文章运用SBM-undesirable模型,分析2003—2015年我国13个粮食主产区的农业生态环境效率的时空演变特征,进行效率分解,剖析效率变化的原因,进而提出效率改进的路径。研究表明:(1)粮食主产区农业生态环境效率在时间上总体呈波动上升趋势,在空间上存在明显的空间异质性和演变性,农业污染对农业生态环境效率存在负向影响,DEA有效区域由西北、西南转向东北和华北地区;(2)效率分解显示,2003—2011年农业生态环境效率变化主要是规模效率作用的结果,2012—2015年农业生态环境效率变化是纯技术效率和规模效率双重作用的结果 ;(3)农业生态环境效率损失主要来自于过多的资源要素投入和环境污染物排放,非DEA有效的粮食主产区效率改善路径存在差异。优化资源要素配置、减少环境负效应是改善农业生态环境效率和实现农业可持续发展的有效措施。