粮食安全问题是关系人类生存与发展的重要问题。随着我国经济发展与人口增长,耕地数量减少、耕地质量下降与粮食需求量迅速扩张已经成为不可避免的矛盾。因此,分析研究当前耕地资源的变化格局和态势,切实保护和提高粮食综合生产能力,已经成为必然的战略选择。本文在GIS支持下,建立了张掖市各县域耕地资源、粮食生产以及影响粮食生产的地形地貌、土壤、光热水等自然条件的空间数据库和多年社会经济属性数据库。充分利用GIS技术在空间数据和属性数据、空间分析与输出成图等方面的强大功能。通过数学模型、数理统计方法的定量分析与定性描述相结合,分析了张掖市改革开放以来耕地变化特征及其驱动力,粮食单产变化、区域差异与成因;通过灰色理论分析张掖市粮食生产的主要影响因素,在此基础上运用灰色模型预测未来粮食供求趋势,进而提出保证粮食安全、实现耕地持续利用的对策措施。研究表明:耕地资源是粮食生产的基础,保持一定数量的耕地面积是保障粮食生产的先决条件;从粮食生产发展过程整体上看,粮食单产的提高对粮食产量的增长有重要贡献,总之,二者对粮食生产起着持久约束作用。自改革开放以来,由于经济发展、人口增长以及农业科技进步等因素共同驱动,张掖市耕地数量逐年增加,粮食单产自改革开放以来也有很大提高,但近几年,发展缓慢、徘徊不前,同时由于地形、土壤、光热水等自然条件差异,粮食单产区域差异明显。根据目前的耕地资源、粮食单产与人口发展趋势,在未来20年里,张掖市粮食对满足全市居民的小康水平不成问题,但是应该注意到张掖市的粮食供给呈逐步下降的趋势,到2030年以后,很难满足小康水平的要求,只能满足温饱水平的要求,并且逐步向温饱水平的底限逼近。由此可以看出,张掖市的粮食供给距离满足富裕型水平越来越远,同时随着人民生活水平不断提高,达到富裕水平是必然趋势,所以未来粮食安全问题还很严重。因此,为了保证未来粮食安全应强化耕地保护、严格控制占用耕地,因地制宜开展复垦和开发、土地整理,同时严格控制人口增长、缓解耕地不足的矛盾;应增加投入,大力改造中、低产田,依靠科技进步提高粮食生产,增强粮食和农业发展的后劲;水资源是制约张掖市农业生产的主要因素,只有合理利用水资源,实施虚拟水战略,调整农业产业结构,扩大虚拟水含量低的粮食作物的种植面积,合理控制虚拟水含量较高的粮食作物的播种面积,确保粮食作物播种面积的不断扩大,提高粮食作物耕地利用指数,进而提高粮食作物的产量,确保本区粮食安全。