无论是在全球还是区域尺度上，人类对土地利用的改变在不断地导致地表覆盖的加速变化，广泛涉及到全国与各地区资源的有效开发利用与合理保护、生态环境的保护与治理、耕地保护与食物安全、社会经济的可持续发展等一系列重大问题，从而对我国21世纪的发展具有关键性的影响。北方农牧交错带是我国的生态脆弱区，农业生产条件非常严酷，是一条生态危机带，在该区进行土地利用/土地覆盖变化的研究具有非常突出的现实意义。进行土地利用变化的研究必将加深人类对地球系统动力学的深刻理解，能够更好的进行全球生态环境的恢复和建设工作，保证区域的生态安全，优化土地利用模式，对实现全球可持续发展有着重要的科学意义。 本文首先通过文献综述对土地利用变化模拟模型的研究进行了归纳，综合考虑了影响土地利用变化的驱动力；收集相关信息，建立了土地资源信息数据库。在土地资源信息数据库的基础上，通过参照借鉴和对比分析的方法，对北方农牧交错带近30年的土地利用变化进行了综合分析，在这些分析的基础上，建立生态过程与土地利用耦合的模型(TES-LUC)。利用TES-LUC模型，得到北方农牧交错带六种土地利用分配模式下的土地利用空间格局，以及不同的土地利用分布格局所带来的生态效应进行了分析，确定出该区在进行土地利用优化布局时的空间热点地区，并对不同土地利用模式下的生态环境效应进行了分析。本文的主要研究内容及研究结论如下： 1.建立了土地资源信息数据库。针对影响土地利用变化的驱动力在空间单元上的不匹配问题，利用地理信息系统技术(GIS)采用面积权重的基本方法，实现了土地利用驱动力因素在研究单元上的匹配，包括有社会单元的自然化以及自然单元的社会化。土地资源信息数据库主要由地形地貌、气候、土壤、土地利用、社会经济库、专家知识库等六个方面的子数据库组成。 2.构建了生态过程与土地利用耦合模型(TES-LUC)。该模拟模型主要包括土地利用动态分析过程模块、土地利用需求预测模块、生态系统过程模拟模块、土地利用适宜性分析模块、土地利用空间分配模拟模块。在进行土地利用空间定位分配的过程中，TES-LUC模拟模型充分考虑了土地利用变化不仅与土地利用的适宜性程度有关，同时还受区域土地利用数量需求控制、政策因素和土地利用现状的限制，根据土地利用适宜性程度、土地利用空间分布概率以及土地利用类型的转移规则来确定研究单元的土地利用分配类型。TES-LUC模型不同于完全基于经验分析的土地利用模型，具有生态过程与和土地利用耦合的特征，侧重于将土地利用系统作为一个整体。考虑不同的土地利用类型会带来不同的生态过程，将空间分配模块输出的土地利用空间格局作为生态过程模块的初始植被覆盖条件进行生态过程的动态模拟；不同的生态过程结果最终会影响研究单元的土地利用适宜性，因此将生态过程模块动态输出的土壤侵蚀量、土壤有机质含量以及土壤氮含量和净第一性生产力作为土地利用空间分配的一个适宜性评价要素；最终实现了土地利用和生态过程之间的耦合集成。以此来决定每个研究单元的土地利用类型分配达到最适宜状态或者达到决策者的目的。TES-LUC模型可以同步模拟多种土地利用类型的空间优化布局，并对不同的空间优化布局方案同步进行生态环境效应的计算与分析评价，达到土地持续利用的目的。 3.利用TES-LUC模型探讨了我国北方农牧交错带土地利用的变化。从数量、空间格局以及所带来的生态效应三个方面对土地利用变化进行了分析。在数量变化上，研究区耕地和草地的面积呈现先增加再减少的一种趋势，林地面积则呈现出先下降后缓慢回升的趋势，但是总体数量上还是以草地面积为绝对的优势，在数量结构上，70年代北方农牧交错带的耕地、林地、草地的比例结构为0.9:1:1.08，80年代为2.88:1:4.36，90年代为2.3:1:3.15，2000年为1.93:1:2.62。从土地利用类型的空间位置来看，有近一半面积的土地利用方式都发生了变化，根据转化面积的大小，除了在70年代末期表现出来的大量林地转化为耕地和草地之外，我国北方农牧交错带主要的土地利用变化类型表现为耕地和草地之间的相互转化。 4.利用TES-LUC模型分析了土地利用变化的区域分异规律。结合已有的自然生态区的划分，将我国北方农牧交错带划分为8个自然生态区，选取土地利用动态度、土地利用程度以及土地利用变化方向等3个方面的指标对研究区进行了区域分异规律的研究，结果如下：(1)耕地动态度北暖温带落叶阔叶林生态区——北部山地丘陵区最大，温带森林草原生态区最小；林地的动态度高寒草甸生态区最大，暖温带森林草原丛生禾草草原生态区——东南森林草原区最小；草地动态度温带森林草原——丛生禾草草原生态区最大，高寒草甸生态区最小；其他用地的动态度北暖温带落叶阔叶林生态区——黄淮海平原区最大，暖温带森林草原丛生禾草草原生态区-西北丛生禾草草原区最小。(2)土地利用强度北暖温带落叶阔叶林生态区——黄淮海平原区最大，暖温带半荒漠半灌木沙漠生态区最小。(3)土地利用方向从总体上主要表现为耕地和草地之间的相互转换，耕地和草地之间的转化的重要度值均大于22％，但是不同的自然生态区有一定的差异，高寒草甸生态区、暖温带森林草原丛生禾草草原生态区表现为耕地和草地之间的相互转化，暖温带半荒漠半灌木沙漠生态区主要表现为草地向耕地和林地的转化，温带森林草原生态区则表现为林地向草地转化和草地向耕地转化，温带森林草原——丛生禾草草原生态区则主要是耕地向草地的转化，其次是林地向草地的转化，北暖温带落叶阔叶林生态区——北部山地丘陵区主要表现为草地向林地的转化，其次是林地向耕地的转化，北暖温带落叶阔叶林生态区——黄淮海平原区主要表现为林地向耕地的转化，其次是草地向耕地的转化。 5.利用TES-LUC模型分析了不同模式下的土地利用空间优化布局及其生态环境效应。根据研究区的实际情况，设置了六种土地利用分配模式，使用建立的研究区土地资源信息数据库，驱动TES-LUC模型，进行土地利用的空间分配，并同步计算研究区土壤有机质含量、第一性生产力和土壤侵蚀量。结果表明：(1)经过空间优化的土地利用空间分布和土地利用现状相比较，耕地和草地更加集中，耕地主要分布于东部的南北两侧以及西部的东西两个部分，草地则主要分布在中部地区以及北部的广泛地区，林地的空间分布大致和现状保持一致；从不同模式的空间分布比较中可以看出，进行土地利用空间分配时，土地利用变化的热点地区位于东北部地区和西部地区，东北部地区主要表现为林地转化为耕地，在西北地区，主要是草地和耕地之间的相互转化，而在广大的中部地区，则主要是耕地转化为草地。(2)不同的生态系统，其生态效应有很大的差异，区域净第一性生产力的变化从沙地灌木半灌木的43.84gCm-2a-1到典型落叶阔叶林的495.64gCm-2a-1，土壤侵蚀的变化从典型落叶阔叶林的16.5gm-2a-1到农田(玉米)的5952.1gm-2a-1，土壤有机质含量的变化范围从沙地灌木半灌木的4.55gkg-1到典型落叶阔叶林的15.25gkg-1，土壤有机质含量的年际变化也有一定的区别，表现最为明显的就是农田的土壤有机质含量逐渐的降低。(3)不同模式下区域土壤有机质含量、第一性生产力以及土壤侵蚀表现有所不同，整个区域年平均(1976-1999年)土壤有机质含量的大小排序为：适宜性＞适宜性(优林)＞耕地减少＞耕地增加＞现状＞宜耕性；第一性生产力的大小排序为：适宜性(优林)＞适宜性＞耕地减少＞耕地增加＞宜耕性＞现状，土壤侵蚀排序为：宜耕性＞现状＞耕地增加＞适宜性＞适宜性(优林)＞耕地减少。