粮食持续稳产、增产问题一直是21世纪人类面临的最严峻的问题之一,对于人口数量占世界人口22%的中国来说更加是一个亟待解决的问题。黑龙江是中国主要的粮食生产基地,提高黑龙江省的粮食产量对于解决我国粮食安全问题意义重大。然而,黑龙江省位于我国半干旱半湿润地区,作物在生育期内降雨不均匀,易出现干旱缺水的状况,低产田较多。同时,不合理的施肥与作物生育期内水分不足也是制约当地农业发展的重要因素。因此,采用高效的灌溉方式,寻求合理的水肥配施方案是解决黑龙江省粮食问题的重要举措。本文以玉米为研究对象,选用D-416饱和最优设计,将氮肥、磷肥、钾肥与灌水量作为试验因素,开展喷灌条件下玉米的水肥耦合效应的研究。运用对比分析、方差分析、回归分析等方法,对不同水肥处理的玉米株高、茎粗、叶面积、光合速率、产量、土壤水分与水分利用效率进行初步分析,并利用多目标优化遗传算法寻求最优的玉米水肥配比。得到如下的研究结果:（1）灌水与施肥对玉米光合速率的影响程度依次为:灌水量、氮肥、钾肥、磷肥。光合速率随四个因素编码值的增加均呈现先增大后减小的趋势。水氮、磷钾、水钾存在显著的耦合效应,其他因素的耦合效应不显著。其中,水氮和磷钾效应为负效应,水钾效应为正效应。（2）利用回归分析,得出四因素对玉米产量的影响大小为:氮肥、磷肥、灌水量和钾肥,均对产量的增加有促进作用,且氮肥对产量的影响明显高于其他因素。耦合效应方面,氮钾和磷钾效应为正效应,氮磷、氮水、磷水和钾水效应为负效应。（3）灌水与施肥对玉米水分利用效率的影响程度依次为:氮肥、磷肥、钾肥、灌水量,均对水分利用效率的提高有促进作用。氮钾与磷钾效应为正效应,氮磷、氮水、磷水与钾水效应为负效应。（4）构建了玉米光合速率、产量、水分利用效率的多目标优化模型,采用多目标遗传算法对该模型进行求解,得到最佳水肥配比为:氮肥施用量270.00 kg N·hm^-2、磷肥施用量60.08kg P₂O₅·hm^-2、钾肥施用量60.02 kg K₂O·hm^-2、总灌水量700.00 m³/hm²,该配比下得到的玉米最佳光合速率为20.80μmol/（m²·s）,产量为17421.04 kg/hm²,水分利用效率为3.72 kg/m³。（5）对依据多目标遗传算法得出的最佳水肥组合进行了经济效益分析,结果表明在该组合下每公顷玉米纯利润为8392元/hm²。相比当地传统栽培模式产量提高74.2%,经济效益提高61.5%。本文通过回归分析对玉米光合速率、产量与水分利用效率进行综合研究,对农业生产中合理地调控玉米水肥配施方案具有一定的参考价值。通过多目标遗传算法得出的玉米最优水肥配比,对提高黑龙江省西部地区低产田玉米产量和水肥利用效率具有指导作用,同时也验证了喷灌在黑龙江西部地区进行推广应用的合理性。