经济社会的快速发展导致人类对资源的需求已经超出了自然环境供给范围,资源环境问题日益凸显。自然资本存量的占用和自然资本流量的消耗是可持续性辩论的核心问题。淡水资源作为一种关键的自然资本,具有不可替代的功能:源功能（为人类直接提供淡水资源）、汇功能（中和废物排放且不引起生态环境变化的能力）、生命支持（维持生态系统的功能和健康性）和为人类提供健康及福祉的功能。随着社会的发展和人类生活水平的提高,日益增长的用水需求已成为经济社会可持续发展的重大挑战,农业部门是用水最大的部门,同时也是节水潜力最大的部门,科学评估淡水资源的可持续利用状况,对于保障粮食安全意义重大。三维水足迹模型适用于评估区域淡水资源可持续状况,可区分对淡水资源流量和存量的占用,并能衡量水资源利用的代内公平和代际公平性,但目前三维水足迹模型及其应用仍不够完善。本文在探讨三维水足迹理论基础上,从水质和水量两个角度完善了现有的三维水足迹模型;以1998-2020年中国31省份的农业用水情况为研究对象,采用自下而上的方法核算省级可利用淡水资源量,并采用祖父化方法分配至农业部门,分析中国农业三维水足迹时空演变特征;采用聚类分析等方法对区域农业用水可持续状况进行评估,同时量化农业三维水足迹与经济发展间的脱钩状况,并基于此提出区域农业用水可持续发展的措施。取得的主要研究进展如下:（1）完善了三维水足迹概念、内涵与评价模型。结合水足迹理论和生态经济学理论,完善三维水足迹基本概念和科学内涵,并将其发展为利用代内公平和代际公平评估淡水资源的指标。改进的三维水足迹能够同时考虑淡水资源源功能和汇功能的表达,在指标、结构、功能等方面优于二维水足迹。（2）中国农业水足迹时空差异较大,农业可利用淡水资源量与年降水量变化相同。1998-2020年中国农业水足迹的年均值为3342.5×10~8m3,省级行政区域间农业水足迹变化差异较大,整体农业水足迹随时间变化呈明显下降趋势。中国农业可利用水资源量变化趋势大致与年降水量变化趋势相同。区域亩均耕地农业可利用水量空间分布中,呈现出西南地区最多,华北地区最少的分布特点。时间变化中内蒙古降幅最大,上海增幅最大,这都与区域降水年际差异有密切关联。（3）中国农业三维水足迹空间分布差异明显,农业用水可持续性整体趋势变好。省域一级,农业水资源利用不可持续省级行政区主要分布于华北、华东和西北地区。农业水足迹广度较大省级行政区主要分布于华南和西南地区。中国农业水资源盈余率保持在50%～60%间,但由于中国水资源分布时空不均的特点,农业水资源盈亏时空差异性也较大。建议平衡区域水资源配置,调整作物种植结构,优化区域间农作物流通所带来的虚拟水贸易格局,以此减轻水资源分布不均所带来的局部农业生产用水不可持续状况。（4）聚类结果反映中国整体农业水资源利用状况有变差趋势,农业水-经济类型随时间变化差异较大。农业水聚类结果的空间分布中,华中、华南和西南地区可持续状况较好,华北、华东和西北地区则相反。时间变化中,位于水资源轻度利用型和水资源存量滞后型的省级行政区个数基本维持不变,从1998年的25个减少至2020年的24个。新疆的变化比较明显,从农业水资源轻度利用型逐步变化为水资源重度利用型。农业水-经济类型划分中,华北地区整体农业水-经济关系较差,西北、华中、华东和东北地区部分农业水-经济关系较差。省域间浙江最好,北京最差,并且在2014年后,北京和上海的农业水-经济类型进一步恶化。我国农业用水已经处于库兹涅茨曲线的右半段,即农业水足迹随经济发展减少,但农业水足迹随经济增长而下降阻力增大,需发展农业节水技术和提高灌溉管理水平,提升灌溉水利用率和利用效率,以帮助实现区域农业水资源利用与经济发展间的脱钩关系,以此形成环境与经济发展间的良性循环。