华北平原是中国小麦、玉米的主产区，对于保障区域乃至国家的粮食安全至关重要。然而，多年来以超采地下水为代价的高强度灌溉已经造成了严重的区域性水资源危机，同时威胁到农业生态系统和经济社会的可持续运行。另一方面，在全球变化背景下，极端气候事件特别是干旱发生频率及强度的增加又加剧了农业生产的风险和不确定性。因此，如何实现地区农业稳定发展和水资源可持续利用是华北平原迫切需要解决的现实问题，而科学评价本区域农业发展对水资源的影响以及农田尺度下灌溉对农田水平衡影响，则成为实现该地区农业持续发展和水资源安全的基本前提。　　本研究围绕农业和水资源协同持续发展这一核心问题，通过“区域—站点—区域”相结合的研究思路，从区域农业发展对水资源的影响入手，系统分析过去30年灌溉农业对地区地下水资源的影响，并对过去60年华北平原农业水资源可持续利用的演变特点进行了分析评价。之后，通过细致的站点试验深入剖析华北平原典型灌溉农田的水分循环过程，科学评价了灌溉对农田水平衡及增产效益等方面的影响。最后，结合国外相似地区的经验教训，探讨实现华北平原农业水资源可持续利用的有效途径，为实现华北平原的粮食安全和水资源安全提供决策依据。　　过去30年(1980-2011)，华北平原的农业生产规模和生产能力发生了巨大的变化。在高强度灌溉的支撑下，华北平原的农业生产规模和能力显著提高。华北平原玉米播面增加了71％，其中中部平原和滨海平原增加最为显著。与此同时，华北平原小麦播面有～1％的下降，其中津唐秦平原和山前平原分别减少了50％和7％。小麦总产量在过去的30年内增加114％，玉米总产量在过去的30年内增加325％。伴随华北平原高强度粮食生产的是区域地下水资源的全面告急。近20年(1993-2010)华北平原浅层地下水平均下降0.29 m/a，山前平原地区达到0.53 m/a。在2002年前后形成了北京地下水漏斗和石家庄-邢台地下水漏斗两个区域性的大漏斗，自然状态下的地下水水力联系被人类的开采活动改变。目前地下水漏斗面积已达本地区土地面积的一半以上。空间分布上，山前平原是地下水超采最为严重的地区，中部平原的地下水环境也快速恶化。空间分析发现地下水灌溉区的地下水高消耗区与小麦、玉米的高产区吻合，表明高强度的粮食生产是地下水过度消耗的重要原因。通过可持续性指数的研究发现，20世纪50年代，两年三熟种植制度下的灌溉强度和灌溉规模较小，华北平原的地下水处于可持续利用状态;20世纪70年代，随着一年两熟制快速推广，灌溉规模和灌溉强度快速增加;到21世纪初，农业水资源的不可持续性发展至近60年的最严峻水平。　　站点尺度的研究是深入理解灌溉对农田水平衡的影响的重要途径。本研究深入剖析了典型井灌农田的水量平衡并评价了灌溉对农田水平衡的影响。本研究设置了雨养和灌溉两种灌溉处理，量化了这两种条件下农田的水量平衡，用以定量评价灌溉在改变农田原有水分平衡过程中所起到的作用及水分消耗与产量形成之间的关系。研究结果表明:灌溉活动明显地改变了农田土壤水分剖面的分布特征，降低了土壤剖面的水分变动幅度，并对根系层和480-560 cm砂土层的土壤水分具有较大的影响。与雨养条件下的农田相比，灌溉将农田深层的渗漏量由每年1.4-3.9 mm提升到40-194 mm;灌溉将农田在雨养条件下的蒸散由295-559 mm提升到565-857 mm，最大增幅约300 mm。灌溉条件下的年产量（小麦+玉米）约为雨养条件下的产量的1.1-2.6倍，并在丰、枯水年之间呈现较大差异:丰水年为1.1-1.3倍，枯水年干旱导致的大幅减产将这一比例提高至2.3-2.6。与此同时，灌溉条件下的蒸散相当于雨养农田的1.3-1.7倍，并导致约30-50倍的深层渗漏。平均而言，尽管有116 mm/a(占水分总输入的15％和灌溉量的36％)通过渗漏回到地下水，但是仍然增加了240 mm/a农田实际耗水，成为本地区地下水消耗的主要因素。基于农田水平衡的计量结果，根据地下水均衡的研究结果表明，如能将地下水超采量减少至现有地下水超采量的35％以下，则有望实现地下水的平衡和恢复。　　它山之石可以攻玉，相似地区的经验教训可以为解决当下华北平原的农业及水资源困局提供参考。美国高平原与华北平原在气候类型和主要粮食作物种类等方面极为类似，且同样依靠消耗地下水支撑农业生产。在过去60年中，高平原小麦、玉米总产量分别增加了149％和894％，同时也付出了巨大的水资源消耗代价:平均以约5.51 km3/a的速度累积消耗地下水约336 km3。在此期间，高平原地下水超采呈现出比较显著的空间特征，北部高平原依靠良好的地下水补给条件并通过地下水的禁采限采、推广喷灌等节水技术以及保护性耕作等措施抑制了地下水的过度消耗。但是，中部和南部高平原各州由于地下水开采的限制措施不力、较为炎热的气候和不利的补给条件，却一直面临持续的地下水超采问题。通过高平原、Nebraska州与华北平原地下水系统可持续性的比较和分析，本文认为在当下华北平原正大力治理地下水超采问题的时候，必须将增加水资源供给、种植结构调整和推广节水技术同时进行、综合统筹，才能有效解决华北平原面临的地下水危机。