干旱区绿洲城镇是国家“一带一路”倡议和“西部大开发”战略的重点地区,也是干旱区人口集聚度最高、人类活动最剧烈、“人-地”关系矛盾最为突出的生态环境脆弱区。伴随着城镇化的快速推进,干旱地区面临着日益严重的人口与耕地资源及生态环境的胁迫压力。河西走廊地区作为典型的干旱区绿洲城镇,曾是我国重点建设的“西北粮仓”,近些年来,该地区城镇与绿洲耕地发生了剧烈变化,尤其是城镇建设用地扩张对干旱区有限耕地资源影响非常严重。研究以河西走廊地区为典型案例区,对于揭示干旱区未来城镇发展规划和耕地有效保护具有重要意义。本文系统梳理了当前国内外研究进展,在相关研究理论的支撑下,借助多源遥感数据及土地利用变化数据综合运用GIS空间分析、马尔科夫链模型、元胞自动机模型、多情景分析等方法深入探索河西走廊地区城镇用地与耕地的时空变化特征与规律,模拟预测河西走廊地区城镇与耕地变化趋势,在此基础上探讨不同情景下民勤县城镇化与农田生产力之间的冲突,以整体的视角权衡分析不同的城镇增长模式。研究结果表明:(1)河西走廊城镇及耕地利用现状分析发现,河西走廊土地利用总体特征以未利用土地和草地为主,城镇用地与耕地仅占研究区域总面积的0.63%、6.35%。河西五市土地利用结构总体上和河西走廊总体特征一致,以未利用土地和草地为主,特殊的是张掖市的草地面积大于未利用土地面积,草地占张掖市总用地面积的38.07%,而未利用土地占36.73%,其他地市均表现为未利用土地占比最大。河西走廊绿洲城镇在空间上的分布特征表现为与耕地紧密结合在一起,城镇被耕地包围。(2)河西走廊城镇及耕地时空演变分析发现,河西走廊城镇建设用地面积与耕地面积具有相同的变化趋势,先减少后增加。具体来看,河西走廊地区耕地面积经历了“减少—急剧增加—平稳增加”的变化过程,城镇建设用地面积则经历了“减少—增加—平稳增加—急剧增加”的波动变化过程。通过内部转换关系探讨其面积变化率上表现的差异发现,耕地转化具有明显的空间性,且不同时期不同地区之间贡献率差异较大。河西走廊地区15.67%的城镇扩张用地来自耕地,其他主要来源于草地、沙漠、戈壁等未利用土地。武威市52.87%的城镇扩张用地来自耕地,而金昌市仅为0.09%。(3)结合Markov与ANN-CA模型模拟预测河西走廊城镇扩张对耕地影响表明,运用人工神经网络与自适应惯性竞争机制结合的元胞自动机模拟2015年河西走廊土地利用,OA和Kappa系数显示模拟效果较好,模拟精度和可靠性均满足要求,可以用来进行多用地类型的预测。预测结果显示2015-2030年河西走廊79.77%的城镇扩张用地将来源于周边耕地,且干旱区城镇中心城市仍是未来绿洲城镇发展的重点,城镇空间扩张方式以外延扩展为主,未来耕地被挤占压力较大。(4)河西走廊地区民勤县为案例研究区对城镇扩张与耕地生产力权衡分析,不同情景下的土地利用竞争分类方案产生不同结果,正常发展方案的选择对于减少研究区域的土地使用竞争并没有效果;保护耕地情景下可以减少土地竞争但城镇化适宜性较低;发展竞争区域方案将损失最适宜农业发展区域;基于正常发展与保护耕地耦合发展方案得到了同时考虑城镇与耕地两种土地利用类别的影响的折衷方案。但是,折衷方案可能与正在出现的历史增长大不相同,决策者和城市规划者需要通过建立城市基础设施和吸引未来人口来逐步改变城市增长轨迹。