Cerrar la brecha de rendimiento en los sistemas de agricultura de pequeños agricultores requiere una identificación precisa de los factores limitantes clave. Este estudio aborda esta necesidad aplicando el análisis de línea de frontera (BLA) para diagnosticar las principales limitaciones del suelo en el rendimiento de trigo de invierno (L.) en 95 pequeñas explotaciones agrícolas en la Meseta de Loess en China. El enfoque BLA delimita eficazmente los rangos óptimos de nutrientes en medio de la variabilidad inherente del campo, ofreciendo una ventaja metodológica novedosa para paisajes agrícolas heterogéneos. Los resultados mostraron que, en cuanto a variabilidad, los coeficientes de variación para el número de espigas productivas y el rendimiento de grano fueron considerablemente mayores que los de granos por espiga y peso de mil granos. El fósforo disponible en el suelo mostró el coeficiente de variación más alto (67.1%), de 1.8 a 2.2 veces mayor que el de la materia orgánica del suelo, nitrógeno hidrolizado en álcali y potasio disponible. Los modelos de línea de frontera identificaron relaciones parabólicas significativas (< 0.05), definiendo rangos óptimos de 18.5-21.7 g kg para la materia orgánica del suelo, 10.4-49.0 mg kg para el nitrógeno hidrolizado en álcali, 40.5-61.6 mg kg para el fósforo disponible y 218.3-284.1 mg kg para el potasio disponible. Crucialmente, mantener la materia orgánica del suelo y el fósforo disponible dentro de sus respectivos rangos óptimos fue fundamental para maximizar el rendimiento. Estos hallazgos proporcionan una base científica para la gestión de nutrientes específica del sitio y ofrecen implicaciones directas para diseñar servicios de extensión agrícola dirigidos y políticas de fertilización para mejorar la productividad en sistemas de pequeños agricultores.