人类为了自身的生存与发展对耕地生态系统进行开发利用以获取直接和间接福利,引起的农作物种植结构变化是耕地利用变化的最主要形式。农作物种植结构作为人类利用农业生产资源状况的直观体现,是分析农作物种类、数量结构和空间分布的重要信息,也是研究农作物生产平衡、优化农业生产管理和调整农作物种植空间布局的重要数据源。在及时准确获取农作物种植结构信息的基础上掌握农作物种植结构时空格局变化特征及驱动机制,对解决人地之间日益突出的矛盾、实现区域可持续发展和保障国家粮食安全都具有重要意义。鉴于此,本文以黑河流域为研究区,根据研究的空间和时间尺度,以及黑河流域耕地地块破碎、农作物种植结构复杂的特征,选定TM/ETM+/OLI影像为本研究的适宜数据源,结合农作物物候信息,利用多时相NDVI法、时间窗口阈值法和决策树分类提取了2007、2012和2014年黑河流域农作物种植结构信息,揭示了其时空格局变化特征及驱动力,并从农作物种植结构的角度估算了农作物的生态服务价值,分析了农作物种植结构变化对耕地生态服务价值的影响。主要的研究结论:(1)具有较高空间分辨率和适宜时间分辨率的TM/ETM+/OLI影像,是在耕地地块破碎、农作物种植结构复杂的较大空间尺度地区进行长时间尺度跨度的农作物种植结构遥感提取研究的理想数据源,在本研究中2012年黑河流域农作物种植结构提取的总体精度为85.51%。(2)2007-2014年,黑河流域玉米分布最广泛,主要分布于甘州区、临泽县、高台县、肃州区和金塔县,小麦、大麦和油菜主要分布于民乐县和山丹县;玉米和油菜的种植面积和比例呈增加趋势,小麦和大麦的种植面积和比例呈减少趋势;整体上,玉米呈现出集中种植趋势,小麦、大麦和油菜呈现分散种植趋势,玉米种植的优势度高于小麦、大麦和油菜且呈增加趋势;人类生产活动的干预使耕地景观的农作物分布趋于破碎化、多样化。(3)黑河流域农作物种植结构变化是农户对种植农作物类型更理性选择的结果,农户的理性选择受社会经济、政策、自然条件和其他因素的共同影响。在自然条件适宜的前提下,农户一般会优先选择种植经济效益较高的经济作物。(4)黑河流域玉米和油菜的种植面积增加、小麦和大麦的种植面积下降,不仅有助于提高农户农作物种植的经济收益和缓解农业灌溉用水在时间上的矛盾,还有利于提高黑河流域耕地生态系统的服务价值和维持流域可持续发展。