水资源是支撑农业生产的基础性资源。随着我国社会经济发展、人民生活水平的提高,对水资源的需求不断增加,同时,伴随着最严格水资源管理制度的实施,农业用水规模压缩,用水压力倍增,要缓解这一压力唯有不断提高农业用水的效率,而科学合理的评价农业用水过程是提高农业水资源管理水平和农业用水效率的前提。水足迹作为一个评价用水效率的综合性指标,可以评价农业环节的用水类型、数量、效率和环境影响,有助于提高农业用水的评价和管理水平。目前灌区作物生产水足迹量化中缺乏对农业用水全过程的解析,因而无法反映灌区“引水-输水-灌水-排水”环节的农业用水的水文过程。本研究基于水足迹理论,结合农业生产用水过程特征分析,建立了基于灌区水文过程的作物生产水足迹量化方法,并以河套灌区为例,利用该方法分析了河套的作物生产水足迹和蓝、绿、灰水足迹的构成要素和空间分布特征。本研究获得的成果如下:1、建立了基于分布式水文模型的作物生产水足迹量化方法。本研究针对当前作物生产水足迹量化方法存在的不足,在分析作物生产中水资源利用过程的基础上,量化了作物田间的绿水消耗和灌溉水在“引水-输水-灌水-排水”环节的水资源消耗和损失;基于此并结合水足迹理论,厘清了作物生产水足迹中水分消耗的构成形式(构成植物体的生物水、蒸散发的气态水以及未回到原流域而不能再利用的液态水),发生的时期(作物生育期和非生育期)和发生的空间(田间和灌排系统所延伸的空间);在分析当前作物生产水足迹量化方法的基础上,提出了基于水文过程的作物生产水足迹量化方法,从区域水文循环的角度分析作物生产环节的水资源利用过程,本方法考虑了作物生产过程中灌溉水的渠系及田间损失、灌溉水田间蒸散发、绿水消耗、地下水消耗等环节的水分消耗,故能全面地反映出区域作物的水资源利用状况。2、明确了河套灌区作物蓝、绿水消耗的影响因素、构成要素以及作物生产水足迹及蓝、绿水足迹空间变化特征。本研究在河套灌区构建水文模型(SWAT模型),结合建立的作物生产水足迹量化方法,分析春小麦、玉米和向日葵这三种作物生产过程中的蓝、绿水消耗。研究发现,影响作物的蓝水和绿水消耗的因素主要有作物特性、区域气候状况和输配水渠系状况。在河套灌区,蓝水的主要消耗途径是灌溉水的渠系输配水损失、田间蒸散发以及田间多余水分排出等,其中灌溉水的渠系输水损失、灌溉水的田间蒸散发分别占蓝水消耗的47.9%和41.8%,这同时也反映该地区具有较大的节水潜力;绿水则受限于灌区的自然环境条件,消耗量少且与作物生育期的降水量有关。三种作物的生产蓝水足迹分别为1233-2714 m~3/t、820-1588 m~3/t和1765-4317 m~3/t,作物生产绿水足迹分别为132-197 m~3/t、119-186 m~3/t和325-538 m~3/t。在河套灌区,作物生产绿水足迹较小,作物生产蓝水足迹占作物生产水足迹的86%,三种作物的生产水足迹分别为1380-2888 m~3/t、942-1774 m~3/t和2095-4855 m~3/t。三种作物的蓝、绿水消耗大小均呈向日葵>小麦>玉米。在空间分布上,水分消耗在灌区存在空间差异。远离灌区引水口的灌区东部地区高于西部,南部高于北部。小麦的绿水消耗的最高区域位于五原县,而玉米和向日葵绿水消耗较高的区域位于乌拉特前旗。3、量化并评价了不同污染物造成的河套灌区作物生产灰水足迹及其空间分布特征,污染物类型和水质标准是确定灰水足迹的关键。本研究改进作物生产水足迹灰水足迹的计算方法,通过SWAT模型模拟氮、磷在田间的迁移和转化过程,计算其污染物排出量,并以当地的环境水质标准为最大浓度,结合作物产量计算作物生产灰水足迹。研究发现,作物生产灰水足迹在空间分布上存在明显的差异性,其大小受污染物类型、水质标准以及不同水体的水质标准差异影响。在3种浓度标准下,作物生产灰水足迹存在差异,这与作物对营养物的吸收能力、施肥量以及灌溉量有关。三种作物的灰水足迹空间变化为灌区东部高于西部,中部地区最低。本研究建立了基于水文过程的作物生产水足迹量化方法,并以河套灌区为研究对象,分析了灌区的作物生产蓝、绿水消耗和污染物排放,探讨作物生产水足迹及蓝、绿、灰水足迹的空间变化及其影响因素。本研究可以为区域的水资源管理提供参考,并为区域落实最严格水资源管理制度提供理论支撑。