近几十年来,全球气候变化和剧烈的人类活动所组成的变化环境对农业生产和水资源的时空分布产生了重要影响,随之而来的水资源短缺、水环境污染和粮食安全问题已经成为人类发展面临的障碍和挑战。我国灌区具有保障粮食安全、促进经济发展和维系生态环境的重要作用。水足迹作为一种综合指标能够有效揭示灌区粮食生产中的水资源短缺、水环境污染和粮食安全等方面的问题。研究变化环境下灌区粮食作物水足迹的时空演变规律,对积极应对水资源短缺和水旱灾害,提高粮食生产效率,促进粮食产业可持续发展具有重要的理论意义和参考价值。本文在广泛搜集和研读参考文献和实地资料的基础上,利用理论计算、定性定量分析、情景设置等研究方法,分析了宝鸡峡灌区变化环境下粮食作物水足迹各项指标的时空演变规律并对未来情景进行了预估,取得了以下主要研究成果:（1）基于水足迹理论和灌区实际状况计算了灌区1994—2010年粮食作物的水足迹各项指标,从粮食安全的视角提出了粮食供给水足迹以及基于水足迹的粮食供给能力的概念及计算方法。灌区小麦生产水足迹,玉米生产水足迹和粮食供给水足迹多年平均值分别为1.04 m3/kg、1.29 m3/kg和254.79 m3/p;小麦、玉米和粮食区域水足迹分别为6.93亿m3,7.38亿m3和14.31亿m3;基于水足迹的粮食供给能力为570.0万人。灌区小麦和玉米生产水足迹优于全国、黄河流域和陕西省的平均水平,玉米绿水足迹明显高于小麦,灌区粮食可完全满足区内居民粮食消耗并为区外提供有力保障。（2）运用Mann-Kendall检验、Sen斜率和Arc GIS软件,探明了灌区粮食作物水足迹指标的时空演变规律。1994—2010年小麦除生产灰水足迹外,所有的生产水足迹和区域水足迹均显著下降。玉米生产水足迹和区域蓝水足迹显著下降,生产灰水足迹和区域灰水足迹显著上升。粮食供给水足迹,粮食供给绿水和蓝水足迹均显著下降。灌区粮食净灌溉定额的显著减少和施氮量迅速增加,导致水足迹指标的结构发生了转变。粮食作物水足迹各项指标在地理空间上差异性显著,小麦生产水足迹、绿水和蓝水足迹、玉米生产水足迹、粮食供给水足迹、粮食供给蓝水足迹,小麦、玉米和粮食区域总水足迹均从西至东递增。（3）根据粮食作物水足迹计算过程,选取了驱动灌区粮食作物水足迹的变化环境因子,定性定量分析了变化环境因子与水足迹指标的关系。基于LMDI分解模型、敏感系数法、时空信息可视化等方法,构建了灌区水足迹指标时空演变归因分析框架,推导了相关公式,准确量化了驱动因子对粮食作物水足迹指标的影响,揭示了粮食作物水足迹时空演变的主要原因和时空细节。灌区1994—2010年粮食作物单产显著增加是粮食作物生产水足迹各项指标减少的主要原因,其贡献率在-31.5%～-41.2%之间。净灌溉定额的显著减少是另一重要原因,其贡献率为-21.6%～-32.9%。施氮量的迅速增加对粮食作物生产水足迹指标的有正贡献,且随着时间变化日趋显著。在区域水足迹方面,小麦和粮食区域水足迹减小的第一因素是净灌溉定额（-20.2%～-34.2%）,对玉米区域水足迹而言贡献最大的为单位面积绿水消耗量、其次为净灌溉定额。总种植面积和施氮量对各粮食作物区域水足迹影响也较大,灌溉水有效利用系数贡献率很小。贡献率分析表明人类活动因子对水足迹各项指标占绝对优势,单产的增长对于降低生产水足迹指标有非常重要的作用,净灌溉定额减少、总种植面积及种植比例减少,以及施氮量增加的作用也不容忽视。水足迹指标贡献空间分析和时空信息可视化表明,各子区水足迹指标变化的归因在格局和数量上均有一定差异。礼泉总站粮食生产防灾抗旱能力不足,易因减产导致水足迹指标增加。施氮量增长对各子区水足迹指标的正贡献在2003年后显著增加,其中宝鸡和礼泉总站尤为突出。水足迹指标对各驱动因子的敏感系数大部分处于高度敏感区间。对小麦、玉米生产水足迹和粮食供给水足迹指标而言,单产敏感性最高,对于粮食作物区域水足迹而言,种植比例和总种植面积敏感性最高,合理调整敏感性高的因子对水足迹优化有事半功倍的作用。（4）运用非一致水文序列频率计算原理生成了2030年气候情景,根据灌区实际情况结合参考文献设定了人类活动方案,对比了不同方案的预估结果,为粮食水足迹的合理配置提供了参考。2030年灌区平水年和干旱年情景下,粮食区域水足迹分别为14.18和12.48亿m~3。经过合理调整可以减少粮食区域灰水足迹2.28亿m~3,在平水年和干旱年分别节约蓝水资源0.34和0.25亿m~3,能够有效缓解灌区水资源供需矛盾和水环境压力并为农民节省肥料和水费成本。