农业的基本战略核心问题是作物种植的可持续发展,其对于保障粮食生产安全具有重要意义。快速、准确地掌握耕地变化情况、作物种植模式、种植面积等信息,是实现区域种植业可持续发展的基本条件,对粮食供需尚未实现自我平衡的我国西北地区尤为重要。本研究针对西北地区土地利用方式变化频繁、作物类型多样、种植制度复杂的特点,以陕西省关中地区为研究区域,采用250m空间分辨率、16d最大值合成的Moderate-resolution Imageing Spectroradiometer(MODIS)Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)时序影像,依据主要土地覆被类型及主要种植作物的NDVI曲线变化特征,结合当地作物物候历,提取了耕地、种植制度以及主要粮食作物的种植信息,并系统分析了研究区2000-2014年间耕地复种指数以及冬小麦、玉米生产布局的变化趋势和分布格局,探讨城镇化发展和农业经济转型对粮食作物生产的影响。研究结果可为区域农业生产布局、农业供给侧改革相关决策制订提供科学依据,对应用遥感技术在西部地区进行农业生产调查和监测具有一定的借鉴意义。研究取得的主要结果如下:(1)关中地区2000-2014年平均耕地面积为1828.98 × l03hm2,所辖地市耕地面积渭南(673.07 × 103hm2)>咸阳(394.25 × 103hm2)>西安(338.51 × 103hm2)>宝鸡(311.63× 103hm2)>铜川(111.52× l03hm2)。空间上耕地主要集中分布在中部渭河两岸阶地;北部黄土高原耕地密度相对较小,分布较为分散;南部秦岭山区仅在山间谷地有少量耕地分布。从县域耕地数量和土地面积占比可以看出研究区耕地呈现明显的中间密、南北稀,东部多、西部少的格局特征。15a间关中地区耕地面积整体呈下降趋势,其中2014年以前变化幅度较小,而2014年出现明显下降。耕地流转主要发生在渭河沿岸的城镇周边,新型城镇化规划的实施使城乡结合部耕地流失较多;北部如陇县、千阳等地以及中部礼泉则因经济农业发展推动部分耕地由种植粮食作物转为栽植果树;而休闲旅游业的开发使得秦岭北麓山脚的耕地南界出现一定程度的北移。(2)关中地区作物种植制度包括一年一熟和一年两熟,2000-2014年平均复种指数为142.7%。其中一年两熟制耕地主要分布于低海拔的渭河二、三级阶地,北部黄土台塬和秦岭山地基本为一年一熟,东部以大荔为中心,包括合阳、蒲城、临渭部分平原地区也主要执行一年一熟制。县域复种指数呈现明显的辐射状格局,以西安市区为中心向四周递减。时间变化上,复种指数总体呈下降趋势,从2000年的156.4%降低到2014年的140.1%。其中2005年以前下降速度较慢,降幅不足2%,而2005年以后下降速度增快,降幅达9.2%。复种指数下降主要是中部平原周边的耕地由一年两熟制改为一年一熟制,其中以粮食生产为主的区县复种指数下降较慢,果业生产比例高的区县复种指数下降较快。离中心城市距离较近,城镇化发展速度快的中部区域复种指数下降明显。(3)通过分析研究区冬小麦、玉米与其他作物NDVI时序曲线的特征差异,提取2000-2014年关中地区冬小麦和玉米种植面积,结果分别为928.47 × 103 hm2和935.07 ×103hm2。空间上冬小麦和玉米的种植分布呈现较为明显的三极格局,其中冬小麦-夏玉米主要种植于关中中部,且种植面积不断缩减,单季冬小麦和单季春玉米主要种植区分居关中西北和东北,并有扩张趋势。总体上冬小麦种植总面积在15 a间主要呈下降趋势,年均降幅1.94%,而玉米种植总面积先上升后下降,年均降幅为1.83%。(4)选取2000、2007和2014三个年度的冬小麦、玉米种植面积和空间分布图,通过统计分析和空间叠置分析获取相应时段关中地区主要作物种植面积变化规律及作物种植类型转移方式。结果表明:①2000-2007年间,单季春玉米种植面积增加405.91 ×103hm2,增幅为196.19%;冬小麦-夏玉米和单季冬小麦种植面积则分别减少了 292.89 × 103 hm2和3.04 × 103 hm2,降幅分别为39.78%和0.8%。其中单季春玉米增加面积主要来自其他作物类型,共转入了 229.51 × 103hm2,而其转出类型也主要为其他作物,共转出55.95 × 103hm2;单季冬小麦种植面积变化较小,但流动性仍然较大,转入和转出面积最大的种植类型分别为其他作物(117.89×103hm2)和单季春玉米(110.8×103hm2);冬小麦-夏玉米主要转入转出类型为单季冬小麦(59.79 ×103hm2)和其他作物(159.96 ×103hm2)。②2007-2014年间,单季冬小麦种植面积有少量增加,共增加了 6.19 ×103hm2,增幅1.65%;而单季春玉米和冬小麦-夏玉米分别减少了 334.11 × 103hm2和37.46 × 103hm2,降幅分别为54.52%和8.45%。其中单季冬小麦仍然表现出较强的流动性,主要转入和转出类型分别为冬小麦-夏玉米(132.78 ×103hm2)和其他作物(114.87 ×103hm2);单季春玉米以转出为其他作物类型(226.97 ×103hm2)为主,最大转入量也同样来自其他作物(63.15 ×103hm2);冬小麦-夏玉米的最大转入转出类型则分别为其他作物(103.39 ×103hm2)和单季冬小麦(132.78 ×103hm2)。③15 a间关中地区冬小麦种植总面积持续减少,转移方向主要为其他作物类型,其中2000-2007阶段下降剧烈,2007-2014阶段下降速度较慢,转出变化空间上主要分布在关中地区东北部、咸阳北部高原以及蓝田、临潼交界处;玉米种植总面积总体为减少趋势,转移方向同样为其他作物类型,但在2000-2007阶段先呈增加趋势,2007-2014阶段则大幅下降,转出变化空间上主要分布于东部大荔及其周边,以及凤翔、陈仓和长安等地;一年两熟制的冬小麦-夏玉米种植面积明显下降,是研究区冬小麦、玉米种植面积减少的主要源头。