少，使光响应单峰曲线呈降低走向，表现出水分胁迫影响光能利用率；重度水分胁迫会使净光合速率、暗呼吸效率、表观量子效率下降，进而影响作物糖分生成；重度水分胁迫和强光照下作物光合作用体系会受到损伤，作物蒸腾速率随土壤水分的增加而上升，但土壤水分超过某一阈值后则会下降；水分胁迫和光照强度在一定范围内增加时，胞间CO₂浓度下降，气孔限制值上升，超过这一范围时出现相反现象；一定的水分胁迫可使叶片的水分利用效率达到最大值；作物叶绿素总含量随着土壤水分的降低而下降，且叶绿素b含量下降速度大于叶绿素a。以节约利用水资源和促进作物高效生长为目标，提出了更多土壤水分与光效应对作物生长影响潜在关联的研究前景，为深入研究干旱地区土壤水分与光照互补、作物水-光平衡及农业资源高效利用提供理论支撑。

为揭示旱涝急转对水稻产量的影响规律及其成因，以洞庭湖区早稻（湘早籼6号）为研究对象，采用桶栽方式，设置受旱水平（D，65±5%θ _田、50±5%θ _田、35±5%θ _田，θ _田为田间持水率）、受旱时间（T，5、7、9 d）、受涝水平（H，50%h _株高、75%h _株高、100%h _株高，h _株高为株高）、受涝时间（L，5、7、9 d）4个影响因素，每因素设3个水平，共计9个旱涝急转处理（T₁~T₉），以正常灌溉为对照（CK），研究不同旱涝急转处理对水稻产量、干物质积累、叶片生理特性和土壤氧化还原电位（Eh）的影响规律。结果表明：①四因素对产量的影响大小顺序为：D>L>T>H，四因素对产量影响均极显著（P<0.01）；②与CK相比，各旱涝急转处理减产幅度67.32%~98.71%，地上部干重降低幅度14.09%-70.03%，根干重降低幅度21.34%~78.34%（T1处理略有增加），旱涝急转会导致水稻根冠比增加并降低干鲜比；③旱涝急转胁迫对水稻叶绿素含量及光合作用同时存在叠加损失效应和补偿效应，涝胁迫所有处理的土壤Eh相较于旱胁迫均下降，降低幅度10.29%~67.81%，土壤的还原性增强。④产量与地上部干重存在极显著正相关，与根干重、净光合速率、叶绿素含量之间呈显著正相关。研究结果为洞庭湖区应对旱涝急转灾害提供理论参考依据。

为探究不同灌溉量对茄子产量、品质和根区盐分累积的影响，以‘京茄黑宝’为试验材料，设置T1（2.4 mm）、T2（3.6 mm）、T3（4.8 mm）、T4（6.0 mm）、T5（7.2 mm）、CK（8.4 mm）6个日灌溉量处理，测定茄子根区离子浓度、光合特性、果实品质、单株产量和水分利用效率等指标。结果表明：营养液灌溉量对番茄植株生理和果实品质影响显著，灌溉量过少，会造成离子累积，不利于植株生长和果实品质的形成。随灌溉量的减少，茄子的可溶性糖含量和可溶性固形物呈现出逐渐升高的趋势，根系活力、叶片光合参数、叶片叶绿素荧光参数均呈现出降低趋势。当营养液灌溉量为T4（6.0 mm）时，茄子植株生物量积累量最高，果实维生素C含量、可溶性蛋白含量、单株产量和水分利用效率显著高于其他各个处理(P＜0.05)。另外，随着茄子植株的生长，无机基质槽培茄子根区会发生离子积累，导致根区营养液EC上升。在植株生长64 d时，茄子根区营养液的EC值最高，各处理表现为：T1>T2>CK>T5>T3>T4，此时T1（2.4 mm）处理各离子质量浓度对根区盐分累积强度的贡献率表现为：K⁺>Ca²⁺>总磷>Mg²⁺>总氮。相关性分析表明，净光合速率与蒸腾速率之间、净光合速率与根系活力之间、维生素C与单株产量之间、可溶性糖与可溶性固形物之间、总磷与Ca²⁺之间呈极显著正相关（P＜0.01）。综合分析得出，当营养液日灌溉量为T4（6.0 mm）时，茄子果实品质、单株产量和水分利用率等指标最佳，适当减少营养液灌溉量有利于减轻根区盐分积累，同时也有利于茄子果实品质的形成和单株产量的增加。

渗灌是通过多孔介质将灌溉水持续渗入到作物根区土壤的地下节水灌溉技术。以廉价易得的黏土和炉渣为原料，采用注浆成型法制备出一种材料性能优良且绿色环保的微孔陶瓷渗灌管道，重点研究了陶瓷渗灌管道土壤水分入渗特性，并以最优根水匹配为目标，提出了陶瓷渗灌管道工作水头优化算法。研究结果表明：微孔陶瓷渗灌管道流量在1 h内迅速下降后以稳定出流量持续出流，于48 h后达到稳定出流状态，当工作水头由0.25 m增加至0.75 m时，微孔陶瓷渗灌管道稳定出流量由0.157 L/(h·m)增加至0.270 L/(h·m)，稳定出流量与工作水头呈显著的线性正相关关系。湿润体为平行于土壤表面的圆柱体，湿润体剖面上土壤含水量沿湿润锋运移方向逐渐降低，垂直向上、垂直向下和水平方向的湿润锋分别以0.05 cm/h、0.08 cm/h和0.04 cm/h的速率扩散。湿润体内平均土壤含水量随工作水头增加而增大，0.25 m、0.50 m和0.75 m工作水头下湿润体内平均含水量分别为0.243 cm³/cm³、0.348 cm³/cm³和0.406 cm³/cm³。利用所构建的微孔陶瓷渗灌管道工作水头优化算法，对冬小麦、夏玉米和番茄3种典型密植型作物的微孔陶瓷渗灌管道工作水头进行了优化，推荐工作水头分别为0.423 m、0.529 m和0.642 m，研究结果可为微孔陶瓷渗灌管道的推广应用提供一定的科学依据。

研究灌区气象要素长期变化特征及其对灌溉用水量的影响对掌握灌区灌溉用水规律从而进行更科学合理的灌溉具有一定的指导意义和实际参考价值。基于山西汾西灌区3个气象站点1975-2018年的实测气象资料，采用线性倾向估计、M-K检验等方法分析降水和气温的时间变化特征，用作物系数法计算灌区作物需水量和灌溉用水量，综合分析气候变化对灌溉用水量的影响，建立了不同水文典型年降水、作物需水量与灌溉用水量之间的关系。结果表明：44 a来汾西灌区降水量以2.7 mm/10a的速率下降，在1977年第一次突变；平均气温以0.471 ℃/10a的速率显著上升，在1997年突变；灌区气候向暖干方向发展，灌溉用水量以25.4 mm/10a的速率上升。气温突变伴随着降水骤降为多年最低值，灌溉用水量比多年均值增加了396.8 mm，远大于降水突变年。作物需水量增加1 mm，灌溉用水量就会增加1.92 mm；降水增多，其对灌溉用水的影响减小，单位降水量在丰、平、枯水年可分别引起1.29、1.74、2.72单位灌溉用水量的变化，枯水年的灌溉定额比丰、平水年多出20%。

推广节水灌溉技术，对于缓解水资源短缺，实现黄河流域可持续发展具有重要意义，农业产业组织与节水灌溉技术之间具有内在逻辑关系，对农户加入农业产业组织与节水灌溉技术之间的关系探讨具有重要意义。基于黄河流域陕甘宁三省839份调研数据，分析农户加入农业产业组织对节水灌溉技术采纳的影响，并进一步探讨了其内在传导机制和农户特征分化情境下的效应差异。研究结果显示：①通过二元logit模型证明加入农业产业组织促进农户采纳节水灌溉技术，并验证此结论的可靠性。②通过调研数据估算出节水灌溉技术采纳的规模门槛约为0.8 hm²，并将0.8 hm²作为土地规模门槛值进行机制分析，中介模型显示加入农业产业组织通过促进土地规模化，从而促使农户更积极的采用节水灌溉技术。③从代际差异和家庭经营状况差异两个层面对农户节水灌溉技术采纳行为进行多维度异质性分析，发现加入农业产业组织能够更好地促进老一代种植户、家庭经营状况较差的农户采纳节水灌溉技术。因此，政府应鼓励农业产业组织发展，发挥其示范带动作用，激励更多的农户采纳节水灌溉技术，进一步完善土地制度，促进土地流转与土地规模化，加大技术宣传与培训力度，促进节水灌溉技术采纳。

准确掌握灌溉耕地的数量和空间分布等信息是农业生产与水资源管理的重要基础。传统基于像元的遥感灌溉提取会破环地块基本形态，在耕地较为精细、破碎的农田区域，单时相卫星影像所做出的地图也往往达不到所需精度，针对此问题，提出了一种基于Sentinel-2时序影像的地块尺度灌溉耕地提取方法。首先，利用高分辨率遥感影像提取研究区精细的农业耕种地块（矢量多边形）；然后，以时间序列Sentinel-2影像为数据源构建地块尺度的时序特征，并设计多种特征组合方案；最后，构建以XGBoost分类模型为基础的灌溉耕地识别方法并评估模型的泛化能力，以实现区域地块尺度的灌溉耕地提取。进而，在美国科罗拉多州南普拉特河流域的农业灌溉集中地区验证上述方法流程。结果表明：①即使耕地情况破碎、复杂，基于地块的提取方法也能在保留地块基本形态的基础上实现灌溉耕地的精确提取，总体精度高达85.03%；②在特征的构建与组合中，精度表现最好的是均值、标准差、中值这三类光谱特征的组合，Kappa系数达到0.69，其中灌溉耕地分类精度为86.76%，非灌溉耕地分类精度为82.30%；③通过测试不同时间序列长度对灌溉耕地提取的影响，发现对灌溉耕地和非灌溉耕地的区分较为敏感的时相集中在农作物生长季的中后期，其分类精度随着时序长度的增加而不断提高。这对后续的研究提供了思路，可以利用农作物生长旺盛阶段的时序影像的均值、标准差、中值这三类光谱特征进行灌溉耕地的识别，该时段的时间序列蕴含丰富的结构化特征信息，从而使得模型表现优异，达到理想的制图精度。集成机器学习和时序遥感，可用于灌溉耕地的调查与监测，也为该方向的深入研究提供了思路。

探讨烟草专用液体肥在不同滴灌施肥策略下土壤中水、盐的分布，对水肥一体化滴灌方式下的水肥合理调控具有重要意义。设置CK(只滴肥料40 min)、W1（前期滴水20 min，中期滴肥40 min，后期滴水10 min）、W2（前期滴水30 min，中期滴肥40 min，后期滴水10 min）、W3（前期滴水40 min，中期滴肥40 min，后期滴水10 min）和W4（前期滴水30 min，中期滴肥40 min，后期滴水30 min）5个处理，分析了湿润锋的变化规律、特征点的土壤含水率、EC变化规律。结果表明：土壤中水、盐分布明显受肥料滴灌方式的影响。湿润锋的推移速率先是径向大于垂向，随着灌水时间和灌水量的增加，水平方向和垂直方向的湿润锋、含水率和EC值均趋于平衡。滴灌条件下，前期滴水时长对盐分在水平方向迁移的影响较大，后期滴水时长对盐分在垂直方向迁移影响较大。根据烤烟旺长期需水需肥特点前期滴水30 min中期滴肥40 min后期滴水30 min是较适宜于烤烟旺长期的滴肥方式。

为研究设施番茄优质、高产、高效的最优灌溉制度，以蒸发皿、气象站、土壤水分传感器等仪器设备测定土壤水分信息作为灌溉决策依据，设计5种灌溉处理，以番茄单果重、作物产量、灌水量、糖酸比、Vc含量以及可溶性糖含量作为评价指标，利用基于熵权的逼近理想解法对灌溉制度进行分析评价，以确定最优灌溉制度。结果表明：随着生育期的推进，不同灌溉制度对番茄的株高、茎粗、叶片数和叶面积指数变化趋势表现一致，其中株高、茎粗、叶片数在不同生育期表现为苗期生长较快，开花坐果期生长速度减缓，成熟期后基本无变化；叶面积指数则随着生育期逐渐加大，成熟时期趋于稳定。与其他处理相比，T3处理在生物量、水分利用效率与产量方面均表现为最优，其中水分利用效率与产量分别为12.62 kg/m³和40 842.88 kg/hm²。且在番茄生育期内的总耗水量表现为T5>T2>T4>T3>T1，其中不同处理在开花坐果期的耗水量最大，苗期次之，成熟期最少。不同灌溉处理下，番茄单果重、糖酸比、Vc含量及可溶性糖含量分别表现为T5>T3>T2>T4>T1、T2>T1>T4>T3>T5、T1>T4>T3>T5>T2和T4>T1>T2>T3>T5。综合考虑糖酸比、Vc含量、可溶性糖含量、单果重、番茄产量和灌水量等6项指标，认为T3处理苗期灌水量37 mm、开花坐果期灌水量44 mm、果实成熟期灌水量17 mm可作为推荐的设施番茄最优灌溉制度，评价结果与试验分析一致。该方法在评价指标选择时考虑了不同生育期水分亏缺的敏感性，避免了由于主观因素引起的误差，具有客观、准确、方法简单等优点，为设施番茄灌溉制度的优选和评价提供了新途径。

使用Priestley-Taylor模型（P-T模型）估算蒸散量时，计算精度主要取决于模型系数α的本地化程度。以河南北部夏玉米田为研究对象，基于涡度协方差技术及气象数据信息，选取6-9月玉米生长季数据，进行不同时间尺度的水热通量特征分析；并确定P-T模型系数α变化特征并对其进行修正，提出其在河南北部农田的参考值。结果表明，在逐日尺度下夏玉米生育期内水热通量的变化呈“倒U形”单峰曲线。在月尺度上，6月下旬及9月感热通量与潜热通量相差较小，潜热通量（6月均值33.57 W/m²，9月均值19.88 W/m²）略高于感热通量（6月均值27.75 W/m²，9月均值16.62 W/m²）；生育中期潜热通量逐渐增大（7月均值42.30 W/m²，8月均值51.52 W/m²），感热通量减小（7月均值18.05 W/m²，8月均值9.59 W/m²），二者相差明显。土壤热通量随总辐射量的波动而变化且存在一定的滞后性，在逐月尺度下总辐射量随季节的更替有较明显的变化，潜热通量整体上随总辐射量的波动产生相应的变化。α系数修正后P-T模型模拟精度明显提高，修正的α值（6月1.12、7月1.12、8月1.32、9月1.24）可以作为P-T模型的适宜参数。

为对现代化生态灌区建设情况进行科学合理的评价，针对指标选取中存在的随意性、重复性和不完整的问题，基于模糊层次分析法，结合国内大型灌区现代化建设内容与目标，从安全保障与服务能力现代化、工程设施现代化、创新能力现代化、管理体制现代化、节水高效与生产效益、生态环境优良化等6个方面构建了宁夏现代化生态灌区健康评价体系，采用指标优选模型，将评价指标由44项优化减少至27项，表达了90.37%的整体体系内涵，满足了指标数量少、完整性高的目标。并以宁夏现代化生态灌区试点县为评价对象，对评价体系进行了实证研究，结果表明利通区57.85%属于健康水平，与灌区实际情况相吻合，评价体系能基本反映试点县在推进现代化生态灌区建设进程中的主要成效及存在问题，也表明现代化灌区评价指标体系与评价方法可行、合理。