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水肥一体化的理论基础简单地归结为一句话：作物生长离不开水肥，水肥对于作物生长同等重要，根系是吸收水肥的主要器官，肥料必须溶于水才能被根系吸收，施肥也能提高水分利用率，水或肥亏缺均对作物生长不利；将灌溉与施肥两个对立的过程同时进行，并融合为一体，实现了水肥同步、水肥高效。
俗话说“有收无收在于水，收多收少在于肥”。水分和养分是作物生长发育过程中的两个重要因子，也是当前可供调控的两大技术因子。根系是作物吸收养分和水分的主要器官，也是养分和水分在植物体内运输的重要部位；作物根系对水分和养分的吸收虽然是两个相对独立的过程，但水分和养分对于作物生长的作用却是相互制约的，无论是水分亏缺还是养分亏缺，对作物生长都有不利影响。这种水分和养分对作物生长相互制约和耦合的现象，特别是在农田生态系统中，水分和肥料两个体系融为一体，或水分与肥料中的氮、磷、钾等因子之间相互作用而对作物的生长发育产生的现象或结果（包括协同效应、叠加效应和拮抗效应），被称为水肥耦合效应。
