在黄土高原旱地,水分和养分是制约小麦生产的两个主要因素,且两者相互制约和影响。“以水定产,因产施肥”是促进旱地小麦高产、肥料高效和环境友好的根本途径。但目前旱地小麦生产中根据降水进行施肥多以经验为主,缺乏对“降水-产量-施肥”关系的定量化研究。2009-2016年,在黄土高原典型雨养农业区,以冬小麦为研究对象,通过多年多点的农户调研和田间试验相结合,分析了农户小麦的施肥现状及其对土壤供肥的影响,研究了降水与小麦产量形成、养分需求的关系,建立了基于产量的农户施肥评价方法,明确了农户施肥存在的问题,查明了降水与小麦产量形成和养分需求的关系,提出了基于降水的旱地小麦施肥定量技术,评价了旱地减肥增产的潜力和经济与生态环境效应。主要研究结果如下:（1）基于产量差别对农户施肥的分析发现,旱地小麦施肥的重点问题是低产和产量偏低的农户施氮过量;磷肥用量普遍过量,均需减磷;钾肥用量普遍不足,应首先改变农户不施钾肥的习惯。连续7年8县1561个农户调研发现,农户小麦产量介于750-9000 kg/ha,平均4217 kg/ha,属低产（<2640 kg/ha）、偏低（2640-3780）、中产（3780-4920）、偏高（4920-6060）和高产（>6060）的农户分别占20.7%、24.1%、20.5%、21.9%和12.8%。农户氮肥用量介于33-454 kg N/ha,平均188 kg N/ha;磷肥介于0-435 kg P₂O₅/ha,平均125 kg P₂O₅/ha;钾肥介于0-201 kg K₂O/ha,平均19 kg K₂O/ha。从低产到高产,施氮过量的农户比例逐渐降低,由97.8%降低到18.0%;施磷过量的农户比例也逐渐降低,但降低幅度小,由99.1%降低到69.0%;各产量水平均至少有61%的农户施钾不足。（2）农户过量施氮显著提高了0-100 cm土壤的硝态氮残留,但施磷过量并未显著提高土壤速效磷,施钾不足显著降低了0-20 cm土壤速效钾。基于2年180个农户调查结合田间取样,由施肥量和小麦养分吸收量的平衡关系分析表明,过量施氮农户的表观氮素盈余91 kg N/ha,0-100 cm土壤的硝态氮累积显著增加51 kg N/ha,增加了33%;过量施磷农户的表观磷素盈余91 kg P₂O₅/ha,土壤速效磷含量没有显著增加;农户施钾普遍不足,钾素表观亏缺25 kg K₂O/ha,表层0-20 cm土壤速效钾含量显著降低了30%。（3）明确了不同季节降水和小麦产量、养分吸收量的关系,提出并验证了基于“已知降水”的旱地小麦施肥定量方法,可有效降低农户氮和磷肥用量,合理提高农户钾肥用量。连续4年52个点的田间试验的发现,夏闲期降水、夏闲期+拔节前降水（mm）和小麦产量（kg/ha）呈显著的二次函数关系（Y₁=-0.0200 X₁²+25.89 X₁-2367,r²=0.59;Y₂=-0.0148 X₂²+23.38 X₂-3179,r²=0.69）。小麦氮、磷和钾吸收量和产量呈显著的线性相关关系。小麦的基肥用量由夏闲期降水与小麦产量、养分需求量确定,春季是否追肥取决于夏闲期+拔节前降水对产量的影响。（4）基于产量对降水的响应,明确了旱地小麦不同产量水平的合理施肥的区间,确定了应减肥农户的数量和减肥潜力,以及减肥的增效、增收及环境效应。与推荐施氮相比发现,仅有38%的农户施氮量在基于产量推荐的合理施氮量范围内,施氮过量的农户占到56%,施氮不足的仅占7%左右,合理减氮可节省氮肥80 kg N/ha,节氮增收374元/ha,氮肥偏生产力由17 kg/kg可提高到32 kg/kg,且可将收获期1米土壤硝态氮累积由202 kg N/ha降低到96 kg N/ha,氧化亚氮排放量由1.2 kg N/ha降低到0.7 kg N/ha,氨挥发量由35 kg N/ha降低到19 kg N/ha。综上所述,本研究以“以水定产、因产定需、量需施肥、水肥高效”为目标,采用基于产量的施肥评价方法,明确了旱地小麦生产中重点问题是低产和产量偏低的农户施氮过量;磷肥用量普遍过量,均需减磷;钾肥用量普遍不足,应首先改变农户不施钾肥的习惯。农户过量施氮显著提高了土壤的硝态氮残留,施钾不足显著降低了土壤速效钾。明确了旱地降水和小麦产量、养分吸收量的关系,提出并验证了基于“已知降水”的旱地小麦施肥定量方法,有效降低了农户氮和磷肥用量,合理提高了农户钾肥用量。明确了旱地不同产量水平小麦的合理施肥区间,确定了应减肥农户的数量和减肥潜力,减肥的增效、增收及环境效应。这些方法和结论对小麦水肥管理的理论研究和优化有重要意义。