張美勇主要從事核桃資源育種栽培研究工作。主持完成多項省科技攻關項目和省良種產業化項目。參加主持國家果樹種質核桃圃建設項目和“十一五”國家科技支撐課題，選育出岱豐、岱香等核桃新品種20余個，其中10個通過省級審定，2個獲國家新品種保護權，收集核桃種質170余份，初選出抗病抗瘠薄優系優株20個，核桃砧木優系10個，開展不同核桃砧木對良種影響的研究及抗性核桃新品種選育研究。
　　獲山東省科技進步二等獎1項，三等獎4項。創新性研究出“核桃凹芽接技術”、“核桃改進綠枝接技術”、“核桃大樹綜合改接技術”等項嫁接技術，是打破核桃嫁接技術瓶頸的關鍵技術人物，制定了不同地區的核桃栽培管理規程，利用這一系列科研創新和栽培技術在省內建立了10萬余畝的核桃生產基地，在省內、外推廣核桃新品種、新技術50余萬畝，取得了顯著的經濟、社會和生態效益，得到了國內同行的普遍認可，成為多地農民脫貧致富的指路人。多次被評為山東省果樹研究所先進工作者和優秀共產黨員。
　　在《園藝學報》、《中國果樹》、《中國農學通報》、《果樹學報》等核心期刊發表專業學術論文50余篇，編著專業著作10余本。