农田生态系统碳通量变化主要由作物光合作用和农田的呼吸作用引起。在陆地生态系统中，准确评估玉米农田生态系统的呼吸作用产生的碳排放量对全球碳通量的研究意义重大。使用甘肃省会宁县大山川村（属陇中半干旱区）玉米农田生态系统在2020年11月至2021年10月的涡度和土壤水分及温度监测数据，分析了玉米农田生态系统呼吸速率（R_eco ）的日平均变化和呼吸敏感性指数（Q ₁₀）在生长季内的月平均变化，探讨R_eco 对温度的响应，并用不同模型进行拟合评估。陇中半干旱区玉米农田生态系统呼吸速率在年内呈单峰变化，日均最大呼吸速率11.49 μmol/（m²·s），相比呼吸速率对空气温度（T_a ）与不同深度土壤温度（T_s ）的响应，深度20 cm处的土壤温度（T_{s 20}）对该地区Reco全年拟合效果最佳。Q ₁₀指数在生长季内表现出单峰型变化，最大值出现在8月（5.52 μmol/（m²·s）。通过各个模型拟合得出陇中地区玉米农田生态系统年呼吸碳排放量介于863.71~990.18 g C/m²，选择拟合效果最好的模型（Q ₁₀模型），在考虑参数时变性对Q ₁₀模型优化后，Q ₁₀模型拟合精度得到大幅度提升，年碳排放量估计值由868.57 g C/m²提高至1 094.48 g C/m²，更加接近观测值（1 110.28 g C/m²）。Reco在土壤水分低于0.16 m³/m³时（出现在12-2月）受到抑制。

温室能够有效改善茄科作物（包括番茄、辣椒、茄子等）生长过程，温室环境控制策略对作物实现高效高产至关重要。为了充分利用国内外的研究成果、促进我国温室环境控制策略的研究应用，分别从常规比例微积分（Proportional Integral Derivative，PID）控制、模糊控制、人工智能控制、温室小气候模型和作物生长模型等5个方面，综述了温室环境控制策略的研究进展。针对目前我国该领域存在的问题，提出了今后应将智能温室控制与作物生长模型耦合，构建智慧型作物生长模型；针对不同区域作物的生长预测，与遥感技术进行结合，增强模型的普适性，形成具有中国特色的温室环境控制策略。

为揭示不同微咸水（农田排水）与淡水在“先咸后淡”的组合灌溉模式下对土壤容重、盐分迁移和棉花生长的影响。以淡水灌溉为对照(CK)，设置7种不同微咸水、淡水组合灌溉（微咸水∶淡水=1∶14(T1)、2∶13(T2)、3∶12(T3)、6∶9(T4)、9∶6(T5)、12∶3(T6)），T7处理采用全额微咸水灌溉，于2022年4-9月进行了棉花田间试验。结果表明，采用微咸水灌溉造成土壤表层盐分积累，0~40 cm土层出现积盐现象，棉花生育期结束后，各处理与淡水对照（CK）比较，T1~T6在0~40 cm土层的电导率分别增加1.16%~26.61%，T7处理电导率增加86.40%；与淡水对照相比，组合灌溉后各处理土层0~40 cm土壤容重明显增加，土壤孔隙度降低，以全额微咸水灌溉T7处理最为显著（容重增加10.24%）；微咸水组合灌溉有效提高棉花株高、叶面积指数、茎粗。合理利用微咸水组合灌溉能够为棉花生长提供良好的水盐环境，提高棉花产量，能够为极端干旱区合理利用微咸水提供一种新的灌水模式，为灌区发展节水灌溉及农业可持续发展提供理论支撑。

为进一步提高Penman-Monteith模型估算参考作物蒸散量（Reference crop evapotranspiration，ET ₀）的精度，以中国粮食主产区为研究对象，将其划分为温带湿润半湿润地区（THSZ）、温带干旱半干旱地区（TASZ）、暖温带半湿润地区（WTSZ）和亚热带湿润地区（SHZ），基于32个气象站点1994-2020年长序列实测逐日气象数据，将猎豹算法（CO）、沙猫算法（SCSO）、野狗算法（DOA）优化的时间卷积神经网络模型（TCN）和3种基于日照时数、3种基于温度的经验模型估算的辐射（R_s ）值与PM模型进行融合，得到改进PM模型。以均方根误差（RMSE）、决定系数（R ²）、平均绝对误差（MAE）和效率系数（E_NS ）为精度评价体系，找出了粮食主产区不同分区的ET ₀最优估算模型，结果表明：基于日照时数模型的计算精度要优于温度模型，其中CO-TCN模型在全区内均表现出了较高的精度，在不同分区的RMSE、MAE、R ²和E_NS 中位数取值分别为0.099~0.171 mm/d、0.057~0.111mm/d、0.984~0.998、0.983~0.997，由此可将CO-TCN模型估算的辐射值与PM模型融合，作为标准值用于估算粮食主产区ET ₀。

针对云南省干旱多发、旱灾严重的特点，选取1981年1月-2020年6月长时间序列的历史时期典型水文干旱年及干旱事件，探索GRACE卫星反演数据在监测云南地区干旱方面的适用性，旨在提出解决无资料或少资料地区干旱监测困难的新方法。研究基于GRACE重力卫星数据反演得到云南省滇中、滇东北、滇东南、滇西南、滇西北5个分区月均储水量变化量，计算各分区的旱涝指标－相对储水量指数，利用相对储水量指数对云南省各分区干旱情况进行分析，并从月时间尺度上对比了相对储水量指数和标准降水蒸散指数SPEI3的干旱分析结论。研究结果表明：基于GRACE重力卫星数据反演构建的相对储水量指数在典型水文干旱年内的监测结果与实际干旱情况基本一致，其在滇中地区的适用性最佳，对于春季干旱的监测精度优于其他季节，反演数据能够一定程度上反映云南省不同地区、不同季节干旱程度；利用SPEI3对云南全省以及不同分区的旱情进行监测，结果与统计年鉴记载干旱事件较为吻合，其在滇东南地区的监测精度优于其他分区，在夏、冬两季精度优于春季；GRACE和SPEI3都较好地捕捉到了历史时期的典型干旱年及干旱事件，在选取的24场典型干旱事件中各分区的最高吻合率均达到了15/24；总体上两种指数在各分区漏报率均维持在较低水平，最高不超过1/3，其中SPEI3相较于GRACE更不易出现漏报的情况，其最低漏报率仅为1/8，两种指数在全省及各分区的旱情监测方面均表现出较好的适用性。

实际蒸散发是水文循环的关键环节，分析灌区实际蒸散发及其影响因素对灌区水资源的高效利用和农业高质量发展具有重要意义。然而，目前蒸散发的影响因素研究在确定主要因素时往往采用解释力较差的传统统计学方法，在相关性分析时忽略了蒸散发与其影响因素在空间上的相关性。因此利用改进的随机森林模型确定实际蒸散发的主要影响因素，并通过岭回归模型和地理加权回归模型探究实际蒸散发与其影响因素的时空相关关系。结果表明：①在灌溉期，地表净辐射、平均气温、叶面积指数和实际水汽压是实际蒸散发的主要影响因素；在非灌溉期，地表净辐射、平均气温、风速和日照时间是实际蒸散发的主要影响因素。实际蒸散发在一定程度上代表了灌区的作物耗水量。因此，灌区作物耗水在灌溉期和非灌溉期的影响作用有一定的差异。②在时间上，风速与实际蒸散发为负相关关系且呈显著负相关（P<0.05），其余影响因素与实际蒸散发均为正相关关系且呈显著正相关（P<0.05）；在空间上，除风速与实际蒸散发在大部分区域呈负相关关系，其余影响因素都与实际蒸散发在大部分区域呈正相关关系。因此，除风速外，其余影响因素对灌区作物耗水在大部分区域都为正向促进作用。

为了推进秸秆复合管地下灌溉技术的应用，以冬小麦为供试作物，通过田间试验，研究了秸秆复合管地下灌溉对冬小麦生长及水分利用效率的影响。结果表明，与无灌溉对照相比，秸秆复合管地下灌溉、地表滴灌和地下滴灌对冬小麦的生长与产量的提升均有促进作用，其中秸秆复合管地下灌溉的提升效果最显著。与地表滴灌相比，秸秆复合管地下灌溉显著提升了冬小麦起身期至抽穗期的株高、开花期之后的叶面积指数及地上干物质量，冬小麦穗长和穗粒数分别增加了5.84%和9.23%，产量提升了15.55%，水分利用效率与灌溉水利用效率分别提高了21.88%与15.55%，净收益提高了77.95%。与地下滴灌相比，秸秆复合管地下灌溉提高了冬小麦返青期后的株高、叶面积指数与开花期后的地上干物质量，冬小麦穗长和穗粒数分别增加了5.15%和9.8%，产量提高了5.11%，水分利用效率与灌溉水利用效率分别提高了8.81%与5.11%，净收益提升了23.53%。秸秆复合管地下灌溉有助于促进拔节期以后冬小麦生长，提高冬小麦的产量与水分利用效率，经济效益较高，在补充灌溉区对大田密植作物具有较好的推广应用前景。

为了明确紫花苜蓿品质形成差异的水分生理特征，探索因地制宜、节水高效的灌溉模式，以河西地区为例，以不灌水（CK）为对照，对比分析了常规畦灌（M）、交替灌溉（T）和隔沟灌溉（G）等3种不同灌溉方式分别在灌底墒水、越冬水、返青水和现蕾水不同灌溉量下对“三得利”紫花苜蓿产量和品质的影响。结果表明：①不同灌水方式下株高与灌水次数呈正相关，分支数与灌水量呈负相关；交替灌溉在灌底墒水、越冬水、返青水和现蕾水条件下株高三茬平均值最高为91.92 cm。②各灌水模式下，紫花苜蓿净光合速率、蒸腾速率随灌水量的增大表现出增高的趋势，其中交替灌溉的净光合速率随灌水量的增大提高了15.64%，且均高于常规畦灌和隔沟灌溉在同等灌水量下净光合速率。③不同处理紫花苜蓿的产量随灌水量的增加而增加，漫灌处理紫花苜蓿的三茬总产量显著高于交替灌溉与隔沟灌溉在相同灌水量下苜蓿产量，在灌底墒水、越冬水、返青水和现蕾水条件下三茬总产最高达49 447.6 kg/hm²。④不同灌水方式紫花苜蓿粗蛋白含量和中性洗涤纤维含量显著高于无灌水（CK）处理，且随着灌水量的增加有不同程度的提高。河西地区地处干旱和半干旱区，以节水灌溉的角度出发，可以选择交替灌溉灌底墒水、越冬水、返青水和现蕾水的灌溉模式能够在保证高产的同时，达到节水的目的。

为探究折射式微喷头水力性能并确定其适宜的工作参数，开展微喷头水力性能测试，明晰不同工况下单个微喷头水量分布特征，分析其流量、射程、喷灌强度随工作压力和喷嘴直径的变化趋势。探究在正方形和正三角形组合方式下，工作压力和组合间距变化对喷灌均匀系数CU的影响，基于主成分分析方法，统一相关评价指标，建立折射式微喷头工作参数综合评价模型。结果表明：单喷头的流量、喷灌强度均与工作压力呈正相关，而射程随压力的变化并不明显；正方形和正三角形两种组合方式下，组合间距变化对CU产生的影响明显大于工作压力和组合方式；依据各工况评分高低，对微喷头最优工况做出合理选择，实例应用的结果表明：折射式微喷头最优工况为正三角形组合，工作压力0.25 MPa，组合间距0.4 m。

为探明滴灌施肥频率对烤烟生长、氮肥利用及烟叶产质量的影响，2018-2019年通过田间试验，以不施肥空白（CK）和当地常规处理（CF，即肥料干施+滴灌）为对照，研究低频滴灌施肥（DF1，即养分管理期1次滴灌施肥）、中频滴灌施肥（DF2，即养分管理期连续2天每天1次滴灌施肥）和高频滴灌施肥（DF3，即养分管理期连续3天每天1次滴灌施肥）对烤烟农艺性状、根系发育形态、氮肥累积量和利用效率及烟叶产质量的影响。结果表明，与CF相比，各滴灌施肥处理烟叶产量无显著差异（P＜0.05），氮肥利用率有不同程度提高，烟株发育状况则因滴灌施肥频率而异。与DF1和DF2相比，DF3烟株旺长期叶面积系数分别增加了7.3%~33.3%和1.6%~28.7%，根系体积分别增加了3.9%~46.6%和21.2%~40.5%，氮素利用率分别提高了39.0%~95.0%和21.5%~34.3%，烟叶烟碱含量分别增加了17.5%~28.5%和12.5%~20.0%。与中频滴灌施肥和低频滴灌施肥相比，高频滴灌施肥有利于促进烟株生长和根系形态发育，提高氮肥利用效率和烟叶品质质量，是有效协同氮肥高效利用和烟叶产质量的滴灌施肥措施。

干旱是世界农业发展中主要的障碍因子之一，严重威胁着国家粮食安全和生态可持续发展，生物炭是一种富含碳的生物质再生产物，作为一种高效的土壤改良剂，不仅能改善土壤理化结构，提高土壤持水能力，同时缓解干旱胁迫对作物的负面效应。综述了生物炭缓解作物干旱胁迫效应的研究成果，包括促进作物生长发育、增强作物抵御干旱能力、改善土壤理化特性和微生物学特性等，重点阐述生物炭特性与缓解干旱胁迫效应之间的联系和关键机制。最后初步阐述国内外研究存在的差异和需要加强的方面，并展望了生物炭在缓解干旱胁迫方面的应用潜力，旨在为生物炭的进一步推广应用提供理论依据和参考。

为研究库尔勒香梨园土壤pH、盐分、速效养分以及微量元素空间分布特征，掌握香梨园综合肥力水平，以库尔勒市香梨种植区为研究区，选取具有代表性的50个库尔勒香梨园进行样点布设与土样采集。运用经典统计学和地统计学方法研究香梨园表层（0~40 cm）土壤养分指标和微量元素指标的空间变异性，探究香梨园土壤肥力状况。经典统计分析表明：pH的变异系数为0.02属于弱变异，电导率的变异系数为1.03表现为强变异，有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效锰、有效铜、有效锌和有效铁的变异系数分别为0.37、0.53、0.99、0.59、0.45、0.25、0.24和0.48，为中等变异程度，研究区土壤综合肥力指数IFI值在0.37~0.80之间，平均值为0.58；地统计分析表明：土壤有机质、碱解氮和速效钾的块金系数大于75%，空间自相关性较弱；pH、电导率、速效磷、有效锰、有效铜、有效锌和有效铁的块金系数在25%~75%之间，这些指标具有中等强度的空间自相关性；库尔勒香梨园Ⅰ（优）、Ⅱ（良好）、Ⅲ（中等）、Ⅳ（较差）和Ⅴ（差）类土壤占比分别为2.72%、10.54%、61.80%、24.87%、和2.77%，土壤综合肥力在空间上呈现斑块状，肥力较好的Ⅰ级在北部零星分布、Ⅱ级斑块状分布在北部及西部，Ⅲ级主要分布在北部以及南部，肥力较差的Ⅳ、Ⅴ级主要集中在中部。总体上，库尔勒市香梨园土壤肥力为中等水平，土壤属性空间异质性比较强，其中有效锰、有效铁是制约土壤肥力的主要限制因子，果园有必要进行差异化管理，并应重视补充锰、铁微量元素肥，此外中部地区还要着重补充氮肥、磷肥和有机肥。

为了解决在夏玉米植株高度较高( > 1.5 m)情况下，无人机遥感土壤水分反演过程中冠层与地表之间多次散射对微波后向散射的衰减问题，寻找合适的反演方法。通过融合运用无人机多光谱和热红外数据、Sentinel-1A SAR卫星数据，结合田间实测数据，对植被覆盖下的土壤水分反演与精度验证进行研究；采用温度植被干旱指数（TVDI）、水云模型（WCM）以及引入MIMICS模型参数的改进水云模型（Improved WCM）3种方法进行土壤水分反演。其中，TVDI方法拔节期反演精度R ²为0.50(10 cm)和0.42(20 cm)，乳熟期反演精度R ²为0.49(10 cm)和0.46(20 cm)；WCM方法拔节期反演精度R ²为0.53(10 cm)和0.44(20 cm)，乳熟期反演精度R ²为0.18(10 cm)和0.02(20 cm)；Improved WCM方法拔节期反演精度为0.76(10 cm)和0.69(20 cm)，乳熟期反演精度为0.78 (10 cm)和0.74(20 cm)。采用引入MIMICS模型参数的改进水云模型方法得到的夏玉米2个生育期的反演效果，明显优于水云模型方法和温度植被干旱指数方法；3种方法的2个生育期反演精度均为10 cm高于20 cm。因此，引入MIMICS模型参数的改进水云模型方法更适合于玉米植株较高情况下的10 cm土壤含水量反演。

甘蔗作为广西、云南等地的主要农作物，极易受到干旱的影响。土壤含水率是评估甘蔗是否受到干旱影响的重要指标。以蔗田土壤含水率为研究对象，利用无人机搭载的热红外和多光谱传感器数据计算出甘蔗冠层的温度、重归一化植被指数RDVI等植被指数，采用人工测定的方法对无人机监测数据进行校正和率定，构建了甘蔗的温度植被干旱指数（TVDI）模型。结果表明，利用多光谱和热红外传感器计算的TVDI与蔗田苗期、分蘖期、伸长期和成熟期土壤含水率均具有高度相关性，决定系数R ²分别为0.906 6、0.819 0、0.852 9和0.916 0。因此，TVDI模型最适合用于监测甘蔗苗期和成熟期的受旱情况。

作物需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。黑龙江省作为中国重要的商品粮基地，多年来其灌溉水利用效率排名均处在全国中等偏后水平，因此，合理计算和分析作物需水量对提高灌溉水利用效率和粮食产量具有重大意义。基于黑龙江省28个站点1961-2020年气象资料数据，采用FAO推荐的Penman-Monteith公式，从玉米年需水量、各生育期需水量以及不同年代各生育期需水量3个视角，分析各需水量的统计特征参数，利用Mann-Kendall检验、滑动t检验和气候倾向率识别其趋势、突变等特征，并用ArcGIS绘制空间分布图，深入研究玉米各生育期需水量的时空变化特征。结果表明：近60 a黑龙江省玉米年需水量均值为477.47 mm，气候倾向率为-23.11~5.62 mm/(10 a)，年需水量整体呈下降趋势，其序列在2008年发生突变；近60 a玉米各生育期需水量均值分别为13.96、77.72、74.64、44.60、204.46和62.38 mm，其序列突变发生点不同；玉米各生育期需水量最大值主要出现在20世纪70年代，需水量最小值出现在21世纪初和21世纪10年代；各生育期需水量上升趋势最大主要出现在20世纪70年代和20世纪90年代，而下降趋势最大的主要出现在21世纪初。玉米不同视角下的需水量自西向东总体表现为先减少后增大的趋势，其中抽雄-乳熟期是玉米需水的关键时期。

明确运城市主要粮食作物冬小麦和夏玉米灌溉需水量的时空变化规律，为未来该市灌溉用水的科学配置提供基本参数。基于运城市域内13个气象站点的长期观测资料，利用Penman-Monteith公式确定参考作物蒸散量，结合有效降雨量和作物系数等参数，计算分析了运城市近50 a冬小麦与夏玉米的灌溉需水量及其时空变化特征。结果表明：在研究时段内，冬小麦和夏玉米年灌溉需水量整体均呈现波动式降低的变化趋势，整体降低幅度分别为-0.7和-2.1 mm/(10 a)。冬小麦在4月和5月的灌溉需水量较多，分别为80.5 mm和108.4 mm；夏玉米则为8月份的灌溉需水量最大，约为85.3 mm。冬小麦和夏玉米全生育期的平均灌溉需水量都呈现从东向西逐渐递增的趋势，冬小麦灌溉需水量的变化范围处于283.6~336.8 mm，夏玉米则为165.4~253.9 mm。相关分析结果表明，水汽压差与太阳辐射对运城市冬小麦和夏玉米灌溉需水量的影响较大。运城市冬小麦与夏玉米灌溉需水量在时间上呈波动降低趋势，在空间上则由东向西逐步递增；气温与降水的变化趋势显示运城市的气候正在朝暖湿化方向发展，未来灌溉方案的制定与优化应当予以充分考虑。