河北省是我国冬小麦和夏玉米主产省之一，常年种植小麦面积3600万亩左右，玉米面积4200万亩左右，小麦、玉米的单产、总产约占全国粮食的十分之一。因此，河北省在保障我国粮食安全方面具有举足轻重的地位。同时河北省又是我国水资源严重匮乏的省份，人均水资源仅为全国的1/7，由于不靠大的江河，农业用水主要靠大量开采地下水进行灌溉，太行山山前平原区地下水每年以1米以上的速度下降，东部黑龙港区域每年以2米左右的速度在下降，由此出现了地下水危机。全省的农业用水占城市、工业、居民等国民经济总用水量的70%左右，而小麦整个生长期为冬春两季，该期自然降水少，一般从播种至成熟需灌水4~5次，是用水大户，总体用水量占农业用水的70%左右。因此，小麦节水是农业节水的重中之重。
    多年来河北省政府高度重视农业节水，上世纪末和本世纪初，河北省财政每年拿出数亿元资金、由水利和农业等部门开展了小麦等大田作物喷灌的技术开发与推广，曾示范过数万亩棉花膜下滴灌技术，由于当时没有水溶性肥料的配套，效果不理想，基本上是头年建设，农民第二年就放弃。
近年来为了加强粮食生产基地和高标准农田建设，河北省农开办、水利和农业部门大力推广了农业田间地下输水管道节水技术。在大棚蔬菜和果园也开始了滴灌和微喷节水技术的规模化应用，表现出明显的节水、增产、增效的作用。
    滴灌和微喷是世界上公认的现代节水农业新技术。上世纪末我国新疆生产建设兵团在引进以色列滴灌管生产技术基础上成功开发出价格低廉的滴灌带生产技术，首先在棉花生产上进行推广应用。期间新疆农垦科学院研制出与滴灌相配套的可溶性专用肥，加上水肥一体化滴灌操作技术规范的研发和相应农业机械的配套，使棉花产量和效益大幅度提高。近来，滴灌水肥一体化技术在小麦、玉米、瓜果、蔬菜、大豆、水稻等作物上广泛应用，都取得了显著的节水增产效果。2011年全疆滴灌水肥一体化技术推广面积达2500万亩，且每年以300万亩的速度增加，为我国农业高效用水、增产、增效的树立了典型样板。在农业部、科技部、水利部的高度重视下，在我国西北滴灌小麦、东北滴灌玉米水肥一体化技术迅速推广，如赤峰市今年发展滴灌玉米100多万亩，最高亩增产700公斤。大庆市今年滴灌玉米面积256万亩，平均亩增产500公斤。水肥一体化微灌技术在推广区表现出显著增产效果，可以预见该项技术将成为我国近期节水增产、增效主推技术。
    国家半干旱农业工程技术研究中心在认真总结了本单位和河北省发展节水灌溉技术的经验和不足的基础上，深入新疆生产建设兵团进行考察与学习，2009年秋天邀请新疆农垦科学院书记尹飞虎研究员到河北进行讲学和培训。并与新疆农垦科学院、河北省农科院等单位合作开展了冬小麦、夏玉米微灌水肥一体化研究与示范，2010年得到了河北省科技厅重大自主创新成果转化项目的支持。经过近两年的研究和生产示范，目前已取得显著进展。
    一、研究进展
    对微灌水肥一体化的核心技术的研究是根据河北省粮食生产区水井多、井深的基本特点，在石家庄、衡水等地开展了滴灌和微喷两套节水设施的研究，并根据河北主要土壤类型开展了可溶性复合肥专用配方的研究（主要由新疆农垦科学院进行），另外，开展了微灌水肥一体化条件下水肥耦合的灌水、施肥制度的研究，目前得到以下几个方面的初步结果：
    1、滴灌与微喷设施的田间配制与比较
    滴灌与微喷的田间布局，首部应安装过滤器和施肥罐，在不增加辅助加压设备前提下，滴灌带管四行小麦和两行玉米，滴头水量每小时3升较好，如滴灌带距宽和滴头水量小，滴水时间长，效果较差。微喷带距宽2.4米，长度50米较宜，带距窄、投入大，铺带过长末端水小不均匀。滴灌和微喷两种设施的节水和增产效果基本接近。小麦节水力度在50%，增产效果在25%左右；玉米生长期由于雨热同步，其用水量与常规灌溉接近，而滴灌比微喷略微节水，两者增产效果在30%左右。
就两种节水设施仅地面的投入和使用而言，滴灌一次性投入450元/亩左右，而微喷在300元/亩左右。滴灌带需一年一换，而微喷带可用2~3年，特别是农户田块面积较小，从农民实际使用效果看微喷更便于户间操作，目前微喷农民易接受。
    2、可溶性复合肥配方研究
    国家半干旱农业工程技术研究中心和河北省农科院根据河北主要土壤类型区的土壤N、P、K和有机质的含量情况交由新疆农垦科学院根据冬小麦和夏玉米生长发育的需肥特点研制出适于河北省两种主要作物的配方肥料开展研究和生产示范，其可溶性都在99%以上。如在小麦专用肥前期（起力-拔节期）Ｉ型肥料N、P、K含量分别为33:7:10，总含量50%；Ⅱ型肥料（扬花-灌浆期）N、P、K含量分别为33:12:10，总含量（包括微量元素）52%；玉米专用肥Ⅱ型（拔节-大喇口期）N、P、K含量分别为34:12:6，Ⅲ型可溶性肥料的N、P、K含量分别为32:15:6。上述两种小麦、玉米的专用肥目前基本适合于河北的土壤条件，可溶性强，效果较为理想。
    3、小麦、玉米水肥一体化灌水施肥制度的研究
    根据新疆农垦科学院滴灌水肥一体化技术的成功经验和河北的气候条件，以及近两年的田间试验示范结果，初步总结出冬小麦、夏玉米的灌水定额和次数以及施肥定额和时间的基本制度。如小麦底肥为复合肥，施肥量为常规用肥量的一半，一般施用底肥20公斤/亩，以N15、P15、K15的复合肥为宜；春后追肥：起力-拔节期Ｉ型肥料12公斤，抽穗开花Ⅱ型肥料8公斤，前灌浆期Ⅱ型肥料7公斤，后灌浆期3公斤，总追肥量30公斤/亩。冬小麦灌水定额总量在100方左右，共分5次，即播种后冬前灌水20方/亩，拔节期25方/亩，孕穗期20方/亩，开花期20方/亩，灌浆期20方/亩。夏玉米底肥10公斤（二铵或复合肥），拔节期Ⅱ型肥料5公斤，大喇叭口期Ⅱ型肥料18公斤，抽穗开花期Ⅲ型肥料12公斤，灌浆期Ⅲ型肥料10公斤，总追肥量45公斤/亩；夏玉米灌水量一般在60~70方，主要根据降水情况，播种20方，拔节10~20方，以后每次为10方左右。

表1 壤土和粘质土壤小麦滴灌时间、水量及施肥种类和施肥量

备注：Ⅰ型肥料N、P、K含量分别为33:7:10，总含量50%；Ⅱ型肥料N、P、K含量分别为30:12:10，总含量52%。

表2 沙土和沙壤土小麦滴灌时间、水量及施肥种类和施肥量

备注：适期播种，密度5500株/亩；播种时底肥10kg/亩复合肥；播种后喷施除草剂；在7~11展开叶时喷施金得乐1次防倒伏；Ⅲ型肥料N、P、K含量分别为32:15:6，总含量53%。
   二、小麦、玉米水肥一体化技术生产示范情况
    2009年秋季在石家庄安排了滴灌水肥一体化技术田间试验，处理主要不同滴水量和施肥量的产量水平研究，同时在在邢台市任县和邯郸市永年县安排了各6亩的滴灌和微喷水肥一体化技术生产示范。2010年春季，根据苗情安排了5次灌溉和施肥，灌水总量110多方，使用新疆农垦科学院生产的专用复合肥21.5公斤/亩。由于2009年11月初的大雪冻害和2010年春季低温，小麦基本苗较少，分蘖少，大部分为主茎成穗，因此滴产量水平均较低，但滴灌与常规管理（对照）相比，中后期表现出植株健壮，叶色深绿，单穗多3~5粒，粒重增3~5克，穗大穗匀。
    当年6月18日~19日，由省科技厅组织省内外专家田间实打实收，邯郸永年滴灌水肥一体化比对照增产19.8%，任县微喷水肥一体化比对照增产26%。麦收后在原点基础上扩大了玉米的生产示范规模，每点分别为50亩左右。选用郑单958等耐密品种可加大种植密度（5500株/亩），分4次亩追施可溶性肥料40公斤，两点滴灌和微喷水肥一体化后表现植株健壮、叶色深绿、穗大且匀，无明显边行优势。实产比常规灌溉管理增产30%左右。当年9月29日由省科技厅和农业厅组织10个县的农业部门专家和领导在任县召开了“河北省夏玉米微灌水肥一体化技术示范现场观摩会”，各县农业局领导纷纷要求开展该技术的生产示范，因此，在河北省中南部四市十个县不同类型区安排了1100多亩的小麦水肥一体化生产示范。在小麦播种前制定了统一的实施方案，在小麦播种和生长期进行了技术培训和跟踪服务，使小麦普遍长势良好，各点亩穗数增加5~10万，今年春季河北省主管农业的副省长沈小平几次进行考察指导，省科技厅、发改委、农业厅等部门领导和专家多次进行考察，分别给予了高度重视。今年6月18~19日，由省科技厅组织农业部和省小麦专家顾问组专家在沧州市吴桥对小麦水肥一体化示范进行了实打实收，结果该点在节水50%的基础上微喷亩产704.98公斤，滴灌亩产688.8公斤，分别比对照增产31.5%和28.5%，刷新河北省2010年前的高产纪录。另外邢台市任县点微喷实打实收662.5公斤/亩，比常规对照增产30.4%，石家庄藁城市沙地前些年亩产不过400公斤，今年微喷水肥一体化示范实打实收亩产557.5公斤，创该区域历史高产纪录。《经济日报》、《科技日报》、《农民时报》、《河北日报》、河北电视台等多家媒体进行了报道，引起社会的广泛重视。
       今年麦收后各点进行了玉米生产示范，据前一段各县农业部门的田间测产，结果亩产在700~800公斤，普遍显著优于常规管理生产田。2011年10月9日，河北省科技厅邀请省内外专家在吴桥县对微喷水肥一体化夏玉米示范田实收产量为760.76公斤/亩，该示范田前茬作物——微喷水肥一体化小麦实收产量为704.98公斤，两季合计产量达1465.74公斤。
结合小麦、玉米两季的水肥一体化技术结果，在小麦节水50%的前期下，主要示范点两季粮食产量接近1.5吨，在技术措施和田间管理进一步优化的情况下，实现小麦、玉米两季亩产1.5吨目标是可能的。
     三、小麦、玉米微喷设施田间投入情况
根据河北省平原区井多、出水量小、上水压力较小的实际特点，利用微喷节水设施系统按每眼井喷灌60亩地、出水量30~40方/小时进行设计，在不考虑地下铺设输水管件前提下（大部分农田已具备地下铺设输水管件设施），仅地面一次性投入为300元/亩，主要包括水泵口首部及配套部件、喷灌管件及微喷带等、以及其它部分（设计费、施工费等）。在没有地下铺设输水管件的农田安装防渗地下输水管道，每亩增加100元投入，即地下输水管道加上地上喷灌设施每亩投入400元。
     在微喷设施中，过滤器和施肥器等装置可多年使用，按10年折旧投入为6.2元/年；小麦和玉米两季微喷带在保管使用好的前提下可使用3年，按3年折旧投入为60.5元/年；其它部分投入按3年折旧投入为18.8元/年。即地上微喷设施投入85.5元/年，平均分配到小麦、玉米每季作物上，即每季作物投入42.8元。
     对于肥料的投入由于可溶性N、P、K复合肥价格要高于普通肥料，使用量上较普通肥料少20%左右，即可溶性肥料的投入与常规肥料基本接近，考虑到小麦、玉米增产显著因素，农民是可以接受的，但要考虑可溶性肥料应当地生产，尽量减少运输成本。

    四、小麦、玉米微灌水肥一体化特点
    通过近两年小麦、玉米微灌水肥一体化技术研究和生产示范，该技术体系呈现出以下几个特点：
    1、可实现大田粮食作物可控的精准化田间管理
由于在水泵出水口装有水表和施肥装置，使农民可根据当时的自然降水、土壤墒情和肥力以及小麦、玉米不同生长发育阶段需水、肥规律，达到精确灌溉和施肥，对作物的产量也可进行相对的设计，既减少了水肥资源的浪费，又可达到相对的目标产量。
    2、水肥运用相对后移，对小麦、玉米具有显著增产作用
目前常规田间管理无论小麦和玉米都重视底肥和小麦拔节期，或玉米大喇叭口期追肥，对作物而言仍处在前中期，而开花灌浆阶段几乎没有肥料的供应，特别是漫灌肥料随水易渗漏到土壤深层，不仅对地下水造成污染，而且肥料利用率降低。目前水肥一体化的水肥运用原则注重在小麦、玉米生长发育的中后期，底肥和前期用肥较少而在拔节、开花、灌浆各期都有肥水及时的供应，特别是有可溶性磷的供应，使两种作物生长健壮，穗大穗匀，籽粒饱满，产量大幅度增加。
    3、节水、节电、节地、节工效果明显
常规灌溉小麦需4~5次（冬前2次，春后2~3次）每次灌水50方/亩左右，总需水量200方/亩以上，而微灌需5~6次，每次20方/亩左右，总用水量100方左右，即节水50%。由于河北小麦、玉米产区主要是用电抽取地下水进行灌溉，节水50%、节电也在50%。同时使用了微灌设施，田间不需要垄沟和畦更，可节地7%以上，这对于人多地少的地区节省的土地资源显得非常珍贵。另外，浇水时不需要田间改整畦和撒肥的劳作，既省工又省力，非常适合农村壮劳力的转移，有利于农村合作社、土地托管等集约化的生产组织的实施。
    4、经济效益、生态效益和社会效益显著
    经济效益。按两季作物产量1.45吨计算，亩可增产粮食250~300公斤以上，按每公斤粮食2.0元单价计算，可实现增收600元，不仅收回当年田间微喷设施全部投入（300元/亩），还可实现200~300元/亩的利润。如果按小麦、玉米微喷水肥一体化地上设施投入85.5元/亩·年比较，可实现414.5~514.5元/亩的利润，经济效益十分显著。
生态效益。该项技术节水、节电、节地、省工效果显著，这对于水资源严重匮乏的河北省及周边省份来说，发展节水农业是可持续发展的必由之路。节电、节地同样是在有限的资源环境条件下发展高效农业。另外，利用可溶性复合肥分多次施用可大幅度提高肥料利用率，同样对环境友好，生态效益显著。
    社会效益。粮食生产是我国农业生产的重中之重，粮食安全是国家的头等大事。本项技术是在有限的农业资源条件下可大幅度提高粮食单产，这对国家粮食安全意义重大。同时，我国农业随着城市化进程的加快，耕地留转和集约化生产势在必行，这一技术正符合农业集约化发展趋势，可促进农业结构调整、农民增收和农业增效，社会效益明显。
    五、小麦、玉米微灌水肥一体化技术示范推广过程中应注意的几个问题和建议
    小麦、玉米微灌水肥一体化技术已表现出良好的发展前景，是我国未来节水节能和粮食增产的现代农业新技术，要达到节水和增产之功效，在示范推广过程中以下几个方面应值得注意：
    1、与其它农业技术措施相衔接
小麦、玉米生产是系统工程，除了水肥一体化核心技术外，要选择小麦玉米耐旱、抗倒、丰产的优良新品种，同时要提高整地和播种质量，保证田间出苗均匀度和密度，为两种作物节水增产打下坚实的前期基础。同时要注意化学调控和病虫害防治等。
    2、扶持节水设施和新型肥料的生产，为水肥一体化推广起到有利的技术支撑  
滴灌水肥一体化技术已在新疆广泛成功应用，滴灌设施和可溶性肥料生产企业众多，而在西北的其它省份、东北、华北小麦、玉米主产区总体上刚起步不久，相关节水设施和肥料的生产企业较少，在推广过程中缺少哪一种技术产品都得不到应有的实际效果，因此，政府应从多方面扶持两种技术产品的生产，为规模化推广打下基础。
    3、加强水肥一体化应用技术研究，挖掘其节水增产潜力。
我国北方小麦、玉米产区面积大，生态气候、土壤类型、人文经济等条件差异也很大，目前除了借鉴新疆的水肥一体化成功经验外，农业部、科技部应正式立项组织相关省、区市开展小麦、玉米等作物水肥一体化应用技术研究，使这一技术本土化、实用化，同时开展相关配套机械的研究，充分挖掘其节水、节能、增产的潜力。
    4、积极探索合作社、专业队和土地托管等新型组织体系。
就华北小麦、玉米主产区具体情况而言，农民的土地较分散且地块小，如何把水肥一体化技术使农民真正使用起来，除了政府前期投入引导外，还应积极探索新的生产组织形式，如利用合作社、专业浇水施肥队、互助组和土地托管等新的有效生产组织体系。