农业作为对气候变化最敏感的产业之一,在未来气候变化的情况下,农业耗水比例过高严重制约区域社会经济发展和生态安全,降低农业水足迹是实现区域可持续发展的重要途径。针对国内外气候变化背景下农业水足迹研究的不足,本文在水足迹理论的指导下,以中国西北干旱区疏勒河流域为研究区,基于气象站点数据、CMIP5全球气候模式模拟数据和流域农作物产量数据等,利用CROPWAT8.0模型,计算分析了疏勒河流域及各县(市)1999-2014年及2020-2050年的各类农作物单位面积需水量和单位质量虚拟水的变化特征。基于此,参照《水足迹评价手册》,核算1999-2014年疏勒河流域及各县(市)农业生产水足迹、农业消费水足迹和人均农业消费水足迹,分析其变化特征,明确了疏勒河流域的农业虚拟水净输出量。进一步,一方面从农业生产水足迹角度,采用多目标优化模型,开展了2020-2050年RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5气候变化情景下疏勒河流域农业种植结构优化后的农业生产水足迹的优化模拟研究;另一方面从农业消费水足迹角度,参照《中国居民健康膳食指南(2018)》,以保障人体营养均衡和健康为前提,开展了2020-2050年RCP三种气候变化情景下膳食结构调整后的疏勒河流域农业消费水足迹与人均农业消费水足迹的模拟;最后,核算了2020-2050年RCP三种气候变化情景下疏勒河流域的农业虚拟水净输出量,分析了疏勒河流域农业水足迹减小的潜力。主要结论如下:(1)疏勒河流域及各县(市)1999-2014年期间的各类农作物单位面积需水量呈现明显的阶段性波动特征,各类农作物单位质量虚拟水量变化趋势存在明显差异。2020-2050年在RCP三种气候变化情景下各类农作物单位面积需水量整体呈增加趋势,各类农作物单位质量虚拟水量整体呈波动下降趋势。2020-2050年的各类农作物单位面积需水量和单位质量虚拟水的多年平均值普遍高于1999-2014年的多年平均值。(2)在1999-2014年期间,敦煌市、瓜州县、玉门市的农业生产水足迹远大于肃北县和阿克塞县的农业生产水足迹,这与各区域农作物种植类型和种植面积有关。疏勒河流域各县(市)的人均农业消费水足迹的多年平均值整体呈现瓜州县>玉门市>阿克塞县>肃北县>敦煌市的情形,其中瓜州县、玉门市和阿克塞县的人均农业消费水足迹均超过流域平均水平。疏勒河流域各县(市)的农业消费水足迹多年平均值整体呈现玉门市>瓜州县>敦煌市>肃北县>阿克塞县的情形。从整个疏勒河流域来看,农业生产水足迹远大于农业消费水足迹;从流域各县(市)来看,敦煌市、瓜州县、玉门市的农业生产水足迹远大于农业消费水足迹,肃北县的农业生产水足迹略大于农业消费水足迹,阿克塞县的多年平均农业消费水足迹比农业生产水足迹高153.32万m3,以上显示疏勒河流域属于农业虚拟水净输出地,且农业虚拟水主要输出地为敦煌市、瓜州县、玉门市。(3)以农业经济收益最大、农业生产水足迹最小为目标,开展2020-2050年RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5气候变化情景下疏勒河流域种植结构的优化模拟。以2014年疏勒河流域的农业经济收益和农业生产水足迹为基准值,种植结构优化后的农业经济收益均明显提升(2020-2050年在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候变化情景下农业经济收益的多年平均增幅分别为59.71%、61.20%、61.29%),种植结构优化后的农业生产水足迹明显减小(2020-2050年在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候变化情景下农业生产水足迹的多年平均降幅分别为14.72%、13.36%、13.52%)。优化后的农业种植结构中经济作物以蔬菜、药材类、香料类等为主,粮食作物以小麦为主。(4)参照《中国居民健康膳食指南(2018)》,以保障人体营养均衡和健康为前提,调整得到疏勒河流域的合理膳食结构。2020-2050年RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候变化情景下膳食结构调整后的农业消费水足迹结果如下:以2014年疏勒河流域及各县(市)的农业消费水足迹为基准值,2020-2050年RCP三种气候情景下全流域的农业消费水足迹从大于基准值逐渐转变为小于基准值,瓜州县的农业消费水足迹均小于基准值,阿克塞县、肃北县和玉门市的农业消费水足迹均大于基准值,敦煌市的农业消费水足迹从大于基准值逐渐转变为小于基准值。(5)疏勒河流域的农业虚拟水净输出量在2020-2026年呈明显下降趋势,在2026年之后变化幅度较小。以2014年疏勒河流域的农业虚拟水净输出量为基准值,2020-2050年在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候变化情景下疏勒河流域的农业虚拟水净输出量的多年平均降幅分别为31.21%、29.86%、30.40%。说明在2020-2050年RCP三种气候变化情景下,以满足人体营养均衡和健康为前提,种植结构优化可以明显降低区域农业虚拟水净输出量。以上研究结论表明,2020-2050年RCP三种气候变化情景下疏勒河流域种植结构优化后的农业经济收益明显大于基准值(2014年),农业生产水足迹明显小于基准值(2014年)。以满足人体营养均衡和健康为前提,种植结构和膳食结构优化后的农业虚拟水净输出量明显小于基准值(2014年)。种植结构优化是疏勒河流域降低农业水足迹的重要措施之一,可为流域应对未来气候变化下的农业水资源合理利用和调控提供科学依据。