在粮食作物生产过程中往往存在肥料施用不合理的现象,进而引起了化肥增产效益和养分利用率的下降,以及对环境、生态和经济效益的负面影响。因此本文以黄河故道地区小麦-玉米轮作体系与长江流域小麦-甘薯轮作体系为研究对象,探究作物产量、氮磷养分利用、氮磷径流损失规律。主要开展以下四方面实验研究:（1）周年氮磷优化运筹对小麦-玉米轮作下农田氮磷径流损失的影响;（2）新型肥料高效施用对小麦-玉米轮作下农田氮磷径流损失的影响;（3）不同施肥措施对小麦-甘薯轮作农田氮磷径流和淋溶损失的影响;（4）秸秆还田接种土壤动物（蚯蚓）对小麦-玉米轮作下农田氮磷径流损失的影响。主要研究结果如下:（1）周年氮磷优化运筹在全年减施150 kg N·hm-2和60 kg P·hm-2的情况下,小麦和玉米的产量都未减少,与农民习惯施肥下的作物产量基本持平。与农民习惯施肥相比,周年氮磷优化运筹处理显著提高了小麦和玉米的地上部氮的吸收量,但显著降低了土壤碱解氮、全氮、径流的硝态氮及总磷的含量。（2）施用包膜缓控释氮肥（PCU）和包膜缓控释氮肥掺混速效氮肥（BBF）较农民习惯施肥提高了氮素利用率和磷素利用效率。同时,包膜氮肥（PCU）显著降低了地表径流中硝态氮流失量,而包膜缓控氮肥掺混速效氮肥（BBF）对地表径流氮磷流失量均无显著影响。（3）在小麦-甘薯旱旱轮作农田生态系统中,减氮处理未影响小麦和甘薯产量以及肥料利用率,但显著降低全年地表径流中硝态氮、铵态氮以及总氮流失量;秸秆还田显著提高了甘薯产量5.91%,对小麦产量及全年地下淋溶氮磷损失量均无显著影响。（4）与农民习惯施肥相比,秸秆还田接种蚯蚓在一定程度上提高了小麦和玉米的产量。与此同时,秸秆还田并接种蚯蚓显著降低了径流中铵态氮、硝态氮、全氮流失量,分别为29.0%,44.6%和41.3%,但在一定程度上存在提高径流中总磷含量流失的风险。通过本研究表明:周年氮磷优化运筹、秸秆还田并接种蚯蚓及减氮施肥等方式可有效降低农田地表径流中氮或磷的损失,该研究为科学施肥措施和决策提供了基础数据和理论依据。