2010年以來(lái)，全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心（下稱全國(guó)農(nóng)技中心）組織實(shí)施華北地區(qū)糧食作物水肥一體化技術(shù)模式集成項(xiàng)目，在北京、河北、河南3省市10縣開展5個(gè)方面20多項(xiàng)次田間試驗(yàn)，示范面積6500多畝，集成、示范小麥—玉米一年兩季生產(chǎn)體系的水肥一體化模式，通過(guò)“三優(yōu)”（優(yōu)選設(shè)備選型、優(yōu)化田間布設(shè)、優(yōu)化水肥運(yùn)籌）、“三改”（改水肥分開為水肥同步、改1次追肥為4~5次隨水追肥、改常規(guī)復(fù)混肥為高效水溶肥），促進(jìn)“三增”、“三節(jié)”和“三省”，取得了顯著成效。
發(fā)展現(xiàn)狀：規(guī)模擴(kuò)大產(chǎn)品優(yōu)化成本降低
我國(guó)水肥一體化技術(shù)應(yīng)用起步于上世紀(jì)70年代，改革開放后有了長(zhǎng)足進(jìn)步，近十年來(lái)迅猛發(fā)展，試驗(yàn)、示范、推廣工作取得了很好的進(jìn)展。
應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大。2002年以來(lái)，農(nóng)業(yè)部組織實(shí)施國(guó)家旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，中央財(cái)政累計(jì)投資超過(guò)1億元，在全國(guó)10多個(gè)省（區(qū)、市）建立水肥一體化技術(shù)核心示范區(qū)50多萬(wàn)畝，集中開展試驗(yàn)示范和技術(shù)集成，覆蓋20多種作物，有效帶動(dòng)了各地水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用。目前，該項(xiàng)技術(shù)已在近30個(gè)省（區(qū)、市）推廣應(yīng)用，由棉花、果樹、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物擴(kuò)展到小麥、玉米、馬鈴薯、大豆等糧食作物，每年推廣應(yīng)用面積7000多萬(wàn)畝。
技術(shù)模式不斷創(chuàng)新。按照因地制宜的原則，針對(duì)作物需水規(guī)律、水資源條件和設(shè)備特點(diǎn)，全國(guó)農(nóng)技中心組織開展技術(shù)集成，形成了系列水肥一體化技術(shù)模式。按區(qū)域劃分，有干旱半干旱區(qū)膜下滴灌、丘陵山區(qū)重力滴灌水肥一體化、平原微噴水肥一體化等模式。按設(shè)備劃分，有移動(dòng)式微灌水肥一體化模式、全自動(dòng)智能水肥一體化模式、小型簡(jiǎn)易自助式水肥一體化模式等。按設(shè)施條件分，有普通大田水肥一體化模式、溫室膜面集雨水肥一體化模式等。
技術(shù)產(chǎn)品不斷完善。隨著水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用，基礎(chǔ)工作不斷夯實(shí)，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品不斷完善。一是研發(fā)了土壤墑情快速監(jiān)測(cè)方法和儀器設(shè)備，能夠迅速、快捷地掌握土壤水分狀況，為農(nóng)田水分精確化管理奠定了基礎(chǔ)。二是通過(guò)在不同區(qū)域、不同作物開展系列試驗(yàn)研究，取得大量微灌條件下灌溉和施肥技術(shù)參數(shù)，優(yōu)化相關(guān)技術(shù)模式，編制《微灌施肥農(nóng)戶操作手冊(cè)》、《微灌施肥實(shí)用技術(shù)》等技術(shù)資料，為水肥一體化技術(shù)推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。三是各種噴滴灌管（帶）、過(guò)濾、施肥等設(shè)備產(chǎn)品日趨成熟，適用范圍不斷擴(kuò)大，耐用性不斷提高，有力地支撐了水肥一體化發(fā)展。四是在水溶肥料研發(fā)方面取得突破，面向微灌的水溶肥料品種不斷涌現(xiàn)，為水肥一體化技術(shù)推廣應(yīng)用提供了配套農(nóng)資。
推廣機(jī)制不斷優(yōu)化。在多年的試驗(yàn)示范推廣工作中，探索了水肥一體化技術(shù)系列推廣機(jī)制。一是政府推動(dòng)模式，通過(guò)政府立項(xiàng)投入和技術(shù)補(bǔ)貼推動(dòng)推廣應(yīng)用。二是技術(shù)驅(qū)動(dòng)模式，通過(guò)技術(shù)推廣部門開展技術(shù)展示示范與培訓(xùn)交流驅(qū)動(dòng)推廣應(yīng)用。三是企業(yè)拉動(dòng)模式，通過(guò)相關(guān)企業(yè)開展設(shè)備產(chǎn)品經(jīng)銷活動(dòng)，為農(nóng)民提供產(chǎn)品服務(wù)，技物結(jié)合拉動(dòng)推廣應(yīng)用。四是農(nóng)民專業(yè)合作組織帶動(dòng)模式，以各類農(nóng)民專業(yè)合作社為載體，推行組織化和規(guī)范化生產(chǎn)，帶動(dòng)技術(shù)推廣應(yīng)用。
投入成本大幅降低。通過(guò)集中攻關(guān)相關(guān)設(shè)備，優(yōu)化水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開發(fā)微灌用水溶肥料，基本實(shí)現(xiàn)水肥一體化相關(guān)設(shè)施、設(shè)備和產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化，大幅降低了投入成本。設(shè)施設(shè)備投入已從每畝2000~3000元大幅降低到每畝800~1000元，高效水溶肥料從每噸2萬(wàn)多元降低到1萬(wàn)元左右，水肥一體化開始由高端貴族技術(shù)向平民應(yīng)用發(fā)展，從設(shè)施農(nóng)業(yè)走向大田應(yīng)用，從蔬菜、果樹、棉花等經(jīng)濟(jì)作物發(fā)展到小麥、玉米、馬鈴薯等糧食作物。
增效機(jī)理：少量多次直供根區(qū)水肥耦合
與傳統(tǒng)模式相比，水肥一體化實(shí)現(xiàn)了水肥管理的革命性轉(zhuǎn)變，即渠道輸水向管道輸水轉(zhuǎn)變、澆地向澆莊稼轉(zhuǎn)變、土壤施肥向作物施肥轉(zhuǎn)變、水肥分開向水肥一體轉(zhuǎn)變，增產(chǎn)增效優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)。
少量多次澆水施肥，實(shí)現(xiàn)均勻持續(xù)供應(yīng)。傳統(tǒng)的澆水和施肥方式，作物往往在“饑餓”和“過(guò)飽”兩個(gè)極端之間反復(fù)，不能均勻地“吃喝”。而采用微灌水肥一體化，灌水和施肥次數(shù)增加，每次的灌溉和施肥量減少，可以根據(jù)作物需水需肥規(guī)律隨時(shí)供給，保證作物“餓了就吃，渴了就喝”、“吃飽不浪費(fèi)”，水分養(yǎng)分均勻持續(xù)供應(yīng)。
集中供應(yīng)作物根區(qū)，水肥吸收直接快速。傳統(tǒng)土壤施肥，氮肥常因淋溶、反硝化等而損失，磷肥和中微量元素容易被土壤固定，浪費(fèi)嚴(yán)重的同時(shí)，作物養(yǎng)分供應(yīng)不足。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，可將濕潤(rùn)深度控制在40厘米，將水分和養(yǎng)分直接供應(yīng)到作物根系集中分布的區(qū)域，根系直接對(duì)水分和養(yǎng)分進(jìn)行吸收，利用率高。
保證中后期水肥供應(yīng)，利于產(chǎn)量形成。傳統(tǒng)模式注重前期忽視中后期，注重底墑水和基肥，作物中后期的灌溉和施肥由于勞動(dòng)力成本增加或操作不便等原因難以落實(shí)。如小麥適時(shí)澆好灌漿水能保根、護(hù)葉、延長(zhǎng)葉片功能、防止早衰、提高粒重，但傳統(tǒng)灌溉方式往往難以滿足。夏玉米大喇叭口期后，田間封行封壟，常規(guī)條件下難以進(jìn)行施肥、灌水。采用水肥一體化，人員無(wú)需進(jìn)入田間，通過(guò)管道就可以方便地進(jìn)行灌水施肥，能夠保證中后期水分養(yǎng)分供應(yīng)充足，利于產(chǎn)量形成。
實(shí)現(xiàn)水肥耦合，養(yǎng)分吸收全面高效。在水肥一體化模式下，肥料溶解在水中通過(guò)管道以微灌的形式直接輸送到作物根部，養(yǎng)分直接以水溶態(tài)供應(yīng)給作物，不僅吸收速度快，而且易于根據(jù)作物生長(zhǎng)狀況調(diào)節(jié)施肥比例，補(bǔ)充中微量元素，作物養(yǎng)分供應(yīng)更加全面高效。
全國(guó)農(nóng)技中心在北京市和河北省組織實(shí)施的試驗(yàn)示范結(jié)果表明，與常規(guī)相比，冬小麥應(yīng)用水肥一體化，成穗率提高，每畝有效穗數(shù)由40萬(wàn)增加到50多萬(wàn)，且穗大穗勻，單穗粒數(shù)增加4~5粒，粒重增加3~5克。玉米密度由每畝4000株增加到5000株，棒子大、長(zhǎng)且均勻，同時(shí)很少出現(xiàn)空稈、凸尖等現(xiàn)象。
農(nóng)民需求迫切推廣條件成熟
“十八大”以來(lái)，中央對(duì)資源高效利用與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展越來(lái)越重視。近年中央1號(hào)文件強(qiáng)調(diào)“人多、地少、水缺”是我國(guó)農(nóng)業(yè)面臨的基本國(guó)情，將水缺與人多地少并列。習(xí)近平總書記在山東考察時(shí)指出，“要以解決好地少水缺的資源環(huán)境約束為導(dǎo)向，深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變”。水肥一體化技術(shù)能夠在節(jié)水40%、節(jié)肥20%的基礎(chǔ)上大幅增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約利用和糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的雙重目標(biāo)。在我國(guó)水資源總量不足、分布不均，干旱缺水影響越來(lái)越大，地下水超采日趨嚴(yán)重的嚴(yán)峻形勢(shì)下，大力發(fā)展水肥一體化，已成為實(shí)現(xiàn)糧食持續(xù)穩(wěn)定增產(chǎn)、水肥資源高效利用、緩解地下水超采危機(jī)的迫切需要，是突破資源環(huán)境約束、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。
隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，廣大農(nóng)民對(duì)水肥一體化技術(shù)的需求日趨迫切，接受能力逐步提高，大力推進(jìn)水肥一體化發(fā)展的條件已經(jīng)成熟。近年來(lái)，國(guó)家實(shí)施東北4省區(qū)“節(jié)水增糧”行動(dòng)，投資380億元推廣滴灌水肥一體化技術(shù)3800萬(wàn)畝。去年又啟動(dòng)華北地下水超采區(qū)綜合治理試點(diǎn)，將水肥一體化列為骨干技術(shù)，在河北省進(jìn)行大面積推廣。據(jù)專家研究，華北地區(qū)適宜應(yīng)用各種模式水肥一體化技術(shù)的面積超過(guò)2億畝，如果推廣普及水肥一體化技術(shù)，一年兩季平均畝節(jié)水110方，每年可節(jié)水200億方，相當(dāng)于北京市6年用水量，接近南水北調(diào)規(guī)劃總調(diào)水量的一半（448億方）。畝節(jié)肥5~10公斤(折純)，每年可節(jié)肥（折純）300萬(wàn)噸,相當(dāng)于10個(gè)大型化肥廠年產(chǎn)量。所以說(shuō)，水肥一體化技術(shù)發(fā)展前景十分廣闊。
水肥一體化發(fā)展也存在一些問(wèn)題，如支持政策不夠全面、技術(shù)產(chǎn)品不夠配套、技術(shù)服務(wù)不夠到位、地區(qū)發(fā)展不夠平衡等。今年，中央下發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》、印發(fā)《全國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2030年）》，進(jìn)一步推進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)工作，水肥一體化迎來(lái)了快速發(fā)展的大好機(jī)遇。
三增三節(jié)三省
水肥一體化是將肥料溶解在水中，借助管道灌溉系統(tǒng)，灌溉與施肥同時(shí)進(jìn)行，適時(shí)適量地滿足作物對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，實(shí)現(xiàn)水肥一體化管理和高效利用的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，多年、多地、多作物推廣應(yīng)用效果明顯。
增產(chǎn)增收增效內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江等地應(yīng)用膜下滴灌水肥一體化技術(shù)，玉米畝增產(chǎn)200~300公斤，馬鈴薯畝增產(chǎn)1500公斤。河北、山東、河南等地應(yīng)用微噴水肥一體化技術(shù)，冬小麥畝增產(chǎn)100公斤，玉米畝增產(chǎn)150公斤，馬鈴薯畝增產(chǎn)1000公斤，增產(chǎn)幅度在15%~50%，增收效果顯著。與傳統(tǒng)灌溉方式相比，水分生產(chǎn)力達(dá)到2公斤/方，提高20%～50％，肥料利用率提高15％以上，實(shí)現(xiàn)了水肥資源高效利用。
節(jié)水節(jié)肥節(jié)地河北冬小麥應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，沙質(zhì)土壤畝節(jié)水100~150方，壤質(zhì)土畝節(jié)水50~60方，平均畝節(jié)水80方以上，節(jié)水40%左右，節(jié)約化肥5~9公斤(純養(yǎng)分，下同)，節(jié)肥10%~25%。夏玉米畝節(jié)水40~60方，節(jié)水30%~50%。畝節(jié)肥8~10公斤，節(jié)肥15%~25%。采用微噴水肥一體化，實(shí)現(xiàn)管道輸水、噴灌，不再需要壟溝和畦背，比傳統(tǒng)灌溉方式節(jié)地10%左右，增加了有效種植面積。
省工省時(shí)省力在北京、河北等地的試驗(yàn)示范結(jié)果表明，應(yīng)用水肥一體化，農(nóng)民僅需開關(guān)閥門就能進(jìn)行田間灌溉和施肥，省去了清壟溝、扒畦背、扒邊埂、撒化肥等繁重的田間操作，老人、婦女都可輕松完成，小麥玉米兩茬平均每畝省工1.2個(gè)。由于灌水效率提高，灌水量減少，每個(gè)灌溉周期可省時(shí)3~5天。