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氮、磷等养分是作物和畜禽生长必需的营养元素，其在“土壤-作物-畜牧业”生产体系的流动不仅决定着农牧系统的生产力，也影响着环境质量。海河流域是中国重要的粮食生产基地之一，也是京、津等大中城市重要的“菜篮子”和畜禽产品生产基地。近年来，随着集约化农牧业的发展，农牧分离导致的过量化肥投入和过低的畜禽粪尿还田率，已经成为海河流域农牧系统养分利用效率低和向环境排放的主要影响因素。 农户/场作为流域农业生产的主体，是农牧系统养分管理的最终决策者;区域/流域尺度农牧系统养分管理是众多个体农户管理行为的涌现，农户/场是养分管理和环境减排的最基本单元。因此，阐明农户/场到区域或流域农牧系统的养分流动规律及其向环境的排放特征，以此为依据分析影响因素，提出流域养分管理策略已经成为农牧系统可持续发展和环境改善的重要科学命题。本研究的主要结果和结论如下: (1)本文利用农户调研数据、文献数据和统计资料，采用“Bottom-up”的方法，从农户、区域和流域尺度，构建了多尺度农牧系统（“土壤-作物-畜牧-粪尿”）养分流动与循环模型。该模型面向“全农场”养分流动分析，从“土壤-作物-畜牧-粪尿”的系统视角对氮磷流动规律、利用效率及环境排放进行定量分析;基于“Bottom-up”的方法，该模型还可定量区域/流域尺度上氮磷流动特征、利用效率、以及氨挥发、淋溶、径流和侵蚀等环境损失，并且能够根据不同的养分管理措施进行情景分析，提出流域养分管理优化策略。 (2)以海河流域为例，分析了典型农户/场农牧系统的氮、磷流动特征。海河流域种养结合农场的养分利用效率比作物种植户和集约化养殖场高。种养结合奶牛场作物种植环节的氮、磷利用效率最高(NUEc:67％，PUEc:68％)，相应的氮、磷盈余最低（149kg N ha-1yr-1，6kgP ha-1yr-1）;种养结合猪场养殖环节的氮(NUEa)、磷利用效率(PUEa)分别比集约化猪场高5％和9％;同时种养结合猪场和鸡场的氮、磷环境损失分别较集约化养殖场低20-42％和69-78％。 (3)揭示了2012年海河流域农牧系统氨挥发特征和未来的减排潜力。2012年海河流域农牧系统氨排放量为1179Gg NH3，农田和畜禽养殖子系统对总氨排放的贡献大约各占一半。农牧系统氨挥发排放空间异质性强，全流域54％的氨挥发来自占流域总面积17％的六个热点区域，分别为北京-天津、唐山-秦皇岛、石家庄-保定、德州、邯郸-聊城和新乡。这些热点区域的平均氨排放密度达7-12t NH3km-2。若不加以控制（基准情景），与2012年相比2030年海河流域农牧系统氨排放将增加33％，畜禽养殖体系氨挥发将占总排放量的60％左右。优化农田、畜牧和有机肥养分综合管理技术是最有效的措施，可使2030年氨排放数量比2030年基线情景和2012年分别减少45％和26％，且有助于减少区域PM25产生数量。 (4)阐明了2012年海河流域农牧系统的氮、磷水体排放特征和未来的优化潜力。2012年海河流域农牧系统氮水体排放总量为1079Gg N，大约54％来自农田子系统，其中农田土壤淋溶占总氮水体排放量的45％;磷水体排放总量为202Gg P，96％来自畜禽粪尿，其中畜禽粪尿直接水体排放占总磷排放的80％。平原区的氮、磷损失量分别占流域总流失量的76％和79％，其中徒骇马颊河子流域排放量最大，滦河平原及冀东沿海诸河的单位面积排放强度最高(10tN km-2yr-1和2tP km-2yr-1)。若不加以控制（基准情景），与2012年相比2030年海河流域农牧系统的氮、磷水体排放量将分别增加33％和58％。优化农田、畜牧和有机肥养分综合管理技术可使2030年的氮、磷水体排放量分别减少45％和78％（与2012年相比），其中禁止畜禽粪尿直接水体排放是有效的减排措施。 (5)分析了海河流域农牧系统氮、磷环境排放的影响因素和减排策略。流域不同区域农牧系统氮、磷环境排放的影响因素不同，山区农牧系统氮、磷环境排放的空间差异同时受自然和人为因素共同影响，而平原区主要受人为因素影响。