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干旱半干旱地区是中国乃至世界范围内农业生产的重要组成部分，也是粮油和林牧产业的主要基地。该地区气候干燥，地表水资源匮乏，降水量少且变率大。近年来，随着经济的快速发展、人口的增加以及生态环境建设的推进，工业用水、生活用水和生态用水量大幅度提升，使得本来就“屈指可数”的农业用水量“所剩无几”。中国是农业大国，农业年用水量占全国用水总量的60％以上，而灌溉水利用效率仅为50％左右，每立方米水的粮食生产能力仅1.03kg，远低于其他发达国家，这意味着中国在农业用水方面具有较大的改善与提升空间。发展节水农业、降低农业用水量、提高单位水资源利用效率是今后中国农业发展的客观要求和根本途径。现阶段，常见的农业节水措施包括：采用合理的种植模式集蓄降水，提高降水资源利用率；利用渠道衬砌与管道输水等方式，大大减少输配水渗透；改善灌水方式、种植模式、种植结构和田间管理措施；开发研制新型节水材料；优化用水管理体制等。
人口的持续增长，工业化、城镇化进程的加速以及退耕还林的生态需求，使得耕地面积呈逐年下降趋势。这对中国的粮食安全提出了新的考验，提高单位耕地面积的粮食产出是解决人地矛盾的有效手段。化肥尤其是氮肥的引入对中国农业生产力的快速增长发挥了积极作用。目前，中国已成为世界上最大的氮肥生产国和消费国。中国能以占世界7％的耕地面积养活占世界20％的人口，这在很大程度上依赖于氮肥的使用。然而，目前在农业生产实践中，过量施用氮肥的现象普遍存在，尤其是在果树、设施蔬菜等经济作物生产中更为突出。过量使用氮肥不仅会降低作物产量，提高农业生产成本，而且会诱发一系列生态环境问题。因此，研究氮肥的科学施用以及通过作物的生长状况进行氮素营养诊断显得尤为迫切。
本书以提高资源利用效率、保护农田生态平衡和实现干旱半干旱地区稳产高产的可持续发展为根本出发点，采用冬小麦-夏玉米轮作的种植制度，针对降水年际变率大、年内分配不均衡的气候特点，在常规施氮条件下，采用全程微型聚水二元覆盖，最大限度地实现自然降水的高效利用和时空调节，并改善作物耕层的土壤温度、养分状况，从而为作物创造适宜的生长环境。在此基础上，当作物生长关键期发生持续干旱时，进行必要的补充灌水，以保证作物的正常生长。针对氮肥投入量大、当季利用率低的普遍现象，在常规灌水条件下，利用控释氮肥代替普通尿素，以实现节能减排、环境保护和增产高效的有机统一。研究得出了高产、高效、环保和节能的冬小麦和夏玉米集雨施氮模式，可为进一步完善集雨种植体系提供一定的理论支撑，可为干旱半干旱地区农业的高产稳产提供切实可行的技术途径，也可为控释氮肥的开发研制和推广应用提供一定的理论参考。
本书内容的研究得到了国家重点研发计划项目子课题“内陆干旱草原区高效节水灌溉技术研究与集成应用”（2016YFC0400306）、公益性行业（农业）科研专项“河西走廊玉米小麦田间节水节肥节药综合技术方案”（201503125）和“残膜污染农田综合治理技术方案”（201503105），以及甘肃农业大学公招博士科研启动基金“覆膜施氮模式调控紫花苜蓿水氮吸收利用机制研究”（GAU-KYQD-2018-08）和甘肃省高等学校创新能力提升项目“西北荒漠灌区紫花苜蓿增产优质高效的覆盖节灌模式研究”（2019A-57）的资助，在此深表感谢。
由于笔者水平有限，书中难免有错误之处，恳请广大读者批评指正。
编者
2020年3月