水资源是保证人类正常生活、维持社会正常运转的至关重要的自然资源之一。随着经济发展与人口膨胀,水资源的供需矛盾问题逐渐制约着经济社会的可持续发展。虚拟水和水足迹的提出,拓展了人类对水资源的认知范畴。通过核算虚拟水的贸易和消费情况进行更大范围的水资源优化配置可以有效缓解地区水资源压力,因而虚拟水和水足迹理论越来越多的被应用于区域水资源管理政策制定方面。我国的农业用水占用水总量的六成以上,水资源的供需不平衡问题在农业方面更加突出,过高的农业耗水量对地区水资源供给造成较大压力,提高农业用水效率,降低单位农作物生产水足迹对农业可持续发展具有重要作用,因此本文选择开展的农作物虚拟水流动格局研究及种植结构优化调控研究具有重要的理论意义与实践价值。本文以河南省为研究对象,选取小麦、玉米、水稻、豆类、油料、棉花、蔬菜、薯类八种作物,参照《水足迹评价手册》计算方法,核算区域2006-2019年主要作物的生产水足迹,分析其时空分布特征,并基于主成分分析法分析作物总水足迹的影响因子。基于全国31个省区的主要粮食作物生产与消费数据,采用最低运输成本法核算河南省与其它省区的粮食贸易情况,分析河南省主要农作物虚拟水贸易格局,结合STIRPAT模型,运用岭回归分析探讨河南省农作物虚拟水流出量的驱动因子;构建多目标优化模型,探讨河南省经济目标最大化、水资源集约节约利用、粮食安全保障下的区域最优种植结构调整方案。本文主要研究成果与结论如下:（1）基于水足迹评价手册分析河南省2006-2019年河南省农作物单产水足迹的时间分布规律及空间格局。结果表明八种作物的年均单位生产水足迹从大到小依次为棉花、豆类、油料、水稻、小麦、薯类、玉米、蔬菜。时间上各农作物的单产水足迹均呈降低趋势,空间上单产水足迹较大的地区集中在河南省西部和南部。（2）核算并分析2006-2019年八种主要作物总水足迹的时空分布特征,采用主成分分析法分析总水足迹的影响因子。结果表明八种作物年均总水足迹从大到小依次为小麦、玉米、蔬菜、油料、水稻、豆类、棉花、薯类。时间上小麦、玉米、水稻和蔬菜的总水足迹呈上升趋势,豆类、油料、棉花和薯类的总水足迹呈下降趋势,空间上总水足迹较高的地区集中在河南省中南部。影响总水足迹的第一主成分因子和第三主成分因子主要为作物种植面积,第二主成分和第四主成分主要为气象因素。（3）基于最低运输成本法分析2019年河南省农作物虚拟水流动结构及其空间格局,并采用扩展STIRPAT模型探讨虚拟水输出量的驱动机制。结果表明河南省向外运输的粮食作物主要为小麦、玉米、水稻、油料,其中,小麦和玉米的流出量较大,虚拟水输出量较大;水稻和油料的流出量较小,虚拟水输出量较小,这主要是由各作物种植面积的差异性决定的。模型选取人口指标、经济发展指标、农业技术水平指标作为自变量,2011-2019年主要农作物虚拟水流出量作为因变量,结果表明河南省虚拟水输出量的正向驱动因子包括人口、人均机械动力、作物种植面积和第一产业占比,负向驱动因子包括人均GDP、居民消费水平、第三产业占比和城镇化率。（4）采用多目标优化模型探讨河南省八种农作物最优种植结构。模型目标函数包括经济效益最大和生产蓝水足迹最小,约束条件包括耕地面积约束、农业可用水量约束、粮食安全约束、蔬菜最低需求约束,结果表明调整后小麦、玉米、水稻、豆类、油料、棉花、蔬菜、薯类的种植面积变为551万hm~2、417万hm~2、47万hm~2、14万hm~2、130万hm~2、1万hm~2、188万hm~2、52万hm~2。经济效益增加187亿元;八种作物生产蓝水足迹降低10亿m~3;粮食贸易量减少249万t,内嵌在农作物中的虚拟水流出量减少16亿m~3。