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生态安全是建立和谐社会的一个重要组成部分，即实现社会经济发展与自然环境的和谐，它是指一个区域的可持续发展不因生存空间和生态环境遭受破坏而受到威胁的状态。在诸多影响区域生态安全的因素中，土地利用/覆盖及其格局的变化是最重要的方面。而土地利用/覆盖变化过程对维持生态系统服务功能起着决定性的作用。因此，如何有效评价土地利用生态效益成为当前研究的热点和前沿课题。当前，有关定量测评土地生态系统服务价值的方法和生态安全定量评价的方法等研究成为国内外学者研究的焦点、难点。
本文结合国家自然科学基金研究项目，选择我国陕北黄土高原作为研究对象，对研究区存在的实际生态问题，通过野外实地调查与测定，利用遥感和地理信息系统(GIS)手段与多元统计分析等方法，从分析区域现状主要生态过程入手，研究了区域的土地利用/覆盖及其格局变化，以及生态服务功能及价值的时空分布。在此基础上，运用GIS手段，并首次应用马氏距离方法，确定了陕北黄土高原的生态安全态势。研究中借助景观生态学理论，运用多目标规划方法和GIS手段；对土地利用的空间布局和比例结构做出优化调整，从而最终获得可视化的陕北黄土高原土地利用安全格局。
本论文共分为七章，第一章综述了土地利用/土地覆盖变化、生态服务功能经济价值和生态安全研究进展。第二章主要阐述了陕北黄土高原的自然、社会、经济状况。第三章是数据的收集、整理、处理以及考察路线。第四章根据陕北黄土高原不同的土地利用变化差异性，从不同时间尺度、空间尺度，从定性到定量，对土地利用变化的区域差异和动态变化进行系统地分析。第五章测算了陕北黄土高原土地利用的生态服务功能的物质量与价值量，同时研究各种服务功能价值时空变化过程，并建立动态绿色生态环境经济核算账户。第六章对陕北黄土高原进行生态安全综合评价，划分生态安全等级体系，并进行土地利用安全格局的优化配置。第七章对全文进行了总结。
在研究中获得的主要结论：①土地利用/土地覆盖格局陕北黄土高原地区林地、草地和未利用地是研究区景观类型主体。1978～2000年期间，研究区通过水土流失综合治理，使难利用地和沙地等土地利用类型转化为有利于改善区域生态环境的林地和草地等。可见，陕北黄土高原水土流失综合治理中种植沙棘等水土保持林地的造林措施效果显著。但也存在一些不利于生态环境建设的因素，使得研究区内体现出“整体转好、局部恶化；边治理边破坏”的局面。景观空间格局指数的分析结果表明，1978年至2000年期间，经过高强度水土流失综合治理，使陕北黄土高原土地利用景观异质性在不断增加，干扰强度增强。同时，研究区景观破碎化过程日益严重，景观趋向不稳定，表明干扰促使景观异质性变大。
②生态服务功能及价值变化本文利用3S技术，对陕北黄土高原土地利用的生态服务功能价值进行了时空动态研究，其结果表明：1978年陕北黄土高原生态系统服务价值为467.23亿元，1990年陕北黄土高原生态系统服务价值为577.03亿元，2000年陕北黄土高原生态系统服务价值为560.99亿元。从1978年至1990年陕北黄土高原的生态价值增加了19.03％，而1990年至2000年陕北黄土高原的生态价值减少了2.86％，但是在22年来陕北黄土高原的生态价值增加了16.71％。若按陕北黄土高原各土地生态系统的平均单位价值来计算，2004年陕北黄土高原生态服务价值为614.98亿元。从2000年到2004年生态服务价值增加了9.62％。
陕北黄土高原生态系统服务功能价值在空间分布上存在一定的差异：从大的区域来讲，1978年到2000年陕北黄土高原生态系统服务价值在增加，并且其增加主要在南部，北部变化不大。但是值得注意的是虽然大趋势是缓慢增加，但是局部地区生态系统服务价值的减少却很剧烈，而且，陕北黄土高原1990年至2000年生态服务价值总体上是在减少。生态环境改善的情况存在区域分布差异，南部改善面积较大但是北部地区改善缓慢。
③生态安全态势2000年陕北黄土高原生态安全状况不容乐观，生态不安全指数水平为0.68，该区整体上处于生态欠安全水平，故需要加强对生态环境的保护和恢复。从空间分布来看，陕北黄土高原的安全生态状况存在着南北高、中部低的趋势。在各个县中，生态不安全等级最低的是黄龙县，生态安全状况较好；而延川属于整个研究区中最不安全地区，生态环境严重恶化。通过对研究区三类不同地貌类型区进行生态安全评价，其结果为：南部低山丘陵区＞北部风沙过渡区＞中部黄土丘陵区。
陕北黄土高原土地利用优化结构中林地、草地、园地、耕地、沙地和未利用地所占的比例分别为32.35％、42.24％、12.02％、10.25％、1.89％和1.25％。优化陕北黄土高原土地利用结构后，区域生态服务价值为892.56亿元，与2000年现状对比，增加了56.71％；与2004年对比，增加了45.14％，总体上，满足了保障生态安全的需要；因此，若在土地利用优化格局下，陕北黄土高原将处于生态较安全等级。各生态安全等级中，生态较安全等级的分布面积最大，其次是生态中度安全等级；生态欠安全等级仅占区域总面积的6.91％；另外，区域内将没有生态不安全区分布。
本论文在以下几个方面有一定进展和突破：①成功通过3S技术，对陕北黄土高原土地利用的生态服务功能价值做时空动态研究，揭示了其变化特点并分析了造成时空差异的原因。
②尝试性地提出了适合陕北黄土高原北部的风沙区生态系统的防风固沙服务功能的价值模型，有效的弥补和改进了传统测算模型。
③在生态服务价值研究的基础上，根据陕北黄土高原的特点，通过对人口压力和生态服务价值做回归分析，再计算生态服务价值随人口压力增长的拐点，得到生态安全的阈值，判定生态不安全区，进一步通过马氏距离法，做相似性判定，而得到整个陕北黄土高原每一个自然生态单元的生态安全状态。最后根据目标规划方法，对陕北黄土高原土地利用和生态安全状况进行了优化配置。