美国亚利桑那州气候炎热干燥，小麦种植严重依赖科罗拉多河水灌溉；肥料价格不断上涨，使小麦种植成本提高；施肥灌水过多导致多余肥料渗入深层土壤，还会带来地下水污染问题。
如何减少水和肥料用量，并使小麦产量最大化，是亚利桑那小麦种植者要考虑的最重要问题。这就需要找到一个最优灌溉量，在保证水量充足使小麦增产的同时，避免过度灌溉降低小麦中蛋白质含量。
美国旱地农业研究中心土壤科学家凯文·布朗森（Kevin Bronson）研究发现，高架喷灌系统可以帮助农民更好地控制用水量，并提高小麦产量和品质 。本研究成果于2016年3月发表在学术期刊《大田作物研究》（Field Crops Research）中。
布朗森和同事设计了5种施肥量和10种灌水量来种植硬粒小麦，两年后，比较不同条件下小麦产量和对氮肥的利用效率。硬粒小麦是意大利面主要原料，市场价格高于其它小麦。亚利桑那每年硬粒小麦种植收益1.31亿美元。硬粒小麦也是美国西南部其它几个州的重要粮食作物。
研究人员利用每日天气数据计算出基础灌水量，用可移动高架喷灌系统每周浇水2-4次，并分析植物样本含氮量，得到这些植物对氮肥的利用率，再基于小麦总产量，计算出最优灌水量和施肥量。在此基础上结合肥料成本和硬粒小麦市场价格，计算出肥料的投入产出率（经济率，Economic rate）。研究人员发现，施肥灌水越多，产量越高。但超过最优施肥量和灌水量后，小麦植株会长得过高甚至倒伏，造成减产。研究结果显示，当施氮量达到225磅/英亩时，小麦产量最大，但如果考虑肥料成本，则“经济率”是175磅/英亩。整个生长季的最优灌水量都是约20英寸，超过这个量会导致氮肥渗入土壤过深。结果显示，通过高架喷灌系统灌溉，作物中氮的利用率可达70-90%。相比之下，很多地表漫灌的作物，氮的利用率还不足50%。
亚利桑那小麦种植者已经开始逐渐放弃地表漫灌，转而采用高架喷灌系统。高架式喷灌机在用水量上更加精确，使作物能更有效地利用自身获得的氮，节约肥料。
（编译 徐倩）
