我国粮食主产区在生产方式上普遍存在着高耗低效的问题,充分利用土壤水肥,显著提高作物产量,是农田管理者长期的追求目标。水肥过量施用与土壤优先流现象均会造成水肥利用效率低、地下水污染等问题。因此,在粮食生产中如何实现作物高产、水肥高效利用是一项不断在探索的工作。本试验主要分为夏玉米小区试验和优先流染色示踪试验两部分:小区试验在山东省灌溉试验中心站开展,通过设置灌溉2个水平I1(67.5 mm)和I2(121.5 mm)、施肥5个水平N1(144 kg/hm~2)P2(90 kg/hm~2)、N2(192 kg/hm~2)P2、N3(240 kg/hm~2)P2、N2P1(63 kg/hm~2)和N2P3(112 kg/hm~2),来分析不同水肥配施对田间土壤含水率、氮磷分布、淋失特征以及夏玉米的生长指标和产量的影响,同时采用多个指标对水肥效应进行综合评价;优先流染色示踪试验在灌溉站附近大田中开展,通过设置灌溉(40mm、54 mm、60 mm)、表面活性剂(0 t/hm~2、0.9 t/hm~2、1.8 t/hm~2)与生物炭量(0 t/hm~2、20 t/hm~2、40 t/hm~2)各3个水平,分析不同方案下优先流形态特征,探究可阻控优先流程度的方法。最终,基于上述试验结果,优化一套夏玉米水肥管理和优先流阻控的方案。本文得出的主要结论有:(1)不同水肥方案对土壤含水率的影响主要表现在0~60 cm的土层,土壤含水率受灌溉量的影响要显著高于受氮磷肥施用量的影响且与灌溉量呈明显正相关。土壤中残留的氮素主要以硝态氮的形式存在,随生育期的推进而向下迁移积累;而有效磷始终分布在上层土壤中。高灌溉下氮磷元素向下迁移的更快,且氮素的迁移较磷素迁移更快;相同灌溉量下土壤中氮磷含量与氮磷淋失浓度均随施肥量的增加而增加。(2)不同方案中,高灌溉、中施肥更有利于夏玉米的生长,有利于地上干物质的积累(主要集中在后期),提高收获指数。通过分析水肥对产量构成因素的影响,得出穗粒数是影响产量的主要构成因素;在产量与水肥因素的回归分析中,发现产量在氮磷施用量上出现了“报酬递减”现象,在氮磷交互作用上存在着一个最高点(8473.58kg/hm~2),此时,灌溉量为94.5 mm、施氮量为191 kg/hm~2、施磷量为89 kg/hm~2。因此,合理的氮磷配施有利于夏玉米的增产。(3)通过计算氮磷肥偏生产力,分析得在相同施肥处理下,氮磷肥偏生产力与灌溉量呈负关系。在相同灌溉下,氮肥偏生产力与氮肥施用量呈负关系,与磷肥施用量呈先增后减的趋势;而磷肥偏生产力随氮磷肥施用量的增加均出现先增后减的变化趋势。因此,中等氮磷肥配施有利于提高氮磷肥偏生产力。(4)分析灌溉、表面活性剂与生物炭对优先流形态特征的影响,得高灌溉下,优先流会转化为基质流,优先流程度降低;相同灌溉量下,相对于空白试验,试验中施加两种水平(20 t/hm~2和40 t/hm~2)的生物炭可使优先流分数降低6%~17.5%,可较好阻控优先流;试验中施加两种水平(0.9 t/hm~2和1.8 t/hm~2)的表面活性剂对优先流程度影响不同,施用0.9 t/hm~2量的表面活性剂可使优先流分数降低6.5%~7.5%,施用量为1.8 t/hm~2时,会促进优先流程度。(5)通过主成分分析法和灰色关联度分析法,选择干物质含量、产量和氮磷肥偏生产力作为评价指标,对水肥效应进行综合评价,评价出的最优方案一致均为I2N2P2。基于研究结果,优化了一套夏玉米水肥管理与优先流阻控方案,即灌溉量为121.5 mm,施氮量为189 m~3/hm~2,施磷量为91 m~3/hm~2,施炭量为40 t/hm~2。