西北旱区是我国重要的农副产品生产基地,其中粮食作物播种面积占农作物总播种面积的60%以上,但该区水资源紧缺,粮食生产用水效率较低。因此,正确评价该区粮食生产用水状况对于提升农业用水效率、促进区域可持续发展具有重要意义。水足迹指标作为用水效率评价工具,综合考虑绿水(降水)和蓝水(灌溉水)的利用效率,同时涵盖了田间和区域的水资源消耗,并实现了灌溉农业和旱作农业用水效率评价指标的统一。本研究首先根据西北旱区2010年56个地市的粮食生产数据、农业灌溉用水数据,基于“按需分配”的假设将各市的实际灌溉用水量在经济作物、粮食作物及粮食作物间(小麦、玉米、其它粮食作物)进行分配,在此基础上计算各粮食作物的生产水足迹及其组成;其次,运用空间自相关分析法对各粮食作物生产水足迹及其组成的空间分布特性进行分析;最后,运用通径分析法分析选定的气象因子及农业投入因素对西北旱区粮食生产水足迹的影响。本研究的主要结论如下:(1)不同作物间生产水足迹差异明显,玉米生产水足迹最低;区域间作物生产水足迹空间差异显著,并呈现由东南向西北逐渐增大的趋势。小麦、玉米和其它粮食作物的生产水足迹分别为0.919m3/kg、0.589m3/kg和1.374m3/kg,作物生产蓝水足迹比例分别为64.4%、48.6%和44.2%;综合粮食作物生产水足迹为0.841m3/kg,生产蓝水足迹比例为53.1%。玉米生产水足迹及生产蓝水足迹比例相对较小,但对于降水稀少、对灌溉依赖较高的地区(如新疆),玉米生产蓝水足迹比例与其它几类粮食作物生产蓝水足迹比例的差异不大;小麦生长过程中对蓝水资源的依赖程度最高。小麦、玉米、其它粮食作物和综合粮食作物生产水足迹的方差分别为0.262、0.070、0.971和0.199,即玉米生产水足迹空间差异最小,其它粮食作物生产水足迹空间差异最大。小麦、玉米、其它粮食作物和综合粮食作物生产蓝水足迹的方差分别为0.233、0.141、1.224和0.217,与生产水足迹相比,生产蓝水足迹的空间差异更大。粮食作物生产水足迹、生产蓝水足迹及其所占比例的空间分布与生产绿水足迹的空间格局大致相反。生产水足迹、生产蓝水足迹及其所占比例总体上呈现由东南向西北逐渐变大的趋势:新疆、河套平原农灌区和河西走廊农灌区是三者高值和生产绿水足迹低值的集中分布区;关中平原、陇南、内蒙古东部和青海的东部地区则是其低值和生产绿水足迹高值的集中分布区。各省综合粮食作物生产水足迹由小至大分别为0.644m3/kg(陕西)、0.765m3/kg(内蒙)、0.802m3/kg(甘肃)、0.932m3/kg(青海)、0.998m3/kg(新疆)、1.015m3/kg(宁夏),生产蓝水足迹的比例分别为25.7%、47.8%、34.9%、43.2%、82.1%和59.9%。农林兼营区粮食作物生产水足迹较高,工矿区和旱作农业区粮食作物生产水足迹较小。(2)粮食作物生产蓝水足迹及其所占比例的全局相关性较强;粮食作物生产水足迹及生产蓝、绿水足迹以高-高(HH)、低-低(LL)空间正相关为主,且生产蓝水足迹所占比例的连片分布特征最为突出。小麦、玉米和综合粮食作物的生产水足迹在研究区域内所表现出的全局空间相关性不显著,但生产蓝水足迹及其所占比例的全局空间正相关性则较为显著,其它粮食作物各水足迹指标均表现出显著的空间正相关性。水足迹的LISA(Local Indicators of Spatial Association)图显示,粮食作物的各类水足迹指标均以高-高(HH)和低-低(LL)空间正相关为主,且生产蓝水足迹及其所占比例的连片分布特征最为明显。生产水足迹、生产蓝水足迹及其所占比例的高-高(HH)、低-低(LL)集中分布的区域与生产绿水足迹的高-高(HH)、低-低(LL)集中分布的区域大致相反:前者的高-高(HH)及后者低-低(LL)空间正相关的区域集中分布在新疆、河套平原农灌区和河西走廊农灌区;而前者低-低(LL)及后者高-高(HH)正相关的集中分布区域为陕西、陇南、及青海和内蒙古东部地区。(3)总体上基于Cropwt的“作物需水量法”计算的田间小麦生产蓝水足迹大于基于实际灌溉用水量的计算值,且这种差异在灌溉条件较差、作物灌溉比例较低、以旱作生产为主的地区尤为突出。(4)气象因素对作物生产水足迹影响明显,提高灌溉水利用系数和化肥利用率是减小作物生产水足迹的关键。粮食作物间生产水足迹具有一定的差异,且气象因素对作物生产水足迹有一定的影响,故因地制宜调整粮食作物的种植结构是提高西北旱区粮食作物水分生产率的有效途径;采用精量灌溉或亏缺灌溉等节水灌溉措施,以合理控制灌溉水的用量,确保粮食增产的同时获得灌溉水的边际效益最大;灌溉水利用系数和单位面积化肥投入量对作物生产水足迹的增长均具有抑制作用,对西北旱区大量的输水渠道进行衬砌并提高化肥利用效率也是减小该区域粮食作物生产水足迹的有效途径。