白马关河流域是密云水库上游重要的水源地。然而,目前该流域水质较差,总氮含量常年高于地表Ⅱ类标准,水体存在富营养化风险,影响密云水库水质安全。因此,对流域的氮磷非点源污染物输入来源、负荷特征和污染物削减最优措施的研究尤为重要。本研究以白马关河流域为研究对象,利用人类活动净氮净磷模型NANI和NAPI估算流域氮磷输入,基于AnnAGNPS非点源污染模型模拟总氮总磷的迁移流失过程,基于氮磷输入和输出强度识别关键风险区,并采用AnnAGNPS模型筛选和评价流域氮磷削减的最优措施。主要结论如下:(1)白马关河流域的总氮主要来源于食品/饲料净氮输入量和大气氮沉降,氮输入的高强度区域为前火石岭、白马关和南台子;主要影响因素是氮肥施用强度、作物产量和人口密度。总磷主要来源于食品/饲料,磷输入量较高的区域为下营和白马关;主要的影响因素包括作物产量、畜禽养殖密度和人口密度。(2)AnnAGNPS模型在白马关河流域的适用性较好,能用于研究区非点源污染的评估。其中,白马关河流域年径流拟合结果最好,率定期和验证期的Ens和R2均大于0.72;月径流率定期和验证期的Ens和R2大于0.5,能满足模型模拟要求;总氮总磷模拟值与实测值的相关系数R2分别在0.4和0.2以上,模拟结果存在较大的不确定性。(3)流域总氮总磷输出负荷时间上呈随降雨量增加而增加的趋势,空间上呈上游向下游降低的趋势。耕地对非点源污染物的贡献率最高,对总氮和总磷的贡献率分别为71.46%和91.55%。基于氮磷输入和输出的强度,确定前火石岭、司营子、白马关和黄梁根等村为白马关河流域非点源污染的关键风险区。(4)采用情景分析法,模拟评价了关键风险区的最佳氮磷控制措施,结果显示,植被过滤带的削减率最高,其次是退耕还林措施,化肥削减措施和免耕措施的削减效果最差。总的来说,植被缓冲带应是白马关河流域非点源污染控制优先考虑的措施。