围绕持续提高旱作农业区降水保蓄率、利用率、水分利用效率和效益等重大关键技术难点,在主要类型旱作农业区开展了为期15年的联合攻关和集成应用,首次探明了旱作区农田降水转化定量关系和作物耗水结构特征,创建了以降水生产潜力开发为重点的旱作农业决策支持系统;重点突破了旱作农业“集、蓄、保、提”共性关键技术,创造性地研制出春玉米秋覆膜和秸秆还田秋施肥、冬小麦培肥聚墒丰产等“秋(夏)储冬保春用”核心技术,以及春玉米机械化集雨保墒和冬小麦高留茬少耕全程覆盖等高效轻简技术,旱作农田降水利用率最高达到74.9%;系统集成了半湿润偏旱区稳粮增效循环农林牧综合、半干旱区增粮提效防蚀林粮复合、半干旱偏旱区防蚀稳产增益农牧结合、西南季节性干旱区增产增效集雨补灌等技术体系与模式,平均降水利用率提高了11%,作物水分利用效率每亩提高了0.68 kg/mm,水土流失降低了40%以上。2009—2011年,关键技术和技术体系在旱作区的8个主要省(区、市)累计应用2.13亿亩,新增粮食99.5亿kg,新增产值200.3亿元, 经济、社会和生态效益巨大。总体达到国际先进水平,部分达到国际领先水平。该成果获得2013年度国家科技进步奖二等奖。