国以民为本、民以食为天、粮以地为基,粮食安全事关国是民生。上世纪九十年代以来,我国奉行最严格的耕地保护制度,耕地保护意识深入人心,其内涵随耕地认知的逐步深入而发生改变。近年来,中国北方地区耕地总体呈现扩张趋势,对全国粮食增产贡献日益突出。探明北方地区耕地变化特征及内部驱动力,理清耕地面积与粮食生产的耦合关系,正确看待农业要素替代对耕地系统正向转化的积极影响,关注到耕地保护的核心本质以及辩证看待边际土地对于耕地扩张做出贡献至关重要,这为后续耕地保护政策的制定以及区域农业规划提供理论支撑,对促进耕地可持续利用、农业高质量发展和强化夯实粮食安全基础意义重大。本研究以中国北方12省市为研究区域,探究北方地区耕地面积变化与粮食增产的时空耦合关系。首先,从地市层面入手,在分析研究区耕地利用特征与粮食生产特征的基础上,利用1995、2005、2010和2015年四期土地利用遥感解译数据刻画了研究区1995-2015年的耕地的时空变化格局及耕地转入来源特征。其次,利用全局莫兰指数和局部莫兰指数分别探究了研究期内北方地区地级市耕地数量与粮食产量的空间集聚特征及时空耦合格局并定量分析了二者不同耦合类型的变化趋势。再者,借助多元逐步回归模型,开展了典型区域气候与农业技术因素对耕地扩张的影响分析。然后,利用柯布-道格拉斯生产函数测度了耕地面积与其他主要农业因素对粮食增产的贡献,揭示了北方地区耕地面积变化对粮食增产的独特意义。最后,基于要素替代理论与人地耦合系统理论提出北方地区耕地优化利用理论框架并依据研究结果针对不同耕粮耦合类型区提出耕地优化利用调控策略。主要研究结论如下:（1）1995-2015年,北方地区耕地面积总体呈现上升趋势,新增耕地主要集中以塔城、喀什和巴音郭楞地区为代表的新疆大部地区、内蒙古-长城沿线地带、陇中高原及关中平原为代表的中西部地区,占比超过70%。耕地面积净增加274.95×10~4hm~2,集中于新疆西部、内蒙古东部及长城沿线和黑龙江省,同时该地区也是耕地增加动态度较高的区域。期间,耕地同其他用地类型转化明显,中西部地区以草地-耕地、未利用地-耕地两种转化类型为主,而东部地区的新增耕地多由林地和其他用地补充,这可能会带来区域生态退化的风险。（2）1995-2015年中国北方耕地面积与粮食产量具有较强的时空关联特征,二者空间集聚格局高度重合,均呈现“低值离散、高值集聚”的集聚特征且愈发增强。对于耕地面积和粮食生产的高高集聚区,应加强对耕地“三位一体”保护,注重提升农民种粮积极性及粮食生产效率,突出耕地面积和粮食生产双集中的协同优势。研究期间,耕地数量增加的城市占比由53.45%上升至72.42%,而粮食增产地市占比却未获得同等程度的提高,由75.86%下降至68.97%,需警惕北方地区地市维度粮食保障功能存在减弱风险。（3）2005-2009年,唯有农业机械总动力和年平均温度两项因素对新疆地区耕地扩张影响始终显著。前者对于耕地扩张的影响始终呈现日益增大的正向促进趋势,而后者反之。2005-2006年,新疆地区耕地扩张的正向驱动因素皆为有效灌溉面积、农用薄膜使用量和农业机械总动力,三者回归系数均值依次为0.3643、0.1697和0.2506;2009-2010年,耕地扩张的正向驱动因素进一步集中体现在农业机械总动力和化肥施用折纯量两方面,且存在以农业机械总动力为主导的特征。新疆地区地广人稀,农业机械的大量投入使用大大节约了人力投入,提升农业生产的效率,同时当地耕地面积增加依赖于边际土地开垦,化肥施用可以增强土壤肥力,新疆地区耕地扩张对农业机械化水平提高和化肥使用的依赖程度日益加深。（4）1995-2015年,耕地面积增加、农田水利设施建设与化肥施用是促进北方地区粮食增产的主要因素。粮食增产日益依赖于农田水利设施建设与农业机械化水平的提升,而粮食增产对于人力的依赖程度在降低,耕地面积和化肥施用量始终是保障粮食增产的关键所在。加强农田水利设施建设、提高化肥利用率和耕作的机械化水平,维持一定数量的耕地面积对于保障和提高粮食安全保障能力至关重要。耕地面积增加是粮食增产的根本驱动因素且平均贡献最大。近年来,高强度的化肥使用以及大规模的迅速的开荒行为予以原本脆弱的生态环境更为沉重的环境负担,不利于区域乃至国家粮食安全的维系。（5）得益于农业要素的替代作用,北方耕地实现大规模扩张。辩证看待要素替代的积极影响,推动农业要素替代对耕地扩张的正向转化,重视耕粮耦合关系,因地制宜处理好二者关系;警惕扩张表象背后的生态隐患,切实关注到耕地保护的本质即为保护耕地的产能;正确看待边际土地的贡献,提出合理利用边际土地的建议,鼓励边际土地的提质改造与生态建设以实现同保障国家粮食安全、助力乡村振兴等战略目标的充分融合。