作物需水量和作物灌溉需水量的时空分析对水资源优化配置和灌溉制度制定至关重要。为了解新疆主要作物棉花、春小麦、冬小麦和玉米生育期需水量和灌溉需水量的时空特征及影响因素，本文基于1960—2020年逐日气象观测数据，采用Penman-Monteith公式和单作物系数法，利用去趋势预置白（TFPW）的Mann-Kendall （TFPW-MK）研究4种作物需水量变化特征，并通过重标极差（R/S）分析法预测未来作物需水量和灌溉需水量的时空演变趋势；运用随机森林模型的重要协变量特征识别原理，分析气象因素与作物需水量的重要性排名，探究了作物需水量的变化成因。结果表明：1) 61年来，新疆主要作物需水量总体呈现“先增后减又增”的变化趋势；作物需水量和灌溉需水量从大到小均依次为：棉花＞玉米＞冬小麦＞春小麦；空间上呈现“南疆＞北疆、东南＞西北、东部＞西部”的格局；主要作物需水量变化范围为：棉花381.20～991.20 mm （均值为654.94 mm），玉米为350.26～924.48 mm （均值为607.98 mm），春小麦为361.96～709.69 mm （均值为464.89 mm），冬小麦为266.47～753.62 mm （均值为495.7 0 mm）；灌溉需水量变化范围为：棉花49.49～975.88 mm （均值为563.19 mm），玉米为52.47～910.85 mm （均值为530.18 mm），春小麦为42.58～701.29mm （均值为409.28 mm），冬小麦为21.94～741.77 mm （均值为418.26 mm），自80年代中后期开始，灌溉需水量下降幅度大于需水量。2) TFPW-MK分析中，近61年来，分布在塔里木盆地北部边缘的沙雅和阿克苏、东疆的巴里坤等12个站点需水量呈上升趋势；分布在塔里木盆地中部的塔中、北疆的克拉玛依和南疆的阿图什等区域的27个站点需水量逐步降低；其余站点呈上下波动。3) 使用R/S方法对未来需水量的预测中，北疆的塔城、托里、富蕴和乌鲁木齐站，东疆的巴里坤，南疆的沙雅、乌恰、塔中、且末和柯坪等站点4种作物需水量和灌溉需水量在未来会减少，而东疆的红柳河、巴里坤与巴音布鲁克的春、冬小麦需水量在未来呈现上升趋势。4) 在作物全育期中，风速和气温是新疆主要作物需水量的最重要影响因素，而降水对新疆主要作物需水量的重要性最小。该研究较为全面的为新疆农业高效用水和灌溉措施的制定提供决策和依据。