基于2002—2015年全国农产品成本收益数据,采用C-D生产函数从经济学角度测算水稻、小麦和玉米3种主要粮食作物的过量施肥程度,并探索过量施肥程度的时空差异特征。研究结果表明:(1)中国粮食作物的过量施肥程度较高,水稻、小麦和玉米的过量施肥程度分别为43.48%、34.58%和32.76%,三者平均过量施肥程度达到36.94%。(2)从时序变化来看,三种粮食作物过量施肥程度的变动态势均经历了先持续下降(2002—2004年)再波动上升(2005—2015年)两个阶段。(3)从空间差异来看,粮食作物过量施肥程度由高到低的区域排序依次为:华南地区>长江中下游地区>黄淮海地区>北部高原地区>西南地区>西北地区>东北地区。(4)三类粮食作物化肥减量潜力较大的省份分别为:水稻集中在海南、广东、广西、河北、山东和江苏,可减少化肥使用总量为137.48万t;小麦集中在山西、安徽、山东、宁夏、陕西、内蒙古、河北和江苏,可减少化肥使用总量为208.78万t;玉米集中在吉林、广西、湖北和云南,可减少化肥使用总量为102.75万t。