该项目属于农业水土工程领域，农业水土资源高效利用与保护研究方向。本项目将灌溉排水工程、土壤学、土壤物理学、土壤水动力学、植物营养与肥料学和作物学相结合，在我国西北黄土塬区，开展大田水肥高效利用技术研究和温室大棚水肥管理技术综合研究，进一步采用理论分析和建立模型，提出西北黄土塬区水肥管理对作物产量和品质提高的策略与田间管理技术。本项目主要研究内容如下：

（1）在黄土塬区农业研究中，限制农业发展的主要因子是水资源匮乏，水土流失严重，同时，土壤肥力也是影响黄土塬区农业的主要因素。土壤水分和养分相互影响，相互制约，土壤水分是土壤养分溶解和迁移的介质载体，养分的运移量、运移速率和运移深度受土壤水分状况的影响，养分不足则影响水分的吸收和利用。研究不同水肥供应对盆栽和大田玉米的生长、产量及养分吸收利用的影响，以及不同耕作方式对土壤环境和玉米产量的影响，以期为农业田间管理技术提供理论基础和技术支撑。

（2）针对黄土塬区温室蔬菜水肥耦合效应研究过程中水肥利用率较低的现状，通过温室小区试验和理论分析相结合的方法，设滴灌施肥和常规施肥两种施肥方式。探索滴灌施肥条件下不同水肥供应对番茄根区水分养分迁移、有效性、干物质积累、养分吸收、产量以及品质的影响机制和效应，在此基础上,运用主成分分析法、灰色关联度分析法和多元回归分析对番茄高产优质高效的指标进行综合评价，提出水肥高效利用的最佳灌溉施肥指标以及相应的供水供肥模式。

（3）基于Gardner模型表征的非饱和土壤导水率和Gardner-Russo模型表征的土壤水分特征曲线形式，结合非饱和土壤水动力学方程，推导了土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率和湿润锋之间的理论关系，优化了滴灌压差施肥系统的设计与运行，提出了滴灌供水管道布置方式。

本项目主要研究成果简要介绍如下：

（1）通过研究覆膜和施肥对大田玉米土壤水分、土壤温度、硝态氮分布、氮素残留量等变化规律，结果表明，① 覆膜显著提高土壤温度，对不同深度的土壤温度提高值不同。② 追肥对土壤硝态氮含量的影响不同，施基肥和追肥处理下，土壤硝态氮的分布以主根为中心，近似对称分布。③不施肥情况下，覆膜不仅不增产，还减少8%～10%。相关研究结果发表在农业水管理国际权威期刊《Agricultural Water Management》、《POLS ONE》和《中国农业科学》等期刊。

（2）肥不合理的施用不仅难于增加产量，还会增加土壤剖面硝态氮累积、降低作物品质及水肥利用效率。本项目通过温室番茄小区试验，设常规沟灌施肥和3个滴灌水量与3个施肥水平。发现滴灌施肥增加番茄产量46.9%、干物质量54.0%和总氮吸收量82.4%；高水中肥有较高的产量和氮肥利用率以及较低的土壤硝态氮含量；低水中肥有最大的维生素C、可溶性糖和番茄红素含量以及较高的水分利用效率。相关研究结果发表在农业水管理国际权威期刊《农业工程学报》、《农业机械学报》和《中国农业科学》等期刊。相关研究结果对该领域有重要影响，发表一年的累计引用已超过26次。 2016年，中国科学技术信息研究所发布了"2016领跑者5000-中国精品科技期刊顶尖学术论文（F5000）"入选者名单。

（3）本项目相关研究采用表面电阻率层析成象和空间时域反射仪量化空间模式和季节下的根区土壤水动力学。进一步研究作物和水分的交互作用，土壤温度和地形的变化在土壤电阻率中的解释，结果证明这两个表面电阻率层析成象监测神经根带土壤水分动态，土壤空间水分变异性是由于降水拦截的原因，作物根区水分吸收和渗透相关，可以被联合使用空间时域反射仪测定。相关成果发表在水文学相关一区top期刊《Journal of Hydrology》、《Hydrological Processes》、《土壤学报》和《农业工程学报》等重要期刊。

该项目共有8篇论文被SCI收录、11篇论文被EI收录、10篇论文被CSCD收录、16篇论文被中文核心收录。