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水肥一體化的理論基礎簡單地歸結為一句話：作物生長離不開水肥，水肥對于作物生長同等重要，根系是吸收水肥的主要器官，肥料必須溶于水才能被根系吸收，施肥也能提高水分利用率，水或肥虧缺均對作物生長不利；將灌溉與施肥兩個對立的過程同時進行，并融合為一體，實現了水肥同步、水肥高效。
俗話說“有收無收在于水，收多收少在于肥”。水分和養分是作物生長發育過程中的兩個重要因子，也是當前可供調控的兩大技術因子。根系是作物吸收養分和水分的主要器官，也是養分和水分在植物體內運輸的重要部位；作物根系對水分和養分的吸收雖然是兩個相對獨立的過程，但水分和養分對于作物生長的作用卻是相互制約的，無論是水分虧缺還是養分虧缺，對作物生長都有不利影響。這種水分和養分對作物生長相互制約和耦合的現象，特別是在農田生態系統中，水分和肥料兩個體系融為一體，或水分與肥料中的氮、磷、鉀等因子之間相互作用而對作物的生長發育產生的現象或結果（包括協同效應、疊加效應和拮抗效應），被稱為水肥耦合效應。
