目前作物实际产量与潜在产量之间存在较大的差距，不同地区或者同一地区不同田块间作物产量差异显著，这种现象在世界范围内的农业生产中广泛存在。缩小这个差距对于提高粮食产量，满足日益增加的粮食需求具有重要意义，特别是针对我国人多地少，水资源短缺的情况，其意义更为重要。本文利用多年农户调查数据，采用回归树方法，充分考虑因子间交互作用，对农户经营田块尺度上冬小麦主要产量限制因子进行分析，围绕土壤肥力和养分平衡的时空变化指标，利用土壤采样数据、农户调查数据和遥感数据，结合DNDC模型，分析评价土壤养分空间变化的驱动机制以及农户管理措施对土壤有机质的影响。同时，利用Savitzky-Golay滤波重构时间序列的MODIS-NDVI和MODIS-EVI数据，用重构后的数据提取冬小麦种植空间分布信息，并对其产量进行估测，结合已建立的基础空间数据库和作物区域试验产量数据，在区域尺度上分析冬小麦生产现状，明确现有生产条件下冬小麦可供挖掘的潜力，并根据研究结果有针对性地提出改进措施。全文主要结论包括以下： 1)利用1996、1999和2004年三年农户调查数据，采用比较优势和回归树方法对比分析了华北平原典型农区．曲周的冬小麦产量差及影响因素。分析结果表明，冬小麦主要产量限制因子在年际间变化较大。对比几个模型可以发现，除土壤和气候因子外，管理措施的不同也是造成产量差异的重要因素，也说明通过优化管理措施可以显著提高产量，缩小农户间的产量差异。我们在调整管理措施时需要充分考虑气候因素的影响。回归树模型使用相同数量自变量的解释能力要明显好于线性回归模型，或者可以使用更少数量的自变量解释相同的产量差异，是研究区域作物产量主要限制因子的有效方法。 2)1980-1999共20年来，随着集约化农业的发展，肥料投入快速增加，不论盐碱地区域还是整个曲周地区，土壤肥力都有了较大地提高。1980年土壤中N、P、K均处于负平衡状态，1999年N平衡和P平衡转变为正值，但是K肥施用一直没有引起足够重视，仍处于负平衡状态。随着作物产量的增加，作物秸秆量也在增加，这在一定程度上促进了畜牧业的发展，从而大大增加了有机肥量，进而增加土壤有机质含量。单独的养分平衡不能作为表征土壤生产力和农业可持续性的指标，虽然它们可以有效地解释土壤肥力变化趋势。不同地区间及相同地区不同种植制度间肥料投入相差较大，需要实施针对特定地区和作物的精确养分管理。 3)DNDC模型模拟的20年有机碳空间变化结果表明，在曲周这样的集约化农区，减少1/3氮肥投入量同时增加秸秆还田率可以有效增加土壤有机碳含量，特别是将单季棉花替换为冬小麦/夏玉米轮作时，土壤有机碳含量可以显著增加。曲周中部、东部和两部地区土壤有机碳具有较大的增加空间。将来通过优化农作管理措施可以极大的增加土壤碳含量。 4)Savitzky-Golav滤波可以有效去除时间序列MODIS-NDVI和MODIS-EVI数据集中云或其他噪音的影响，重构后的MODIS-NDVI和MODIS-EVI数据可以更好地反映地表植被的动态变化特征。利用MODIS-NDVI数据获取的河北省2004年冬小麦的种植面积数据与统计数据相比，各市分类结果中最低分类精度为85-9％，按全省计算的整体精度为95.7％。利用MODIS-EVI数据提取了全国冬小麦的空间分布，与统计年鉴中的各省作物统计数据相比，云南省的分类精度最低为85.7％，总体分类精度为98.7％。 5)模拟结果显示冬小麦在保定中部、石家庄中部、邢台中部、邯郸东部南北条带上各水平的产量和水分生产率都较高，而在邢台地区东部、衡水、沧州、秦皇岛等地由于不能灌溉，小麦生育期内降雨量无法满足小麦生长所需，产量和水分生产率均较低。灌溉可以提高小麦产量和水分生产率，但由于水分生产率定义标准不统一，在引用他人结果时，需要明确水分生产率的计算条件和内涵。在应用推广时，需要考虑水分生产率的尺度效应。 6)小麦实际产量与目前生产水平下的可获取产量还存在一定的差距，大部分地区集中在250-1500kg ha<-1>。不同地区由于资源和生产状况不同，限制产量发挥的因子也不同。在河北沧州、衡水和山东西部部分地区、山西汾渭谷地等地小麦关键生育期降水少，干旱是这些区小麦生产的主要限制因子；河北京汉铁路两侧、山东中北部、河南西北部和陕西关中平原地区水肥资源利用效率低，浪费严重是小麦生产中的主要问题，提高水肥资源利用效率就显得尤为重要。