水稻和玉米作为我国重要的粮食和饲料作物,其产量高低对于我国的粮食安全具有重要意义。为了提高我国东北地区的水稻和玉米产量,本研究自2010年以来在东北地区开展水稻和玉米田间试验,试验采用“3414”方案设计,采取完全随机区组试验设计,3次重复,小区面积为30 m²,共14个处理。玉米和水稻“3414”试验的“2”水平氮肥施用尿素（含N,46%）:N,210 kg/hm²²70 kg/hm²;磷肥施用过磷酸钙（含P₂O₅,16%）:P₂O₅,60 kg/hm²⁹0 kg/hm²;钾肥施用硫酸钾（含K₂O,50%）:K₂O,90 kg/hm²¹20 kg/hm²。本文以“3414”试验数据为基础,研究其不同土壤类型及同一土壤类型不同肥力水平下,不同推荐施肥模型的差异性,并在常用二次项拟合模型的基础上研究东北地区玉米和水稻的氮肥利用率变异机制建立变异机制模型,找出影响氮肥利用率变异的主要因素,然后再用这几个主要影响因素来对玉米和水稻的生产力进行模拟,并建立产量预测模型,为提高我东北地区玉米和水稻肥料利用率和产量提供理论依据。得到主要研究结果如下:（1）东北地区玉米推荐施肥模型研究结果表明:在进行施肥模型的选用中,必须要综合考虑到方程拟合的拟合度、推荐施肥量和目标产量;四种肥料效应函数模型在不同土壤类型和肥力水平下拟合效果不同,应该根据不同的土壤条件选取拟合效果最好的肥料效应函数模型;综合考虑肥料效应函数的拟合度、推荐施肥量和目标产量后,在低肥力暗棕壤土、黑钙土、风沙土、黑土和新积土上,拟合效果为:线性加平台模型>球模型>二次项模型>指数模型,选用线性加平台模型较球模型、二次项模型和指数模型分别节省60-93、73-95和84-114 kg/hm²氮肥,在低肥力白浆土和草甸土上,拟合效果为:线性加平台模型>球模型>指数模型>二次项模型,选用线性加平台模型较球模型、二次项模型和指数模型分别节省68-73、84-87和89-91 kg/hm²氮肥;在中等肥力暗棕壤土、黑钙土、黑土和风沙土上,拟合效果为:线性加平台模型>球模型>二次项模型>指数模型,选用线性加平台模型较球模型、二次项模型和指数模型分别节省72-93、75-103和89-113 kg/hm²氮肥,在中等肥力白浆土、草甸土和新积土上,拟合效果为:线性加平台模型>球模型>指数模型>二次项模型选用线性加平台模型较球模型、二次项模型和指数模型分别节省78-100、97-103和85-126 kg/hm²氮肥;在高等肥力白浆土和黑土上,拟合效果为:线性加平台模型>二次项模型>球模型>指数模型,选用线性加平台模型较球模型、二次项模型和指数模型分别节省105-118、121-134和165-168 kg/hm²氮肥,在高等肥力黑钙土上,拟合效果为:线性加平台模型>球模型>二次项模型>指数模型,选用线性加平台模型较球模型、二次项模型和指数模型分别节省154、154和155 kg/hm²氮肥。（2）东北地区水稻、玉米肥料利用率变异机制研究结果表明土壤、作物和肥料是我国东北地区水稻、玉米氮肥农学利用效率变异的三个主要因素,采用三元二次函数进行拟合,其拟合度R²达到了0.986和0.974,并且用此模型对玉米、水稻的氮肥农学利用效率进行预测,预测值与实测值之间的线性拟合红色直线与图中的Y=X这条黑色的虚线重合,表明实测值与模型预测值基本相等,表明用这三个主要因素建立的模型能够准确的预测氮肥的农学利用效率;CNSD（作物氮饥饿程度）和NRSC（氮肥相对供给能力）是我国东北地区玉米、水稻氮肥农学利用效率变异的两条途径,CNSD能够很好的将作物与土壤联系在一起,而NRSC能够很好的将肥料与土壤联系在一起,这两条变异途径为东北地区玉米、水稻氮肥农学效率的提高提供了一个理论基础。（3）东北地区水稻、玉米产量模拟研究表明:利用CNSD和NRSC来建立东北地区玉米、水稻产量预测模型,拟合度分别为0.968和0.925,并且通过模型对东北地区玉米、水稻产量进行预测,对预测产量与实测产量进行线性拟合,研究结果发现,拟合红直线与Y=X这条直线重合,表明建立的模型实际意义,能够对东北地区玉米、水稻产量进行很好的预测。