从“六五”开始参与国家重大科技攻关项目“黄淮海平原中低产地区综合治理与农业发展”研究，针对当时生产中“重夏轻秋”、粮食产量低而不稳的问题，运用系统工程原理优化周年作物与光温水肥资源配置，提出“冬小麦晚播、夏玉米晚收”的“双晚”栽培模式和双高产途径，创立“冬小麦、夏玉米两茬平播亩产吨粮技术”，在华北首创“吨粮田”，并在全国组织开展了“吨粮田”建设行动，为我国粮食总产迈上5亿吨台阶做出了重大贡献。该项技术获国家科技进步二等奖（1991）。随着“吨粮田”不断扩展，在华北地区高产与水资源不足的矛盾日益突出，水肥高投入带来的环境风险日益严重，针对这一制约性问题，率先开展了节水节肥、高产高效技术研究。“八五”到“九五”，以小麦节水为重点，研究提出发挥土壤水库功能，充分利用土壤水，“伏雨春用”，减少灌溉用水；研发关键补偿措施，补偿水分亏缺对产量的不利影响，创立了“冬小麦节水高产技术”，使高产小麦每亩节省灌溉水100方，使常规“吨粮田”转变为“节水吨粮田”。该项技术获国家科技进步三等奖（1999年）和河北省省长特别奖（2000）。“十五”到“十一五”，进一步研究创立了“冬小麦节水、省肥、高产、简化栽培技术”，并创建“节水省肥吨粮田”，协同提高了产量和水肥利用效率，成为全国主推技术大面积推广应用（获中华农业科技一等奖，2011），为促进我国粮食生产向绿色高产高效方向发展做出重要贡献。