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国内外关于水-土-草-畜平衡的研究始于草畜平衡研究，草畜平衡的概念是在天然草原牲畜超载的前提下提出的，天然草原上牲畜饲养量超过了天然草原的承载能力，导致天然草原退化产草量降低，进入牲畜超载—产草量降低—牲畜超载更加严重的恶性循环。国内外学者针对草畜平衡矛盾问题，开展了大量研究，其中包括合理载畜量制定、草畜平衡监测、草畜平衡管理及促进草畜平衡的相应措施等，提出的促进草畜平衡解决方案有以下几类：合理制定放牧制度、减少牲畜饲养量和增加饲草料的供给。同时《草畜平衡管理办法》也要求各地区根据各区条件实行人工种草，提高饲草料产量与储备量，实行舍饲圈养，优化畜群结构与品种，推广草畜平衡技术等方式实现草畜平衡。其中：合理制定放牧制度是通过制定合理的划区轮牧、休牧制度促进合理制定放牧制度使天然草场有休养生息的机会，提高其再生能力，促进其快速生长，合理制定放牧制度和畜群结构优化主要是处于自然生产力条件下促进草畜平衡的手段。减少牲畜饲养量首先要确定合理载畜量，2002年中国农业部颁布农业行业标准《天然草地合理载畜量的计算》（NY/T 635—2002），该标准规定了天然草地的合理载畜量及其计算指标和方法，2015年根据新的发展形式对该标准进行修编，形成《天然草地合理载畜量的计算》（NY/T 635—2015）；合理载畜量的计算方法与标准多是针对天然草原而言，但因地形、基质和气候等因素天然草地的产草量、不同放牧状态下牧草再生率、草地利用率等差异性显著，且目前监测多以样条监测为主，受监测点位限制，也给合理载畜量确定带来难度。2005年，针对我国天然草原牲畜超载严重问题，根据《中华人民共和国草原法》，农业部制定了《草畜平衡管理办法》，目的是严格控制天然草原的牲畜饲养头数，缓解草原地区草畜平衡矛盾，实现生态环境保护与草原畜牧业发展并重；2010年，国务院常务会议决定建立草原生态保护补助奖励机制。实施范围包括内蒙古、西藏和四川等8个主要牧业省（自治区）和新疆生产建设兵团。2016年农业部联合财政部发布《新一轮草原生态保护补助奖励政策实施指导意见（2016—2020年）》，将实施范围扩大为包括河北、山西、黑龙江等13个主要牧业省，主要是将天然草原划分为禁牧区和草畜平衡区。其中禁牧区实行全面禁牧，对禁牧天然草地发放禁牧补助，禁牧区天然草原生态恢复效果良好，但也存在牧民转产引导政策缺乏导致牧民生活水平无实质性提高，或补助政策停止后牧民生产生活无法保障等问题，同时，相关研究表明退化草地在围封5～6年时，植被高度、盖度、密度和产草量达到最高，但随着围封年限的增高却逐年降低，也印证了由美国生态学家J.H.Connell等人提出的中度干扰假说，说明天然草原不能长久封育，需适当利用，在适度的放牧条件下，有利于提高产草量、保持土壤肥力、增加土壤持水力、维持生物多样性等。随着牧区人工草地发展，尤其是灌溉人工草地建设，将大大加强牧区的载畜能力，天然草地和人工草地合理配置条件下草畜平衡问题值得深入研究。草畜平衡区实行在合理核定载畜量的基础上，对未超载放牧的牧民发放奖励，但目前草畜平衡管理上仅考虑草地面积和静态产量，对降水量及放牧干扰下年内及年际间产草量及合理载畜量确定研究不足，对产草量和放牧量的监测力度不够和监测难度大等导致实施效果难以达到理想。增加饲草料供给主要是通过天然草地改良和建设人工饲草料地增加饲草料产量，补充天然饲草料的不足，满足家畜饲草料的需求，提高牲畜饲养量，尤其是人工饲草料地，配合灌溉、施肥等措施，可提高饲草料产量30%～50%，将大大缓解草畜平衡矛盾。而我国牧区草原水土资源分布极不均衡，尤其是西北牧区干旱少雨，无灌溉则无人工草业，伴随社会经济发展，水资源日趋紧张；同时随着灌溉人工草地经济和生态效益显现，部分地区出现灌溉人工草地无序发展现象，导致地下水位下降、草原沙化退化等新的生态环境问题；但整体上牧区的灌溉人工草地发展滞后，其面积仅占可利用草原面积的0.5%，与美国、加拿大、新西兰等草原畜牧业发达国家的15%～60%相比仍有较大差距。在这种水资源约束、草地生态退化、灌溉人工草地过度与不充分发展并存的情形下，依据水资源承载能力进行水-草-畜平衡研究愈加重要。
我国牧区根据自然地理状况、草原类型和流域水土资源条件，将其划分为东北牧区、内蒙古高原牧区、蒙甘宁牧区、新疆牧区和青藏高原牧区5个分区。其中，内蒙古高原牧区、蒙甘宁牧区和新疆牧区地处干旱、半干旱地区，无灌溉即无人工草业，伴随社会经济发展，水资源日趋紧张；牧区80%水资源分布在占牧区面积47%的青藏高原牧区，且地高水低，水资源开发利用难度大，和东北牧区同样存在降雨年内分布不均，水资源成为人工饲草料产出的限制因素。草畜平衡问题转变为水-草-畜平衡问题，“以草定畜、草畜平衡”的发展原则扩展为“以水定草、以草定畜、草畜平衡”的灌溉人工草地发展原则。总结以往水-草-畜平衡研究主要分为“以需定供”和“以供定需”两种模式，“以需定供”模式是根据牲畜饲养需求确定饲草料亏缺量，推求灌溉人工草地需求面积和人工草地灌溉需水量，适合水资源较丰富地区或用水不紧张时期。“以供定需”模式是针对牧区水资源紧缺而提出的一种水-草-畜平衡模式，主要是依据灌溉人工草地可利用水量确定灌溉人工草地规模，依据草畜平衡确定牲畜饲养量。1986年，陈亚新首次提出实行现代的“建设养畜”必需保持一定比例、相互依存又相互制约的水-草-畜的平衡关系；2004年，李和平等指出区域性水-草-畜系统平衡是建设生态畜牧业的核心；2005年，李和平等以牧区水草资源持续利用，利用目标规划方法建立“水-草-畜”系统平衡优化决策数学模型，构建了牧区生态建设中“水-草-畜”系统平衡理论；2006年，郭中小等将草地资源分为生态草原型（荒漠草原、草原化荒漠）、经济草原型（典型草原、草甸草原等）和高效开发元（饲草料地），提出牧区草地资源三元化利用实施的关键在于牧区水资源的开发利用上；同年，朝伦巴根等在地下水资源可持续利用的前提下进行人工草地牧草种植结构优化；2007年，李和平等应用水-草-畜平衡理论，提出了西北牧区灌溉人工草地的适宜建设规模；2016年，鹿海员提出基于草原生态保护的牧区水土资源配置模式，以最严格水资源管理制度确定的用水总量为控制指标，确定我国牧区2020年和2030年适宜的农牧业灌溉规模和牲畜饲养量。但以往水-草-畜平衡研究中水多为扣除其他行业和种植业用水的剩余水量，缺乏行业之间和种植业之间的水资源优化配置，使灌溉人工草地发展处于一种比较被动的状态。同时，以往水-草-畜平衡研究中水多为静态的，未考虑牧区水草资源开发对牧区水循环的影响，牧区水循环的改变对水-草-畜平衡带来的变动，且牧区灌溉人工草地适宜种植土壤及环境问题、土地资源开发利用问题、水土资源匹配等“土”的问题考虑不足，灌溉人工草地发展限制因素或为达到草原生态环境保护的目的并不仅是水-草-畜平衡可以解决的，水-草-畜平衡研究逐步应扩展为水-土-草-畜平衡研究。
随着牧区经济社会发展，针对干旱、半干旱牧区水少地多、青藏高原牧区水多地少但水低地高等水土资源不匹配问题，及农作物种植与饲草料作物种植之间的博弈，加之天然草原生态退化，使牧区土地资源约束逐渐趋紧，尤其是耕地和草地（天然草地）这两种比较重要的土地利用类型，其数量、质量、空间分布、种植结构、开发利用方式、水土资源匹配程度等，均制约着牧区社会经济发展与草原生态环境演变，使牧区在水土地资源约束趋紧的形势下水-草-畜平衡问题转变为水-土-草-畜平衡问题。故提出进行牧区水-土-草畜平衡研究，2016年，鹿海员等在系统分析牧区水-土-草-畜系统平衡关系的基础上，提出牧区水-土-草-畜的水土资源配置模式；2017年，开展牧区水-土-草-畜平衡调控模式和方法研究，构建了生态效益与经济效益统一度量的牧区水-土-草-畜平衡调控模型，以典型牧区鄂托克前旗为例，应用模型研究不同方案下水土草资源开发与经济生态综合效益响应关系，提出了水资源、土地资源及灌溉人工草地开发规模及天然草原开发利用方式等水土-草-畜平衡调控阈值，但研究中虽然纳入了土地因子，但重点还是在土地面积约束及种植结构优化方面进行研究，对土壤质量方面土的因素考虑不足，未来应加强基于水土资源匹配程度及土壤质量的水土草资源的空间优化配置研究。其他关于牧区水-土-草-畜平衡研究的报道较少，多是关于农区的水土平衡研究，20世纪70年代以来，随着农田系统水循环研究的不断深入，国内外学者从微观尺度和宏观尺度分析了水土资源平衡关系，水土资源匹配的基本概念、测算模型和格局等。其理论和研究方法对牧区水-土-草-畜平衡研究具有借鉴意义。总体上说我国牧区水-土-草-畜平衡研究还处于起步阶段，牧区水-土草-畜平衡系统中水资源、土地资源、饲草资源、牲畜等要素之间既相互影响又相互制约，牧区水-土-草-畜平衡研究应在理清水-土-草-畜要素之间联动机制的基础上，通过水资源、土地资源、饲草资源等多种资源优化配置，寻求水资源开发利用、天然草地资源开发利用、土地灌溉、灌溉人工草地、牲畜饲养（经济发展）等适宜发展的“度”，实现牧区水-土-草-畜平衡调控，使其既满足社会经济发展的需求，又能维持自然水循环和草原生态环境良性发展。
目前研究方法主要是应用系统工程方法、系统动力学方法和宏观经济模型方法。
基于系统工程的方法主要包括线性规划、动态规划和多目标决策3种。
（1）线性规划方法。线性规划是运筹学中重要的一个分支，用于研究线性约束条件下的现行目标函数的最大（小）值问题，其要素包括目标函数、决策变量及约束条件3种。线性规划原理简单，求解方便，便于计算。但是在现实研究中，水资源系统、社会经济系统及生态环境系统中存在着高度非线性，用线性规划解决该类问题存在局限性。
（2）动态规划方法。动态规划是解决多阶段规划决策问题的一种有效方法，于20世纪50年代初由R.E.Bellman提出，其思想是将多阶段决策过程转化为一系列单阶段问题，逐段进行求解。但在进行资源配置或分析时容易产生多个相互冲突的目标，且动态规划程序设计往往是针对具体的最优化问题，因问题不同确定的最优解的条件也不同，导致无法寻找万能的动态规划算法来解决各类最优化问题。
（3）多目标决策方法。针对资源管理过程中，常存在多个目标互相冲突的情况，在单目标规划方法的基础上，逐渐形成了针对多目标的最优化技术。由于其能解决多目标、目标不可公度性及目标间矛盾性的特点，使多目标决策方法成为目前国内外进行水资源优化配置、水土资源优化配置、水-草-畜平衡研究的主要方法，例如，Evans等以厄瓜多尔Si erra地区为例，以追求效率与公平为目标，采用多目标规划方法建立了灌溉水资源优化配置模型；王昕等以区域净效益最大、资金投入最少为目标，以分区可供水量、耕地面积、资金及作物种植面积等为约束条件，对黄泛平原中低产田水土资源的优化利用模式进行了研究。
系统动力学方法是一种以反馈控制理论为基础，研究复杂的社会经济系统的定量方法。自20世纪80年代以来，已逐渐成为现代科学决策和预测的有效工具。1995年，申碧峰等将系统动力学引入到水资源大系统的研究中；任望兵等建立了基于SD的水土资源协调开发模型，研究不同水资源开发条件下土地灌溉面积和农、林、牧结构及作物种植结构；王银平等构建了天津市水资源系统动力学模型，用于探讨了经济社会与水资源、水环境之间的协调发展关系。系统动力学方法利用系统中的各种反馈关系，可较好的仿真系统的结构与功能，可用于解决具有非线性、高阶次、机理复杂和时变特征的系统问题，但系统动力学方法对数据及信息要求较高，模拟过程中参变量不好掌握，对模型计算人员的工作经验要求高，工作量较大等缺点。
（1）投入产出优化模型。投入产出分析是应用数学方法和计算机技术，研究国民经济各部门间生产投入和产品分配的平衡关系的一种现代管理方法。而投入产出优化模型通过绘制系统投入产出表建立数学模型，计算消耗系数，并进行经济分析和预测的方法。投入产出优化模型在描述物质生产与流通方面具有优势，但也存在两方面的不足。一是无法反应短期性宏观政策，容易发生经济发展突变或导致水资源约束失效；二是对于当系统受外界扰动较大时，模型的基本假定有可能导致较大的误差。
（2）可计算的一般均衡模型（CGE）。可计算的一般均衡模型是以一般均衡理论为基础建立的宏观经济模型，其以价格为导向，以效用最大化成本最小化为目标，实现供给与需求的均衡，在计算过程中涉及国民经济各部门、产业政策、需求偏好、收入分配、收支平衡、就业等各个方面。CGE模型的基本结构是通过方程来描述供给、需求及供求关系，其变量不仅包括生产要素、商品等，还包括价值、利润、工资等，同时将各种政策引入模型中，最终实现达到均衡时（有条件的均衡时）的市场价格和数量。自20世纪90年代初，为加强水资源开发利用与社会经济发展之间关系的描述，考虑CGE模型对宏观经济描述的优越性，一部分学者开始将CGE模型引入到水资源问题研究中，一般有将水资源作为生产要素置于社会核算矩阵中、将水资源有关的生产、消费部门置于社会核算矩阵或将水资源问题外挂于社会核算矩阵等几种处理方式。
宏观经济模型的引入增强了水资源、土地资源等自然资源与人类经济社会之间关系的描述，但其对生态系统与二者之间的描述不强，仍只能通过间接的形式达到保护生态的目的。