全球范围内的水资源短缺问题正在日益严峻,已成为全球性的危机。近些年,气候变化、社会经济发展和人口增长不仅影响着水资源的供给,同时也在很大程度上影响着水资源的需求。全球70%以上的取水用于农业生产,并且人类消耗的水足迹的90%是来自农产品,农业已成为耗水最高的一个产业。全球约80%的雨养农业区产出了约60%的世界粮食,而占耕地20%的灌溉农业区产出了约40%的世界粮食。水资源时空分布不均加上农业的高耗水特征,以及水资源的不合理利用等问题,使得农业水资源供给面临巨大压力。与此同时,气候变化和作物种植规模的变化势必会影响区域农业的需水格局,进而影响区域水平衡。因此,全面认识气候要素、种植规模变化背景下的作物需水格局及典型流域的缺水程度对于揭示农业水资源供需之间的矛盾、科学合理的水资源管理、农业种植规模调整及区域灌溉方案的制定具有重要意义。为评价气候要素和种植规模变化对全球主要作物需水量的影响,本文对日尺度作物系数进行修正后运用作物系数法计算了全球主要作物的需水强度,然后结合作物种植规模及气候要素的变化特点,定量分析了各主要农业国作物需水量的影响因素,最后通过主要农业生产国主要流域降水亏缺度的分析,明确了各主要流域农业缺水程度的时空变化特征,主要得出以下结论:1、从全球主要作物的需水强度特征来看,小麦需水强度大多在350mm-700mm间,冬小麦需水强度较高,一般大于450mm,春小麦需水强度较低,一般小于450mm;玉米需水强度在350mm-650mm间;大豆需水强度在350mm-550mm间,但巴西和阿根廷的大豆需水强度较高,一般在450mm以上。2、自1980年以来,全球作物需水量的时空分布发生了很大的变化。小麦主产国中,我国和美国小麦需水量明显减少,其中美国减少46%,我国在1997年以前波动不明显,但在1997年以后迅速减少,共减少23%。而印度麦区需水量增加量较大,约为40%。玉米主产国中,除法国和美国外其余各国玉米需水量均呈显著上升趋势,我国玉米需水量增加最多,增加量达91%,其次是巴西和印度,均增加40%左右。大豆主产国中,除中国以外的其余各国大豆需水量均大幅增加,其中印度大豆需水增加量高达15.8倍,其次是阿根廷和巴西,分别增加8倍和2.7倍,而我国则减少32%。3、种植规模和气候要素的变化是作物需水量变化的主要影响因素。小麦主产国中,种植规模变化是影响各国小麦需水量的主导因素,在气候条件不变的条件下,美国小麦种植规模从1980年到2017年减少1357万公顷,导致小麦需水量减少了637亿m~3。玉米主产国中,气候要素变化是法国玉米需水量的主要影响因素,而种植规模则为其余各国玉米需水量的主要影响因素,其中我国玉米种植规模从1980年到2017年增加了2200万公顷,导致玉米需水量增加了816亿m~3。大豆主产国中,除我国外其余各国均受种植规模影响较大,巴西、阿根廷、印度大豆种植规模分别增加2516公顷、1531公顷和999万公顷,导致大豆需水量分别增加1150亿m~3、795亿m~3和372亿m~3。4、从四个典型流域作物的降水亏缺度的变化分析发现,各流域作物缺水程度均在较高水平且呈现加重趋势。其中缺水最为严重的是印度河流域,三种作物的降水亏缺度在0.5-0.8之间,明显高于其他各流域,且大豆季水资源短缺现象最为严重,降水亏缺度最高可达0.79。其次是黄河流域,各作物平均降水亏缺度均在0.5以上;海河流域小麦季缺水程度最高,平均降水亏缺度高达0.51,玉米季和大豆季缺水程度波动较大,但降水亏缺度相对较低;密西西比河流域作物缺水程度整体较轻,降水亏缺度基本在0.2-0.5之间,但小麦季波动较大。近40年,各流域作物缺水程度也呈现升高的趋势。可见,全球农业水资源供需矛盾仍在加剧,水资源短缺正威胁着全球粮食安全。合理和适宜的种植规模和种结构调整以及节水农业是实现全球农业水资源可持续利用和保障粮食安全的重要措施。