2010年以來，全國農業技術推廣服務中心（下稱全國農技中心）組織實施華北地區糧食作物水肥一體化技術模式集成項目，在北京、河北、河南3省市10縣開展5個方面20多項次田間試驗，示范面積6500多畝，集成、示范小麥—玉米一年兩季生產體系的水肥一體化模式，通過“三優”（優選設備選型、優化田間布設、優化水肥運籌）、“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、改常規復混肥為高效水溶肥），促進“三增”、“三節”和“三省”，取得了顯著成效。
發展現狀：規模擴大產品優化成本降低
我國水肥一體化技術應用起步于上世紀70年代，改革開放后有了長足進步，近十年來迅猛發展，試驗、示范、推廣工作取得了很好的進展。
應用規模不斷擴大。2002年以來，農業部組織實施國家旱作節水農業項目，中央財政累計投資超過1億元，在全國10多個省（區、市）建立水肥一體化技術核心示范區50多萬畝，集中開展試驗示范和技術集成，覆蓋20多種作物，有效帶動了各地水肥一體化技術的推廣應用。目前，該項技術已在近30個省（區、市）推廣應用，由棉花、果樹、蔬菜等經濟作物擴展到小麥、玉米、馬鈴薯、大豆等糧食作物，每年推廣應用面積7000多萬畝。
技術模式不斷創新。按照因地制宜的原則，針對作物需水規律、水資源條件和設備特點，全國農技中心組織開展技術集成，形成了系列水肥一體化技術模式。按區域劃分，有干旱半干旱區膜下滴灌、丘陵山區重力滴灌水肥一體化、平原微噴水肥一體化等模式。按設備劃分，有移動式微灌水肥一體化模式、全自動智能水肥一體化模式、小型簡易自助式水肥一體化模式等。按設施條件分，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。
技術產品不斷完善。隨著水肥一體化技術的推廣應用，基礎工作不斷夯實，相關技術產品不斷完善。一是研發了土壤墑情快速監測方法和儀器設備，能夠迅速、快捷地掌握土壤水分狀況，為農田水分精確化管理奠定了基礎。二是通過在不同區域、不同作物開展系列試驗研究，取得大量微灌條件下灌溉和施肥技術參數，優化相關技術模式，編制《微灌施肥農戶操作手冊》、《微灌施肥實用技術》等技術資料，為水肥一體化技術推廣應用提供科學依據。三是各種噴滴灌管（帶）、過濾、施肥等設備產品日趨成熟，適用范圍不斷擴大，耐用性不斷提高，有力地支撐了水肥一體化發展。四是在水溶肥料研發方面取得突破，面向微灌的水溶肥料品種不斷涌現，為水肥一體化技術推廣應用提供了配套農資。
推廣機制不斷優化。在多年的試驗示范推廣工作中，探索了水肥一體化技術系列推廣機制。一是政府推動模式，通過政府立項投入和技術補貼推動推廣應用。二是技術驅動模式，通過技術推廣部門開展技術展示示范與培訓交流驅動推廣應用。三是企業拉動模式，通過相關企業開展設備產品經銷活動，為農民提供產品服務，技物結合拉動推廣應用。四是農民專業合作組織帶動模式，以各類農民專業合作社為載體，推行組織化和規范化生產，帶動技術推廣應用。
投入成本大幅降低。通過集中攻關相關設備，優化水肥一體化系統設計，開發微灌用水溶肥料，基本實現水肥一體化相關設施、設備和產品的國產化，大幅降低了投入成本。設施設備投入已從每畝2000~3000元大幅降低到每畝800~1000元，高效水溶肥料從每噸2萬多元降低到1萬元左右，水肥一體化開始由高端貴族技術向平民應用發展，從設施農業走向大田應用，從蔬菜、果樹、棉花等經濟作物發展到小麥、玉米、馬鈴薯等糧食作物。
增效機理：少量多次直供根區水肥耦合
與傳統模式相比，水肥一體化實現了水肥管理的革命性轉變，即渠道輸水向管道輸水轉變、澆地向澆莊稼轉變、土壤施肥向作物施肥轉變、水肥分開向水肥一體轉變，增產增效優勢集中體現。
少量多次澆水施肥，實現均勻持續供應。傳統的澆水和施肥方式，作物往往在“饑餓”和“過飽”兩個極端之間反復，不能均勻地“吃喝”。而采用微灌水肥一體化，灌水和施肥次數增加，每次的灌溉和施肥量減少，可以根據作物需水需肥規律隨時供給，保證作物“餓了就吃，渴了就喝”、“吃飽不浪費”，水分養分均勻持續供應。
集中供應作物根區，水肥吸收直接快速。傳統土壤施肥，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，浪費嚴重的同時，作物養分供應不足。應用水肥一體化技術，可將濕潤深度控制在40厘米，將水分和養分直接供應到作物根系集中分布的區域，根系直接對水分和養分進行吸收，利用率高。
保證中后期水肥供應，利于產量形成。傳統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力成本增加或操作不便等原因難以落實。如小麥適時澆好灌漿水能保根、護葉、延長葉片功能、防止早衰、提高粒重，但傳統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，常規條件下難以進行施肥、灌水。采用水肥一體化，人員無需進入田間，通過管道就可以方便地進行灌水施肥，能夠保證中后期水分養分供應充足，利于產量形成。
實現水肥耦合，養分吸收全面高效。在水肥一體化模式下，肥料溶解在水中通過管道以微灌的形式直接輸送到作物根部，養分直接以水溶態供應給作物，不僅吸收速度快，而且易于根據作物生長狀況調節施肥比例，補充中微量元素，作物養分供應更加全面高效。
全國農技中心在北京市和河北省組織實施的試驗示范結果表明，與常規相比，冬小麥應用水肥一體化，成穗率提高，每畝有效穗數由40萬增加到50多萬，且穗大穗勻，單穗粒數增加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、長且均勻，同時很少出現空稈、凸尖等現象。
農民需求迫切推廣條件成熟
“十八大”以來，中央對資源高效利用與農業可持續發展越來越重視。近年中央1號文件強調“人多、地少、水缺”是我國農業面臨的基本國情，將水缺與人多地少并列。習近平總書記在山東考察時指出，“要以解決好地少水缺的資源環境約束為導向，深入推進農業發展方式轉變”。水肥一體化技術能夠在節水40%、節肥20%的基礎上大幅增產，實現資源節約利用和糧食穩產高產的雙重目標。在我國水資源總量不足、分布不均，干旱缺水影響越來越大，地下水超采日趨嚴重的嚴峻形勢下，大力發展水肥一體化，已成為實現糧食持續穩定增產、水肥資源高效利用、緩解地下水超采危機的迫切需要，是突破資源環境約束、促進農業可持續發展的戰略選擇。
隨著我國農業和農村經濟的發展，廣大農民對水肥一體化技術的需求日趨迫切，接受能力逐步提高，大力推進水肥一體化發展的條件已經成熟。近年來，國家實施東北4省區“節水增糧”行動，投資380億元推廣滴灌水肥一體化技術3800萬畝。去年又啟動華北地下水超采區綜合治理試點，將水肥一體化列為骨干技術，在河北省進行大面積推廣。據專家研究，華北地區適宜應用各種模式水肥一體化技術的面積超過2億畝，如果推廣普及水肥一體化技術，一年兩季平均畝節水110方，每年可節水200億方，相當于北京市6年用水量，接近南水北調規劃總調水量的一半（448億方）。畝節肥5~10公斤(折純)，每年可節肥（折純）300萬噸,相當于10個大型化肥廠年產量。所以說，水肥一體化技術發展前景十分廣闊。
水肥一體化發展也存在一些問題，如支持政策不夠全面、技術產品不夠配套、技術服務不夠到位、地區發展不夠平衡等。今年，中央下發《關于加快推進生態文明建設的意見》、印發《全國農業可持續發展規劃（2015—2030年）》，進一步推進節水農業工作，水肥一體化迎來了快速發展的大好機遇。
三增三節三省
水肥一體化是將肥料溶解在水中，借助管道灌溉系統，灌溉與施肥同時進行，適時適量地滿足作物對水分和養分的需求，實現水肥一體化管理和高效利用的節水農業技術，多年、多地、多作物推廣應用效果明顯。
增產增收增效內蒙古、吉林、黑龍江等地應用膜下滴灌水肥一體化技術，玉米畝增產200~300公斤，馬鈴薯畝增產1500公斤。河北、山東、河南等地應用微噴水肥一體化技術，冬小麥畝增產100公斤，玉米畝增產150公斤，馬鈴薯畝增產1000公斤，增產幅度在15%~50%，增收效果顯著。與傳統灌溉方式相比，水分生產力達到2公斤/方，提高20%～50％，肥料利用率提高15％以上，實現了水肥資源高效利用。
節水節肥節地河北冬小麥應用水肥一體化技術，沙質土壤畝節水100~150方，壤質土畝節水50~60方，平均畝節水80方以上，節水40%左右，節約化肥5~9公斤(純養分，下同)，節肥10%~25%。夏玉米畝節水40~60方，節水30%~50%。畝節肥8~10公斤，節肥15%~25%。采用微噴水肥一體化，實現管道輸水、噴灌，不再需要壟溝和畦背，比傳統灌溉方式節地10%左右，增加了有效種植面積。
省工省時省力在北京、河北等地的試驗示范結果表明，應用水肥一體化，農民僅需開關閥門就能進行田間灌溉和施肥，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。由于灌水效率提高，灌水量減少，每個灌溉周期可省時3~5天。