目前,中国的生态环境状况很不乐观;由氮、磷、硫三类元素引起的环境污染问题尤为突出。对此,为从源头解决三类元素引起的环境污染问题,开展氮、磷、硫物质代谢研究必不可少。国内外开展氮、磷、硫物质代谢研究多以控制末端污染物排放为主要目的,并多集中在国家、区域、企业等层次,而从源头和过程控制三类元素环境污染的代谢研究还很少,且三类元素省级层次的代谢联合分析研究还未见文献报道。也就是说以前的研究多注重对末端污染排放的控制与治理,而忽略了从污染源头和流通过程来分析和解决环境污染问题。为了从源头解析环境负荷成因,本文结合物质代谢分析中的MFA和SFA方法,从界定元素代谢系统边界、定义元素代谢系统框架、明确元素代谢途径、建立元素代谢拓扑结构和构建量化分析模型等5个步骤构建适用于省级层次的物质代谢分析方法。利用此分析方法,对辽宁省社会经济系统进行实证研究。探讨辽宁省氮、磷、硫元素从源头输入到末端排放整个物质代谢流动过程;并分别从工业子系统、农业子系统和居民生活子系统三个方面分析氮、磷、硫元素对辽宁省水体生态、大气生态、土壤生态环境的负荷及影响。与此同时,进行辽宁省氮、磷、硫元素代谢联合分析,识别代谢结构中的关键流和关键环节,从源头的投入、中间过程的流通以及末端的排放等方面解析氮、磷、硫元素引起的环境负荷成因,并以此为依据提出行之有效的环境负荷控制对策。研究结果表明,辽宁省社会经济系统是一个较为开放的线性系统;2013年,氮、磷、硫元素输入总量分别为533.9万吨、58.2万吨和308.4万吨,环境负荷总量分别为214.4万吨、30.2万吨和116万吨。经分析,造成辽宁省氮、磷元素水体负荷的关键环节是农业环节,分别占各自水体总负荷的61.8%和80.2%;而畜禽养殖业又是农业环节氮、磷水体排放的主要行业,分别占各自农业水体负荷的90.7%和95.7%。造成辽宁省氮、硫元素大气负荷的关键环节是工业环节,分别占各自大气总负荷的37.8%和91.4%,而电力热力生产供应业又是工业环节氮、硫大气排放的主要行业,分别占各自工业大气负荷的37.4%和42.5%。造成辽宁省氮、硫元素土壤负荷的关键环节是工业环节,分别占各自土壤总负荷的68.9%和90%。造成辽宁省磷元素土壤负荷的关键环节是农业环节,占土壤总负荷的85.3%。与工业废水相比,生活污水流是辽宁省氮、磷、硫元素代谢的关键流,其产生的水体负荷分别是工业废水的6.5倍、13.2倍、4.9倍。2013年,辽宁省生活污水集中处理率达86.8%,但氮、磷、硫元素的去除效果极不理想,去除率分别为22%、37%和32%。为此,可从控制物质输入总量,构建废物闭合循环回路,提高物质生产效率等方面,对氮、磷、硫元素代谢体系结构进行系统调控,以达到降低环境负荷的目的。