刘元英曾对农民的施肥习惯及用量做过调查，调查发现，农民普遍施氮肥过多，并且施用时期也不合理。2001年，刘元英着手研究寒地水稻施肥技术。没有试验田，她就找到农民做工作：“借我们一块地做试验田吧，按我们说的方法施肥，减产了，我们赔钱；增产了，我们分文不取。”那年，铁力农民千在洪自愿参加了试验。
比解决经费问题更难的，是改变人们的观念。传统观念一直认为，寒地水稻生育后期不宜施肥，所以将90的氮肥都集中在前期施用。其结果是，水稻早期茎叶生长旺盛，但后期营养不足，最终导致水稻籽粒不够饱满，影响产量。刘元英减少了前期氮肥用量，在后期追施穗肥。起初，农民并不认同。每次刘教授给老千打电话时，老千都不大高兴，说稻子长得不壮。但是到了收割时节，老千却主动给刘老师打来电话报喜：“还是你这种法好，一割稻子，稻穗重得都压手腕，产量也比原来高了。”2001年至2007年，刘元英与她所带领的科研小组在全省先后设置了100多个点次的小区和大田试验，试验点涵盖了我省4个积温带的水稻主产区。试验证明，优化施肥后，水稻平均产量可提高10以上，每亩可增收100多元；氮肥利用率平均提高了18个百分点，氮肥用量可减少30左右。
此后，刘元英还发现，优化施肥后水稻的病害也会减少。2005年，五常市民乐乡水稻稻瘟病大面积发生，稻瘟病所到之处，几乎颗粒不收。但是刘元英设在那里的试验点却基本没有受到稻瘟病的影响。刘教授说，实际上我们的试验地块与发生稻瘟病的地块相隔不远，用的是完全相同的品种，土壤质量几乎一样，唯一不同的就是我们进行了优化施肥。
为了推广这项技术，刘教授将她大部分业余时间都撒在了城乡往返的路上，她说，有时几天就要跑2000公里。没有教室，小饭店的饭厅就变成了课堂；没有屏幕，借来的白床单就变成了放幻灯片的幕布，一切都是因陋就简。许许多多的农民在优化施肥后都得到了丰厚的回报，五常一位农民，用了刘元英的施肥方法后，每公顷稻田比原来增收了2500公斤水稻，并且还节省了50公斤尿素。
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