为摸清粮食主产区耕地非粮化的总体状况，揭示非粮化的空间分异特征及其成因，以徐州市为研究区域，运用空间自相关分析法、冗余分析法与案例分析法，研究粮食主产区非粮化空间分异特征、主导因素及作用机制。研究表明：徐州市法定耕地内（LF，10.25%）、永久基本农田范围内（BF，7.30%）、两区划定范围内（FF，2.68%）非粮化率呈依次递减态势，城区非粮化率高于远郊；非粮化面积超过500 hm2乡镇为6个，分布于远郊南部和西北角，但非粮化率则从中心向远郊呈递减扩散。非粮化率在FF范围内存在2个高-高集聚区，不同于LF和BF，城区周边明显高于其他区域；RDA分析显示社会经济变量解释了91.85%的非粮化面积特征向量的变化，主要驱动因子包含常住人口、农业人口、农业收入、土地流转率、农业机械总动力，其中非农收入和农业机械劳动力分别是城区与远郊的关键驱动因子。研究表明，粮食主产区非粮化率总体不高，以菜地为主，但不同范围、不同区位非粮化率差异明显，必须高度重视并谨慎对待经济社会因素驱动作用，为未来规范土地流转行为、有序引导种粮意愿、保障国家粮食安全提供科学依据。