在全球范围内，氮肥和高氮含量灌溉水的不合理使用导致设施菜田中大量硝酸盐（NO^3-）流失。为减少氮素损失，不同土壤类型的设施菜田需因地制宜优化氮肥用量和灌溉方式。本研究通过4年大田定位试验，利用田间渗漏池法监测了我国华北地区18个设施菜田的氮素淋溶损失。每个试验点有3个处理：分别是a)高氮肥用量+高灌溉处理（HNHI）；b)低氮肥用量+高灌溉处理（LNHI）;c)低氮肥用量+低灌溉处理（LNLI）。试验结果表明，在我国北方潮土区，HNHI、LNHI、LNLI三个处理的氮素淋溶量分别是325、294和257 kg N ha^-1；在褐土区HNHI、LNHI、LNLI三个处理的氮素淋溶量分别是114、100和78 kg N ha^-1；在黑土区HNHI、LNHI、LNLI三个处理的氮素淋溶量分别是79、68和57 kg N ha^-1。研究还发现，潮土区灌溉水中总氮含量是褐土区的8.26倍。结构方程模型显示，氮肥投入量与灌溉水淋溶量分别解释了14.7%和81.8%的氮素淋溶损失。相应地，灌溉水量减少21.5%使氮素淋溶损失减少了20.9%，而粪肥氮和化学氮投入量分别减少22%和25%仅减少了9.5%的氮素淋溶损失。本研究结果表明，我国北方潮土区是设施菜田管理氮素淋溶的优先区。

水肥综合管理对于促进设施农业可持续发展具有重要地位，生物炭在保障粮食产量、缓解水资源短缺和肥料过度使用等方面发挥着重要作用。本研究通过田间试验和优化模型相结合的方法，寻求番茄产量提高、品质提升、水氮利用效率提高和温室排放降低的多目标协同的灌水-氮肥-生物炭施用制度。首先，布置灌水-氮肥-生物炭耦合小区试验。其次，基于试验测定番茄产量与果实品质参数，构建了全生育期灌水-氮肥-生物炭用量与产量、番茄综合品质（TCQ）、灌溉水利用效率（IWUE）、氮肥偏生产力（PFPN）和温室气体净排放量（NGE）之间的响应关系。最后，构建了番茄不同生育期灌水-氮肥-生物炭资源配置的多目标动态优化调控模型，并通过模糊规划方法求解模型。结果表明，生物炭配施灌水和氮肥有助于促进产量、IWUE、PFPN的提升，而对NGE有抑制作用。此外，在不同情景下，水肥的最优配置量也不同。S1（情景1）产量较T2处理提高了8.31%；S2（情景2）TCQ较T5处理提高了5.14%；S3（情景3）IWUE较T3处理提高了10.01%；S4（情景4）PFPN 较T2处理提高了9.35%；S5（情景5）NGE较T5降低了11.23%。优化模型结果表明，当灌水-氮肥-生物炭用量为205.18 mm-186 kg ha^-1-43.31 t ha^-1时，考虑产量、TCQ、IWUE、PFPN和NGE的多个目标的协调性与每个处理相比平均提高了4.44%-69.02%。本研究为温室番茄水肥的可持续管理提供有效的方法。

马铃薯是中国北方主要的粮食作物之一。然而，降水量少且年际波动大严重威胁着北方雨养马铃薯的高产和稳产。在水分限制条件下，优化水分管理措施可有效提升马铃薯的产量和水分利用效率，从而能保证粮食安全。但当前较少研究定量了不同水分管理措施对中国北方马铃薯产量和水分利用效率的贡献。本文基于多源大田试验数据和作物模型，使用Meta分析方法定量了中国北方大兴安岭区、燕山丘陵区、阴山北麓区和黄土高原区马铃薯的潜在、灌溉和雨养产量及其水分利用效率。结果表明，APSIM-Potato模型模拟的马铃薯潜在干重产量在燕山丘陵最高（12.4 t ha^-1），其次为阴山北麓（11.4 t ha^-1）、大兴安岭（11.2 t ha^-1）、和黄土高原（10.7 t ha^-1）。大兴安岭、燕山丘陵、阴山北麓和黄土高原实测的雨养马铃薯干重产量分别占各区潜在产量的61、30、28和24%。潜在条件下燕山丘陵马铃薯的水分利用效率最高，其次为大兴安岭、阴山北麓和黄土高原，对应的水分利用效率分别为2.2、2.1、1.9和1.9 kg m^-3。在北方马铃薯种植区，沟垄种植的马铃薯产量和水分利用效率可较平作提升8-49%和2-36%，而沟垄种植搭配覆膜的马铃薯产量和水分利用效率可较平作提升35-89%和7-57%。在水资源有限的马铃薯种植区，通过沟垄种植、覆膜和补灌相结合的水分管理方式能协同提高马铃薯的产量和水分利用效率。

过量施氮是华北冬小麦（Triticum aestivum L.）生产过程中氮素流失和利用效率低下的主要原因。滴灌水肥一体化被认为是提高氮素利用效率、减少氮素损失的有效方法，然而由于缺乏科学的施氮制度限制了当下水肥一体化滴灌施肥应用效果。通过设置2年田间试验，设计了5个随水施氮（46% N尿素，240 kg ha^-2）处理和1个缓释氮肥（43% N，240 kg ha^-1）处理，5个随水施氮制度分别是：N0-100（0%在播种期，100%在拔节期/孕穗期），N25-75（25%在播种期，75%在拔节期/孕穗期），N50-50（50%在播种期，50%在拔节期/孕穗期），N75-25（75%在播种期，25%在拔节期/孕穗期），N100-0（100%在播种期，0%在拔节期/孕穗期）和缓控肥（100%在播种期），研究了不同水肥一体化施氮制度对滴灌冬小麦生长发育和产量的影响。研究结果显示：氮肥基/追比改变显著影响了冬小麦产量、产量组成、地上生物量（ABM）、水分利用效率（WUE）和氮肥偏生产力（NPEP）。相比其它处理，N50-50和缓释氮肥处理效果最好，产量（8.84和8.85 t ha^-1），ABM（20.67和20.83 t ha^-1）、WUE（2.28和2.17 kg m^-3）和NPFP（36.82和36.88 kg kg^-1）。本研究结果表明，在华北地区冬小麦生产过程中运用滴灌水肥一体化施氮（最佳尿素基/追比为50:50）综合成本较低，相比等量施用较为昂贵的缓释肥也很有竞争力。虽然在冬小麦生产过程中单次施用缓释肥可以有效降低高额的人工成本，但是在如今人力成本不断攀升的情况下，使用滴灌水肥一体化施氮（尿素基/追肥比为50:50）为华北农民获得冬小麦增产、增收提供了一种新型灌溉施肥方式。

据统计，2019年全国果园种植面积共计1.84亿亩，约占到耕地总面积的1/10。果园中种植的果树经济效益高，化肥、农药过量施用十分常见，过量的氮磷在土壤中积累，随降雨流失进入地表水体，造成水体富营养化等环境问题。当前，水肥一体化灌溉施肥技术和林下种草是果园中普遍应用的高产增效技术，水肥一体化灌溉施肥能够在减少肥料施用量的条件下，提高肥料利用率。林下种草构建植物篱，能够分散地表径流、降低流速、增加入渗和拦截泥沙，减少氮磷污染物随地表径流进入水体。两种技术的有效结合是否能够有效降低果园中氮磷径流流失并不清楚。太湖流域常规施肥和无植物篱的果园中约7.36%的氮和2.63%的磷通过地表径流进入水体。植物篱提高了发生地表径流的最低日降雨量，减少了径流发生频次，无植物篱的地表径流排放量占降水量的15.86%，而有植物篱处理的地表径流流量占降水量12.82%。水肥一体化滴灌施肥减少了表层土壤中氮和磷的积累，降低了总氮（TN）和总磷（TP）的径流流失浓度。与常规施肥相比，滴灌施肥结合植物篱显著降低了总氮（45.38%）和总磷（36.81%）的损失。滴灌施肥增加了氮磷养分的垂直迁移深度，减少了氮磷在表层土壤中的积累，提高了梨的产量。此研究表明，在果园等集约化农田中推行灌溉施肥结合植物篱措施能够有效降低氮磷径流流失，减缓农业面源污染物的排放。