研究区域农作物化肥施用的碳排放趋势演进规律与减排潜力对于合理制定农业碳减排政策具有重要意义。基于"全国农产品成本收益资料汇编"、"中国统计年鉴"和农业部"小麦、玉米、水稻三大粮食作物区域大配方与施肥建议"中各地区的三大粮食作物产量、化肥投入类型及其数量等数据,采用碳排放系数法,测算并分析2005-2013年中国三大粮食作物化肥施用碳排放时空演变与碳减排潜力。结果表明:1江苏、安徽、宁夏、甘肃和山西的玉米,湖北、陕西和宁夏的小麦,辽宁、山东、江苏、浙江、陕西和湖南的水稻,其化肥施用的单位产品碳排放量下降明显;2黑龙江、吉林和新疆的玉米,云南和河南的小麦,吉林、广西和云南的水稻,其化肥施用的单位产品碳排放量不降反升;3与测土配方施肥情形相比,在2013年,江苏、陕西、湖北、贵州、广西和云南的玉米,山西、内蒙古、陕西、甘肃、宁夏、新疆、河北、四川、云南和江苏的小麦,湖南、江苏、海南、安徽、云南、广东和广西的水稻,其化肥施用的单位产品碳排放量偏高;4全国玉米化肥施用碳减排潜力约574万t CE,集中在黑龙江、辽宁、吉林、山东、内蒙古、陕西、云南、贵州和广西;5全国小麦化肥施用碳减排潜力约475万t CE,集中在河北、江苏、山东和河南;6全国水稻化肥施用碳减排潜力约206万t CE,集中在湖南、广东、广西、江苏和江西。最后,结合实地调查,本文提出应在粮食作物化肥施用碳减排潜力大的区域,通过政策激励和市场化运作,提高测土配方施肥技术推广的效应。