2010年以来，全国农业技术推广服务中心（下称全国农技中心）组织实施华北地区粮食作物水肥一体化技术模式集成项目，在北京、河北、河南3省市10县开展5个方面20多项次田间试验，示范面积6500多亩，集成、示范小麦—玉米一年两季生产体系的水肥一体化模式，通过“三优”（优选设备选型、优化田间布设、优化水肥运筹）、“三改”（改水肥分开为水肥同步、改1次追肥为4~5次随水追肥、改常规复混肥为高效水溶肥），促进“三增”、“三节”和“三省”，取得了显著成效。
发展现状：规模扩大产品优化成本降低
我国水肥一体化技术应用起步于上世纪70年代，改革开放后有了长足进步，近十年来迅猛发展，试验、示范、推广工作取得了很好的进展。
应用规模不断扩大。2002年以来，农业部组织实施国家旱作节水农业项目，中央财政累计投资超过1亿元，在全国10多个省（区、市）建立水肥一体化技术核心示范区50多万亩，集中开展试验示范和技术集成，覆盖20多种作物，有效带动了各地水肥一体化技术的推广应用。目前，该项技术已在近30个省（区、市）推广应用，由棉花、果树、蔬菜等经济作物扩展到小麦、玉米、马铃薯、大豆等粮食作物，每年推广应用面积7000多万亩。
技术模式不断创新。按照因地制宜的原则，针对作物需水规律、水资源条件和设备特点，全国农技中心组织开展技术集成，形成了系列水肥一体化技术模式。按区域划分，有干旱半干旱区膜下滴灌、丘陵山区重力滴灌水肥一体化、平原微喷水肥一体化等模式。按设备划分，有移动式微灌水肥一体化模式、全自动智能水肥一体化模式、小型简易自助式水肥一体化模式等。按设施条件分，有普通大田水肥一体化模式、温室膜面集雨水肥一体化模式等。
技术产品不断完善。随着水肥一体化技术的推广应用，基础工作不断夯实，相关技术产品不断完善。一是研发了土壤墒情快速监测方法和仪器设备，能够迅速、快捷地掌握土壤水分状况，为农田水分精确化管理奠定了基础。二是通过在不同区域、不同作物开展系列试验研究，取得大量微灌条件下灌溉和施肥技术参数，优化相关技术模式，编制《微灌施肥农户操作手册》、《微灌施肥实用技术》等技术资料，为水肥一体化技术推广应用提供科学依据。三是各种喷滴灌管（带）、过滤、施肥等设备产品日趋成熟，适用范围不断扩大，耐用性不断提高，有力地支撑了水肥一体化发展。四是在水溶肥料研发方面取得突破，面向微灌的水溶肥料品种不断涌现，为水肥一体化技术推广应用提供了配套农资。
推广机制不断优化。在多年的试验示范推广工作中，探索了水肥一体化技术系列推广机制。一是政府推动模式，通过政府立项投入和技术补贴推动推广应用。二是技术驱动模式，通过技术推广部门开展技术展示示范与培训交流驱动推广应用。三是企业拉动模式，通过相关企业开展设备产品经销活动，为农民提供产品服务，技物结合拉动推广应用。四是农民专业合作组织带动模式，以各类农民专业合作社为载体，推行组织化和规范化生产，带动技术推广应用。
投入成本大幅降低。通过集中攻关相关设备，优化水肥一体化系统设计，开发微灌用水溶肥料，基本实现水肥一体化相关设施、设备和产品的国产化，大幅降低了投入成本。设施设备投入已从每亩2000~3000元大幅降低到每亩800~1000元，高效水溶肥料从每吨2万多元降低到1万元左右，水肥一体化开始由高端贵族技术向平民应用发展，从设施农业走向大田应用，从蔬菜、果树、棉花等经济作物发展到小麦、玉米、马铃薯等粮食作物。
增效机理：少量多次直供根区水肥耦合
与传统模式相比，水肥一体化实现了水肥管理的革命性转变，即渠道输水向管道输水转变、浇地向浇庄稼转变、土壤施肥向作物施肥转变、水肥分开向水肥一体转变，增产增效优势集中体现。
少量多次浇水施肥，实现均匀持续供应。传统的浇水和施肥方式，作物往往在“饥饿”和“过饱”两个极端之间反复，不能均匀地“吃喝”。而采用微灌水肥一体化，灌水和施肥次数增加，每次的灌溉和施肥量减少，可以根据作物需水需肥规律随时供给，保证作物“饿了就吃，渴了就喝”、“吃饱不浪费”，水分养分均匀持续供应。
集中供应作物根区，水肥吸收直接快速。传统土壤施肥，氮肥常因淋溶、反硝化等而损失，磷肥和中微量元素容易被土壤固定，浪费严重的同时，作物养分供应不足。应用水肥一体化技术，可将湿润深度控制在40厘米，将水分和养分直接供应到作物根系集中分布的区域，根系直接对水分和养分进行吸收，利用率高。
保证中后期水肥供应，利于产量形成。传统模式注重前期忽视中后期，注重底墒水和基肥，作物中后期的灌溉和施肥由于劳动力成本增加或操作不便等原因难以落实。如小麦适时浇好灌浆水能保根、护叶、延长叶片功能、防止早衰、提高粒重，但传统灌溉方式往往难以满足。夏玉米大喇叭口期后，田间封行封垄，常规条件下难以进行施肥、灌水。采用水肥一体化，人员无需进入田间，通过管道就可以方便地进行灌水施肥，能够保证中后期水分养分供应充足，利于产量形成。
实现水肥耦合，养分吸收全面高效。在水肥一体化模式下，肥料溶解在水中通过管道以微灌的形式直接输送到作物根部，养分直接以水溶态供应给作物，不仅吸收速度快，而且易于根据作物生长状况调节施肥比例，补充中微量元素，作物养分供应更加全面高效。
全国农技中心在北京市和河北省组织实施的试验示范结果表明，与常规相比，冬小麦应用水肥一体化，成穗率提高，每亩有效穗数由40万增加到50多万，且穗大穗匀，单穗粒数增加4~5粒，粒重增加3~5克。玉米密度由每亩4000株增加到5000株，棒子大、长且均匀，同时很少出现空秆、凸尖等现象。
农民需求迫切推广条件成熟
“十八大”以来，中央对资源高效利用与农业可持续发展越来越重视。近年中央1号文件强调“人多、地少、水缺”是我国农业面临的基本国情，将水缺与人多地少并列。习近平总书记在山东考察时指出，“要以解决好地少水缺的资源环境约束为导向，深入推进农业发展方式转变”。水肥一体化技术能够在节水40%、节肥20%的基础上大幅增产，实现资源节约利用和粮食稳产高产的双重目标。在我国水资源总量不足、分布不均，干旱缺水影响越来越大，地下水超采日趋严重的严峻形势下，大力发展水肥一体化，已成为实现粮食持续稳定增产、水肥资源高效利用、缓解地下水超采危机的迫切需要，是突破资源环境约束、促进农业可持续发展的战略选择。
随着我国农业和农村经济的发展，广大农民对水肥一体化技术的需求日趋迫切，接受能力逐步提高，大力推进水肥一体化发展的条件已经成熟。近年来，国家实施东北4省区“节水增粮”行动，投资380亿元推广滴灌水肥一体化技术3800万亩。去年又启动华北地下水超采区综合治理试点，将水肥一体化列为骨干技术，在河北省进行大面积推广。据专家研究，华北地区适宜应用各种模式水肥一体化技术的面积超过2亿亩，如果推广普及水肥一体化技术，一年两季平均亩节水110方，每年可节水200亿方，相当于北京市6年用水量，接近南水北调规划总调水量的一半（448亿方）。亩节肥5~10公斤(折纯)，每年可节肥（折纯）300万吨,相当于10个大型化肥厂年产量。所以说，水肥一体化技术发展前景十分广阔。
水肥一体化发展也存在一些问题，如支持政策不够全面、技术产品不够配套、技术服务不够到位、地区发展不够平衡等。今年，中央下发《关于加快推进生态文明建设的意见》、印发《全国农业可持续发展规划（2015—2030年）》，进一步推进节水农业工作，水肥一体化迎来了快速发展的大好机遇。
三增三节三省
水肥一体化是将肥料溶解在水中，借助管道灌溉系统，灌溉与施肥同时进行，适时适量地满足作物对水分和养分的需求，实现水肥一体化管理和高效利用的节水农业技术，多年、多地、多作物推广应用效果明显。
增产增收增效内蒙古、吉林、黑龙江等地应用膜下滴灌水肥一体化技术，玉米亩增产200~300公斤，马铃薯亩增产1500公斤。河北、山东、河南等地应用微喷水肥一体化技术，冬小麦亩增产100公斤，玉米亩增产150公斤，马铃薯亩增产1000公斤，增产幅度在15%~50%，增收效果显著。与传统灌溉方式相比，水分生产力达到2公斤/方，提高20%～50％，肥料利用率提高15％以上，实现了水肥资源高效利用。
节水节肥节地河北冬小麦应用水肥一体化技术，沙质土壤亩节水100~150方，壤质土亩节水50~60方，平均亩节水80方以上，节水40%左右，节约化肥5~9公斤(纯养分，下同)，节肥10%~25%。夏玉米亩节水40~60方，节水30%~50%。亩节肥8~10公斤，节肥15%~25%。采用微喷水肥一体化，实现管道输水、喷灌，不再需要垄沟和畦背，比传统灌溉方式节地10%左右，增加了有效种植面积。
省工省时省力在北京、河北等地的试验示范结果表明，应用水肥一体化，农民仅需开关阀门就能进行田间灌溉和施肥，省去了清垄沟、扒畦背、扒边埂、撒化肥等繁重的田间操作，老人、妇女都可轻松完成，小麦玉米两茬平均每亩省工1.2个。由于灌水效率提高，灌水量减少，每个灌溉周期可省时3~5天。