受到人口增长、经济发展、城镇化进程加快等因素的驱动,我国对粮食及能源需求正在快速增长。而耕地等资源是有限的,提高粮食作物单产已经成为保障我国粮食安全的根本途径。化肥在粮食作物生产上起着重要作用,但化肥的过量或不合理施用,会导致土壤养分失衡、养分利用效率低等问题,使得大量养分的进入环境,造成资源和能源的浪费,影响空气和水体质量,引起环境污染,危害人体健康。因此,如何实现作物大面积高产高效显得尤为重要。为此,本研究试图利用2005年开始的全国测土配方施肥项目中大量的田间试验和示范试验数据以及相关的农户调研数据,通过产量差、效率差等指标,对我国三大粮食作物优势主产区域的增产增效潜力进行定量化分析,从而探讨三大粮食作物不同区域增产增效的实现策略,以期为进一步提高粮食作物产量、化肥养分利用效率以及优化化肥区域配置提供依据。主要研究结果如下:(1)我国小麦、玉米和水稻具有较大产量差,增产潜力大,区域间存在差异。全国小麦农户平均产量与施肥区产量、高产农户产量和高产纪录之间差值分别相当于农户平均产量的5.6%、21.2%和77.7%。其中,西北区增产潜力高于长江中下游区,黄淮海区增产潜力最小。全国玉米农户平均产量与施肥区产量、高产农户产量和高产纪录之间差值分别相当于农户平均产量的12%、20.4%和117.8%。其中,西南区增产潜力高于黄淮海区和东北区。全国水稻农户平均产量与施肥区产量、高产农户产量和高产纪录之间差值分别相当于农户平均产量的7.2%、16.4%和69.3%。其中,东北水稻增产潜力最小,西南单季稻表现出较大的增产潜力。作物间比较,玉米增产潜力大于小麦和水稻。(2)与应达到潜力值和可实现潜力值相比,农户化肥养分农学效率明显偏低,表现出较大的增效潜力。距离应达到潜力值,氮肥增效潜力玉米(131.3%)>水稻(125.0%)>小麦(59.8%);磷肥增效潜力水稻(201.2%)>小麦(139.0%)>玉米(95.9%);钾肥增效潜力水稻(96.4%)>小麦(23.6%)>玉米(0%);氮、磷肥增效潜力均高于钾肥。区域间差异明显,西北区小麦、西南区玉米和单季稻表现出较大的氮肥增效潜力;西北区小麦、西南区玉米和东北水稻表现出较大的磷肥增效潜力;黄淮海区小麦、南方早稻和晚稻表现出较大的钾肥增效潜力。(3)在满足2015年我国小麦、玉米和水稻需求的同时,实现应达到农学效率潜力值,除玉米钾肥需要增加之外,氮磷钾均具有一定的减肥潜力,其中氮肥减肥幅度为137～275万吨;磷肥为0～121万吨;钾肥为0～75万吨。氮肥增效减肥潜力最大,磷肥次之,钾肥相对最小。如果分别以高产农户产量水平和应达到农学效率潜力值为高产高效目标,则小麦、玉米和水稻化肥调控策略分别为“降氮,增磷、增钾肥”、“降氮、平磷、增钾肥”和“平氮磷,增钾肥”。总之,在维持或降低现有化肥养分投入水平的同时,通过优化综合管理措施增加三大粮食作物产量是实现高产高效的有效策略。