通气灌溉是一项新型农业生产技术,在渗灌的基础上结合土壤通气技术,既保证了作物生长对水分的需求,又能增加土壤含氧量,防止土壤水分、气体比例不协调对作物生长产生抑制作用。前期已经进行了通气灌溉技术对作物生长影响的相关研究,然而并未考虑在灌水、施肥、通气耦合条件下对作物生长及土壤环境的影响,尤其是对土壤环境中温度变化的影响更为少见,并且试验环境局限于温室试验研究,由于试验条件不受外界环境影响,因此试验结果不能直接应用于大田作物种植。为了优化传统种植技术模式,改良土壤环境,提升作物产量和品质,创新提出了水肥气耦合技术,并在海南省自然科学基金青年基金项目(519QN289)和中国热带农业科学院创新团队项目(19CXTD-31)的支持下,设计水肥气一体化智能设备,开展田间试验研究,具体内容如下:(1)设计水肥气一体化智能设备。采用仿真分析与试验验证相结合的方法设计水肥气一体化智能设备。利用Hydrus软件对土壤通气系统进行了优化设计,以玉米根系呼吸速率为测定指标进行仿真分析,确定了渗灌管铺设深度为30cm,通过进行系统验证试验可以证明该设备结构合理,运行正常,可以满足玉米生长要求。(2)开展水肥气对土壤环境耦合作用田间试验研究。以水肥气一体化智能设备为试验平台,选取灌水量、施肥量和通气量为影响因素,以土壤含水量、土壤含氧量、土壤温度为评价指标进行正交试验,并通过响应面分析法对结果进行优化,最终确定水肥气耦合技术的优化工艺参数。对照试验结果表明:水肥气耦合技术可以提高土壤含水量4.30~9.14%,提升土壤含氧量5.05~16.85%,降低土壤温度变化速率1.70~8.60%,可为玉米生长提供适宜的生长环境。(3)开展水肥气对玉米生长耦合作用田间试验研究。以水肥气一体化智能设备为试验平台,选取灌水量、施肥量和通气量为影响因素,以玉米农艺性状及根系生长为评价指标,进行正交试验,并通过响应面分析法对结果进行优化,最终确定水肥气耦合技术的优化工艺参数。对照试验结果表明:采用水肥气耦合技术可以提高株高0.40~1.91%,茎粗0.70~7.11%,产量4.20~8.80%,提升根长7.96~17.05%,根干重6.73~18.40%,能够有效改善玉米生长发育情况,提高玉米产量。研究结果对提升土壤环境及作物高产提供了前提条件和理论基础。