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农业用水需求时空分布规律是区域水资源优化配置的重要依据。以黑龙江省12个地级市的主要粮食作物水稻、玉米和大豆作为研究对象，计算了2006-2015年作物生育期内参考作物蒸腾量、作物需水量、有效降雨量、净灌溉需水量及灌溉需求指数等指标数值，借助处理定性概念与定量描述不确定转换的云模型，评价了其时空分布的均匀性和稳定性特征，同时用通径分析法研究净灌溉需水量的变化成因。结果表明：(1)从时间分布上，有效降雨量总体变化幅度相对较大，净灌溉需水量与灌溉需求指数的变化趋势相似，其中2007年净灌溉需求量达到最大值。多年平均净灌溉需水量的分布较为离散、确定性难度量。多年平均有效降雨量的分布不稳定，凝聚程度较低。(2)从空间分布上，参考作物蒸腾量、作物需水量、净灌溉需水量呈现西南地区大于东北地区的分布趋势，小兴安岭地区在参考作物蒸腾量、有效降雨量、净灌溉需水量、灌溉需求指数分布最为离散，同时最不稳定；三江平原地区在作物需水量、有效降雨量和灌溉需求指数的分布均匀性、稳定性最好。与时间分布相比较，各指标空间分布上较为离散、不均匀；(3)影响作物净灌溉需水量的影响因子主要为温度、日照时数、降雨量。