受益于第一次绿色革命,世界粮食产量特别是以小农户为特征的发展中国家粮食产量已有大幅提升,但随着人口增加和人民生活水平提高对粮食需求的增加,粮食安全依然是广泛关注的重大话题。本研究以华北平原的典型农业县为研究地点,通过连续多年的农户调研,定量了农户生产条件下小麦/玉米的产量差,明确了小农户粮食生产产量变异的主要限制因素；进一步通过多年多点的农户同田对比试验,验证了试验条件下高产高效技术在农户生产中的应用潜力,优化并建立了农户生产条件下小麦/玉米轮作高产高效技术规程；最后探索了农户生产下技术的传播途径。本研究取得的主要结果如下：1.通过对曲周县连续3年1026个农户的调研数据分析发现,农户生产条件下冬小麦平均产量为7.1 Mg ha^-1,基于试验站产量的产量差为2.7 Mg ha^-1,农户平均实现了试验站产量的72%；基于高产农户产量的产量差为1.6 Mg ha^-1,农户平均实现了高产农户产量的82%。农户生产条件下产量变异的限制因素是综合的,包括土壤属性、整地方式、品种、播期播量、灌溉条件、病虫草害管理及养分管理等。2.农户生产条件下夏玉米平均产量为8.0 Mg ha^-1,基于试验站产量的产量差为3.1 Mg ha^-1,农户平均实现了试验站夏玉米产量的72%；基于高产农户产量的产量差为2.6 Mg ha^-1,农户平均实现了高产农户产量的75%。产量变异因素的分析结果显示,小农户生产条件下夏玉米产量变异的限制因素同样是综合的,包括土壤肥力、品种、种子包衣、播期、密度、灌溉条件、病虫草害管理及养分管理等。3.通过多年多点的农民同田对比试验及农户跟踪数据,分析了冬小麦深翻技术、优化品种、优化播期、优化播量以及配方肥技术在农民地块中的增产增效潜力,揭示了以上5项技术分别有12.0%、15.7%、23.9%、15.1%和6.5%的增产潜力,12.0%、15.7%、23.9%、15.1%和38.2%的增效潜力,证明在当前小农户生产条件下冬小麦产量效率进一步提升的可行性。4.通过多年多点的农民同田对比试验,分析了夏玉米优化品种、适度增密、优化播期、适时晚收以及配方肥技术在农民地块中的增产增效潜力,研究发现,夏玉米优化品种、适度增密、优化播期、适时晚收以及配方肥技术在农户生产中分别有3.0%、20.7%、15.0%、21.0%和1.9%的增产潜力,优化品种、适度增密、优化播期、适时晚收3.0%、20.7%、15.0%、21.0%的增效潜力,配方肥技术降低氮肥偏生产率50.6%。5.通过以上分析,集成推广了包括夏玉米精量播种技术、优良品种、适度增密技术、配方肥以及中期追肥技术等的综合技术,研究发现配方肥、优良品种以及适度增密技术的到位率从对照农户的31-52%,提高到了只参加农民培训农户处理（TP）的56-65%,通过农民组织+培训的技术传播模式（OTP）,其到位率进一步提高到了78-90%,而受机械化程度的影响,夏玉米中期追肥的到位率没有提高。综合来说,农民培训可以显著的提高夏玉米产量（10%）和氮肥利用效率（22%）。组织和培训可以进一步显著提高夏玉米产量（18%）和氮肥利用效率（37%）。6.通过产量限制因子及技术运用效果的研究分析,集成了包括冬小麦优良品种、优化播期、优化播量以及配方肥等的综合技术,研究发现4项技术的到位率从对照农户的33%-77%,提高到了只参加农民培训农户处理的47%-82%,通过农民组织+培训的技术传播模式（OTP）,其到位率进一步提高到了52%-99%。综合来讲,单独的农民培训显著的提高了冬小麦产量4.4%,但其增效作用并不显著,而农民组织+培训的模式可显著提高冬小麦产量20.6%,显著提高氮肥利用效率9.4%,减少氮盈余26.6%。