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内蒙古河套灌区地处干旱半干旱区,是国家主要粮油生产基地,灌区主要农作物有玉米、葵花、小麦,作物呈插花斑状分布,典型作物长势以归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index）表征,其作物长势分布变化复杂。灌区水土环境对作物生长至关重要。掌握水土环境因子与农作物NDVI的关系与确定灌区最优灌溉制度具有重大意义。节水是灌区必不可少的研究目标,灌水量是水土环境关键因子,灌溉制度的优化尤为重要。当前农业种植区NDVI与水土环境因子的演变关系研究尚少。值得开展干旱半干旱灌区作物长势-水土环境的演变关系及灌溉制度优化研究。本文利用遥感提取灌区不同作物类型NDVI时序曲线建立决策树划分灌区种植结构并分析典型作物葵花、玉米、小麦、瓜类作物长势变化特点;利用经典统计学与克里金插值法分析灌区水土环境因子的时空变化特征;构建作物-水土环境两系统的耦合协调度模型分析作物长势NDVI与水土环境因子的耦合协调关系;在平原灌区运用了分布式水文模型（Soil and Water Assessment Tool）,通过提高DEM栅格像元精度（水平分辨率提高至10 m×10 m）和栅格像元值的Fortran编码方法、预定义子流域及河网方法解决平原灌区渠道（河网）提取断裂和末端渠系提取不足的问题,并利用预定义子流域及河网方法确定了模拟研究区,添加地下水补给项ETk,解决了模型对浅埋深灌区地下水对土壤水的补给不足的关键性问题。完成了河套灌区的分布式水文模型的构建。并将改进后的SWAT模型结合河套灌区优选的作物水模型寻求最优灌溉制度。主要研究成果如下:（1）通过RS、GIS手段得到不同作物种植结构及生育期NDVI变化趋势:葵花、玉米、小麦、瓜类在各自生育期的变化随各类作物物候特征的不同而不同。葵花在苗期（6月中旬）NDVI值开始增大,此后长势变化明显;玉米在拔节期（5月中旬以后）NDVI值开始增大,此后长势变化明显;小麦在分蘖期（4月中旬）NDVI值开始增大,此后长势变化明显;瓜类在苗期（5月中旬）NDVI值开始增大,此后长势明显增大。（2）在区域监测基础上,利用地质统计学方法得到作物种植区土壤水盐变化特征:作物种植区土壤水分在区域尺度以过量状态（θ?>67.31%）为主,在整个生育期均偏大。7月底至8月因蒸发和作物耗水出现水分亏缺区。最大轻度盐渍化区域在5月初、6月中旬出现,受地表蒸发和作物耗水影响,该时段盐渍化分级最明显。地下水埋深分布西浅东深,井灌区埋深较大,在3.05 m～6.5 m之间。（3）构建了作物长势NDVI与水土环境因子的耦合协调度模型,耦合度模型主要用来描述两个或两个以上系统之间或要素相互影响的程度,用在灌区来明确不同类型的作物长势与灌区水土环境因子之间协同作用的度量程度。其优势在于通过各自的耦合元素产生相互彼此影响的程度,可以反映区域作物-土壤环境-地下水-气候之间的作用强度和贡献程度。提出了提升二者耦合协调关系的方法。各类作物长势与水土环境因子年内的变化与生育期发展过程联系紧密。作物长势NDVI与水土环境因子的耦合度时序特征在试验年表现为波动性和平稳性。波动性的作物长势NDVI与水土环境因子的耦合协调关系以相互颉颃为主,未达到良性耦合,有待进一步提升。平稳性的作物长势NDVI与水土环境因子的耦合协调关系以良性耦合为主,表明水土环境与作物生长协调发展。（4）改进了平原灌区建立的SWAT模型,并运用改进的SWAT模型与作物水模型结合优化了作物灌溉制度。解决了平原灌区SWAT模型渠道（河网）提取断裂和末端渠系提取不足的问题。从SWAT模型外添加地下水补给项弥补了模型对浅地下水埋深灌区潜水蒸发刻画的不足。最终,模型径流量率定期的精度系数分别为R2:0.85,NS:0.73,PBIAS:-24,验证期的精度系数分别为R2:0.67,NS:0.67,PBIAS:-2.6,达到了模型模拟的基本要求。模型改进后目标变量腾发量ET在典型区域的精度为率定期81.53～99.12%,验证期77.29～97.04%,该结果表明改进后的SWAT模型可以较好的模拟解放闸灌域的实际腾发量ET,解决了模型模拟实际腾发量精度不够的问题。可以进行灌域灌溉制度的优化。最终得到现状条件下优化的灌溉制度结果:葵花最优的灌溉制度为平水年、丰水年、枯水年播前灌130 mm,提前现蕾期5d配水时间灌水80 mm,开花期、灌浆期不灌水。玉米最优的灌溉制度为丰水年、枯水年提前拔节期3d配水时间灌水90 mm,喇叭口期提前3d配水时间灌水83 mm,抽雄期90 mm,灌浆期75 mm。平水年不改变配水时间,灌溉处理同丰水年、枯水年一致。Minhas模型为最优的玉米作物水模型。小麦最优的灌溉制度为枯水年、丰水年分蘖期90 mm,拔节期82.5 mm,灌浆期90 mm。平水年提前抽穗期5d配水时间,灌溉处理同枯水年、丰水年一致。Minhas模型为小麦最优作物水模型。