项目组从上世纪60年代开始，历时40余年，针对有机肥和氮肥、磷肥配比不清楚的问题，系统研究了黄土高原旱地土壤氮素行为和作物氮素营养机制，有效施磷的土壤因子和作物对磷肥的响应，确定了评价旱地土壤可矿化氮生物有效性的方法，明确了黄土高原旱地土壤可矿化氮数量和固定态铵调节土壤供氮能力的作用；确定了黄土高原土壤微生物氮数量、影响因子和生物有效性；查明了主要旱地作物地上部气态氮损失的数量、时期及部位；揭示了旱地作物对铵硝态氮偏好的阶段性、硝态氮累积机理和调控机制。建立了“覆膜-建模法”，阐明了旱地作物水氮耦合的生理机制。明确了有效施磷的土壤因子，查明了不同作物对磷肥反应差异的机理，该成果应邀在国际农业三大顶级刊物之一《AdvancesinAgronomy》发表。建立了黄土高原旱地土壤供氮指标和“因水施氮”技术，研发了新的高效混合肥料并实现产业化。成果分别达国内、国际领先水平，先后获陕西省科学技术奖五项，何梁何利科技进步奖，国家四部委国外引进智力奖等。

项目组先后培养博、硕士研究生160余名，形成了一支以黄土高原旱地养分高效利用理论与应用研究为特色、在国内外有较大影响的科研团队。发表论文482篇，其中SCI收录46篇，被他引共计8105次。2篇论文在国际土壤权威刊物《AdvancesinSoilScience》发表，3篇论文在国际三大顶级农业刊物之一《AdvancesinAgronomy》刊出。出版《中国旱地土壤植物氮素》、《中国旱地农业》和《DrylandAgricultureinChina》3部专著。

从上世纪60年代开始，项目组将旱地氮磷肥料高效利用理论与技术成果在黄土高原地区大面积应用。2002年后，累计示范推广0.41亿亩，增产粮食11.9亿公斤，新增产值23.1亿元，取得了显著的社会和生态效益。