粮食生产潜力研究是粮食安全研究的重要内容。工业革命以来,全球气候变化加剧,水资源匮乏,新的气候环境下世界粮食安全压力增大。我国是人口大国,对我国的粮食生产潜力及灌溉水贡献进行定量研究对保障我国粮食安全具有重要的研究意义。以2010年我国耕地空间分布遥感监测数据为基础,结合1981年～2010年的平均气候状况及土壤、地形等数据,采用AEZ (Agro-Ecological Zones)模型,综合考虑光、温、水、C02浓度、病虫害、农业气候限制、土壤、地形等多方面因素,在估算中国水稻、小麦、玉米和大豆四种主要农作物在雨养和灌溉两种情景下的生产潜力及适宜种植面积的基础上,分析了四种主要农作物生产潜力及灌溉水对粮食生产潜力的贡献的空间格局特征。研究结论如下：(1)从生产潜力看,无论雨养还是灌溉情景下,玉米的全国生产潜力总量最高,其次是小麦和水稻,大豆最低。(2)两种情景下四种作物适宜种植面积空间分布差异显著。水稻适宜种植面积在雨养和灌溉两种情景下分布差异显著：在雨养情景下仅分布在中国南部,广大北方地区无法种植水稻,适宜种植面积仅57.82百万公顷。高值区主要集中在长江中下游沿线地区、两湖平原和鄱阳湖平原等地；而在灌溉情景下明显向北扩张,水稻适宜种植面积达152.31百万公顷,尤其是东北平原和黄淮海平原,成为水稻的高产种植区。其他三种作物在雨养和灌溉两种情景下分布差异较小：在雨养情景下黄淮海平原南部、长江中下游平原沿长江以北的地区、东北平原部分地区是我国的小麦、玉米和大豆生产潜力高值区主要集中交汇处；在灌溉情景下这三种作物的适宜种植区面积扩张较小,在10百万公顷左右,主要集中在北方干旱半干旱地区。可见除了水稻,其他三种作物在灌溉情景下比雨养情景下生产潜力总量的增加,主要是通过原有适宜种植区上的生产潜力的提高而不是适宜种植区面积的增加来获得的。(3)四种作物的灌溉水贡献量及空间分布差异显著。分作物看,灌溉水对水稻生产潜力贡献最大,达373.55百万吨,对大豆生产潜力贡献最小。灌溉水对水稻生产潜力贡献的空间分布与其他三种作物有所差别。灌溉水对水稻生产潜力最大的农业区是黄淮海平原和东北三大平原,雨养情景下水稻不需要灌溉补给的地区主要分布在长江中下游平原地区的湖南、江西、浙江和华南区北部；灌溉水对玉米、小麦和大豆生产潜力贡献较大的地区大体一致集中分布在我国北方,且大致呈现由东南向西北增加的趋势,在新疆绿洲、河西走廊、河套平原、阴山山麓、科尔沁沙地等地灌溉水贡献量最大。这三种作物没有灌溉需求的地区大致集中在长白山东麓小部分地区、四川盆地或贵州和两广地区、洞庭湖平原和鄱阳湖平原等地。(4)总体上,在雨养和灌溉情景下我国粮食生产潜力总量和适宜种植面积排名前三的均为：长江中下游地区、黄淮海平原、东北平原,而华南区和青藏高原区排名末位。作物生产潜力的灌溉水贡献量最高的是北方干旱半干旱区,作物的灌溉需求面积最大的是黄淮海平原区、东北平原区和北方干旱半干旱区。研究揭示了中国近30年气候环境下主要粮食作物生产潜力及其灌溉水贡献量的空间格局特征,对于我国主要粮食作物生产布局调整、农业水利灌溉设施建设、人口政策和土地政策制定,及国家粮食安全的保障均具有重要意义。