农业是保障我国国民经济和生产力发展的基础性产业。农业资源的合理优化配置是决定农业生产效率和保障粮食安全的关键。在农业系统中,水、粮食、能源相互作用、相互制约,形成复杂的水-粮食-能源纽带关系。全球变暖、人口增长和疫情蔓延所带来的资源与能源短缺压力越来越大,在满足对水、能源和粮食日益增长的需求方面面临挑战。资源浪费和温室气体排放加剧了水、粮食和能源供需之间的矛盾,对有限的农业资源与能源进行优化调控具有重要意义。本研究以黑龙江省的为研究区域,在定量表征农业复合系统水-粮食-能源纽带关系的基础上,分为从种植业系统、农林复合系统、农林牧复合系统三个层次构建了基于水-粮食-能源纽带关系的农业水土资源可持续优化调控模型,探究农业水土资源及能源对区域农业系统经济、社会、环境协同发展的响应关系及应对变化环境的调控方案,为变化条件下农业复合系统水土资源可持续管理提供方法支持。主要研究内容及结论如下:（1）种植业水-土-能-碳循环优化调控。以种植业为研究对象,以黑龙江省三江平原大面积农灌区为典型研究区,构建了作物多生育期经济-环境协同的农业水土资源循环利用优化模型,通过农业剩余物产出的电能和生物炭联结不同生育期的能量传递过程。采用基于隶属度函数的模糊规划算法求解模型。结果表明,由于生物能源发电,外部电力需求减少了87.8%。通过生物炭的应用,农田温室气体排放减少了34.09%-67.06%,水稻的平均产量增加35.5%。农业资源的循环利用促进种植业经济-环境协同性提升。（2）农林复合系统水-土-能-粮优化调控。以农林复合系统为研究对象,构建了考虑气候变化的区域农业水土资源综合优化调控模型,实现资源利用效率、能源利用效率、生物质能潜力、碳固定、碳排放强度、经济效益的协同提升。采用折衷规划方式求解,获得不同气候变化情景下农业资源的可持续调控方案。结果表明,优化后的水量分配减少,如水稻实际灌溉需求为4200-7200 m~3/hm~2,优化后水稻灌溉定额的最优平均值为4226 m~3/hm~2。种植大豆产生的温室气体排放量较多,水稻、玉米和大豆田间活动的温室气体排放量分别为占其整个生命周期排放量的43.46%、84.06%和91.16%。气候变化将改变水和土地的分配模式。（3）农林牧复合系统经济-能源-环境-生态调控模型。以农林牧复合系统为研究对象,通过种植业、林业和畜牧业三个部门的碳排-碳吸-水土资源-能源回收建立纽带关系,构建了具有协同农业系统经济、能源、环境、生态多维目标功能的区域农业水土资源综合调控模型,采用经验频率分析法表征供水不确定性。结果表明,生态经济效益目标相较于优化前提升了22%。同时,农业秸秆、林业剩余物和畜禽粪便的回收利用会提供大量的能源,能源目标相较于优化前提升了20%,哈尔滨、伊春、大兴安岭三个地区的能源产出量最多,占全省总能源产出量的50.9%。农业系统剩余物产出价值和林业对生态价值的作用得以量化,为区域内的作物、林地和畜禽提供水、土地、能源资源之间的最佳政策选择。开发的多层次农业复合系统优化模型有助于农业水、土地、能源等资源的可持续管理,并探讨变化环境下的农业资源调控的动态变化及对粮食生产、温室气体排放及资源利用效率等的影响。本研究可以作为通用模型扩展到其他农业生产效率低的区域。本研究对改善区域农业管理技术和发展可持续循环农业具有重要意义。