“国以民为本，民以食为天”，粮食安全一直是一个全球性的热点问题。华北平原是我国的粮食主产区之一，其粮食安全对保障全国粮食供应以及中国粮食产品在国际上的市场竞争力有着举足轻重的影响。在人口急剧增长、气候变暖、水资源短缺以及经融危机等多重因素的影响下，华北平原的粮食安全问题愈发受到重视。因此，挖掘现有条件下华北平原主要作物的生产潜力，探寻主要作物的产量差并寻找缩小产量差的措施具有十分重要的科学价值和实践意义。　　 本研究以华北平原为研究对象，运用EPIC模型估算了华北平原冬小麦单作、冬小麦-夏玉米两作下潜在产量和雨养产量，结合实际产量求得研究区的产量差，进而探讨了产量差在研究区的分布和缩小措施。本论文的主要成果和结论如下:　　 (1)华北平原温度和冬季降水呈上升趋势，但日照时数、太阳辐射、年降水日数、最大连续无降水日数和夏季降水量呈下降趋势。根据华北平原42个气象站1960-2007年日值气象数据，采用Mann-Kendall和Sens方法，分析研究区气象因子的长期变化趋势。发现研究区绝大部分地区冬季的降水量呈现显著上升趋势，雨季的7-9月降水量在部分地区呈现显著下降趋势，年降水日数和最大连续无降水日数呈现显著下降趋势。多年平均的年降水量在562～1392mm之间变化，变异系数较大，在23.4～34.7％之间变化。年均温和≥0℃积温均呈显著上升趋势，年增幅分别为0.001～0.052℃和3.156～13.668℃。而研究区日照时数和太阳辐射呈现显著下降趋势，年变化范围分别是-3.163～-19.186小时和-4.091～-26.338MJ/m2。总体上看，研究区冬季降水增加，夏季降水减少，降水均匀化，有利于研究区作物的生长过程中水分的供给;温度的上升对作物生长发育有利，尤其是对需要越冬的冬小麦，可以减少冻害引起的死苗。　　 (2)对EPIC模型进行了校验，构建了华北平原EPIC模型数据库。根据禹城综合试验站的实验数据对EPIC模型的参数进行了修订，并对修订后的模型进行了验证。结果表明，模型对禹城站冬小麦和夏玉米单产的绝对模拟误差均低于2.6％，模拟效果较好，参数本地化后的EPIC模型适用于禹城站冬小麦、夏玉米产量的模拟研究。接着，本文在对42个气象站分区的基础上，结合调查和收集到的数据资料，针对不同的区域组建了EPIC模型运行需要的气象数据库、作物数据库、土壤数据库、田间管理数据库。　　 (3)EPIC模型的模拟结果显示，华北平原1961-2007年冬小麦单作下潜在产量和雨养产量分别为6.6～9.1t/ha和4.6～9.1t/ha，区域平均值分别是8.0t/ha和7.3t/ha;冬小麦-夏玉米两作下分别为19.7～22.2t/ha和13.2～21.7t/ha，区域均值是21.2t/ha和16.4t/ha。冬小麦单作下潜在产量和雨养产量均呈现由北向南逐渐增加的趋势，其中单作下潜在产量的主要影响因子是低温，其次是太阳辐射;冬小麦-夏玉米两作下潜在产量和雨养产量呈现从北向南逐渐增加的趋势。两作下潜在产量的主要影响因子是太阳辐射，其次是低温;单作和两作下雨养产量的主要影响因子都是水分。　　 (4)华北平原340个县2001-2007年冬小麦、夏玉米单产的变化幅度分别是4.87-5.67t/ha和5.05～6.05t/ha，冬小麦、夏玉米生育期内气象因子对单产时空变化的影响较弱，分别为21.4％和6％。2001-2007年冬小麦产量在全区的分布逐步均匀，位于北部和南部的低产区面积缩小显著，位于中部和东南部的高产区呈现出小幅增加的趋势;夏玉米的实际产量表现出小幅波动式增长的特点，低产区总面积缩小，部分低产区面积缩减显著，高产区面积在中部和东南部地区逐步扩大，中产区在全区都有分布，且面积变化不大。选取华北平原31个典型县，借助柯布-道格拉斯生产函数分析1997-2007年冬小麦、夏玉米单产与生育期积温、降水和太阳辐射的关系，结果表明华北平原冬小麦生育期的气象因子并非影响产量的主要因素。因此，作物单产主要受农田管理（播种收获日期、灌溉条件等）和投入（农药化肥，现代农业技术和农机具等）等因素的影响。　　 (5)华北平原1961-2007年冬小麦单作和冬小麦-夏玉米两作下潜在产量和雨养产量之间产量差的变化范围分别是0～24.5％和0～34.7％，区域平均值分别是8.8％和22.6％;2001-2007年单作和两作下潜在产量和实际产量之间产量差的变化范围分别是6.5～64.5％和20.3～72.2％，区域平均值分别为35.9％和48.2％。单作和两作下潜在产量和雨养产量之间产量差均呈现出由东南向西北逐渐增加的趋势，主要影响因素是水分条件。单作和两作下潜在产量和实际产量之间产量差的空间分布比较分散，大致呈现从南向北递减的趋势，该分布规律的影响因素有现代农业科技的投入，北部地区生育期长于南部地区以及国家政策对农业的促进等，这些因素弥补了北部地区水热条件的先天劣势。以禹城站为例，从灌溉和施肥的角度，利用EPIC模型探讨增产措施。研究结果表明3次灌溉好于2次灌溉，单次灌溉量最好在90～150mm之间变化，接近120mm最适宜;同时还发现禹城站冬小麦肥料选用750kg/ha(19:15:10)的复合肥作为基肥，450kg/ha(N=207kg/ha)的尿素作为返青后的追肥比较适宜，肥料的选择上，考虑增加N的含量，降低K的含量。