土壤水是联系地表水和地下水的纽带,是水文和气象中的关键变量,对于降水入渗和地表蒸发具有重要调控作用。同时,土壤水也是农作物、林草等植物耗水的主要来源,土壤水分的过高或过低均可能影响作物的正常生长,甚至会导致洪涝或干旱等灾害,影响农业生产,危害社会经济。东北地区农作物以雨养为主,受自然降水和蒸发等因素影响显著,因此研究土壤水分的时空变化对于农业生产具有重要意义。土壤水含量与农作物生长息息相关,农作物生长季内维持正常生长发育各阶段需水量因植物不同而各异。研究作物生长季的需水量对于各个地区的农业种植以及水资源利用具有重要价值。本研究以GLDAS Noah模式下的1948-2010年0.25°×0.25°空间分辨率四层(0-10cm、10-40cm、40-100cm、100-200cm)土壤水分产品和1961-2010年中国气象网提供的月平均数据(土壤水分、日照百分率、平均气温、平均风速、平均相对湿度、降水量、平均水汽压)为基础,评价了GLDAS土壤水分产品的误差特征,通过作物系数法基于Penman-Monteith公式计算作物需水量,在此基础上分析东北地区农作物根区土壤水分的时空变化特征和作物需水量的时空分布特征,最终对东北地区玉米种植范围的水分适宜性进行评价,以期对农业用水管理和农业决策提供服务。研究主要得出以下几方面的成果:(1)通过将GLDAS土壤湿度同化产品与站点真实观测资料进行相关性分析以及误差分析,结果表明:东北地区的GLDAS土壤水分产品与实测数据的相关性较好,0-10cm和10-40cm平均相关系数为0.39,且农田区的均方根误差和偏差值均小于0.07cm3/cm3,该土壤水分产品能够用于土壤水分时空变化分析。(2)基于GLDAS土壤水分数据分析了农作物根区四层土壤湿度1948-2010年的年际变化情况,各层均呈现降低趋势;对农作物生长季内根区四层土壤湿度依据厚度加权平均,得到0-100cm、0-200cm深度的土壤水分,为与后续分析中气象数据的时间范围(1961-2010年)统一,分析1961-2010年东北地区变化趋势的空间分布,得到整个东北地区0-100cm和0-200cm生长季土壤水分基本呈现全区域降低趋势,0-100cm厚度土壤水分平均降低约20mm,0-200cm厚度土壤水分平均降低约25mm,东北地区西部降低程度大于东部地区。(3)利用中国气象数据网的东北地区78个有效站点长时间序列数据(1961-2010年)和Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量,并采用单作物系数法得到各个站点的玉米需水量,采用克里金插值方法得到玉米整个生长季及各个生育阶段需水量的空间分布,发现需水量空间分布均呈现西南向东北方向递减趋势;利用线性拟合得到1961-2010年78个站点的玉米需水量变化率,并采用克里金插值方法得到玉米需水量变化率的空间分布,发现玉米需水量变化率1961-2010年正值或负值同时分布于东北地区,但是整体而言,并未出现显著增加或降低。(4)基于东北地区作物根区土壤水分时空分布特征和农作物需水量的时空变化情况,利用土壤水分与作物需水量之间的差值对东北地区农作物种植范围的水分适宜性进行分析评价,通过将玉米缺水量0值定为适宜性界线,发现2001-2010年的玉米种植范围的水分不适宜区域比1961-1970年东移约1.5°,面积增加约7万km2;若今后持续采用当前种植方式与用水方式,未来玉米种植范围水分不适宜区域将持续扩大,并对粮食安全造成威胁。