人类活动是引起生态环境变化的主要因素之一,水土资源利用和生态环境的和谐共生是人类一直追求的重要目标。随着城镇化水平的不断提高,人口的急剧增长以及水土资源开发利用强度明显增强,加剧了生态系统服务功能的不断下降与人类对生态系统服务功能需求的持续增加的矛盾,生态环境系统面临着前所未有的考验,优化水土资源结构成为生态环境保护和经济发展共生的有效途径。我国水土资源优化配置研究相对水资源优化配置和土地资源优化配置起步较晚,但在近十几年的发展过程中也取得了丰硕的成果,对于指导我国农业生产,维持国家粮食安全具有重要意义。然而,以农业生产格局为优化目的的水土资源配置已经逐渐不适应经济的快速发展,在积极推进生态文明建设的同时,研究生态建设与经济发展协调下的水土资源优化配置成为许多学者关注的一个热点问题。本文依据生态系统服务价值理论、可持续发展理论和资源配置理论,在分析水土资源利用、水土资源空间匹配格局和生态系统服务价值三者关系的基础上建立面向生态系统服务的水土资源优化配置模型,并以郑州市为例进行研究,取得主要结论如下:1.探明了水土资源利用和生态系统服务价值的响应关系。郑州市生态系统服务总价值从2003年的464797.50万元增加到2012年的705633.57万元,总体呈波浪式上升趋势;各单一生态系统服务类型价值均呈横“S”型波动变化,但在各时点表现出不同的变化趋势,其中支持服务功能最高,调节服务功能最低,说明支付意愿和支付能力与生态系统服务价值呈正向相关。增加建设用地的评估,有利于全面分析土地利用变化对区域生态系统服务价值的影响。通过相关性分析和通径分析,园地、水域和林地对生态系统服务价值起促进性作用,城镇工矿和交通用地对生态系统服务价值起限制性作用,耕地、滩涂、未利用土地和农村居民点用地对生态系统服务价值的影响作用相对较小。利用灰色关联法分析用水结构变化的驱动因素,表明用地面积对农业用水和生态环境用水影响较大,且直接影响区域生态系统服务价值,对工业用水和生活用水影响较小,但是随着城镇化的发展对生态系统服务价值的变化也有一定影响。2.明确了水土资源空间匹配格局和生态系统服务价值变化的关联性。郑州市水土资源匹配水平从2003年的0.6142降低到2012年的0.5746,期间经历了一个先提高后降低的过程。结合信息熵可知,2003-2007年,经济处于发展的初期,用水的需求逐步明显,集约节约利用的意识逐渐加强,耕地和生态环境用地均衡度没有显著变化,农业用水和生态环境用水均衡度增强,使得水土资源匹配程度明显提高。随着经济发展水平的不断提高,耕地和生态用地的均衡度略有下降,农业用水和生态环境用水变化显著,不合理的利用方式造成生态系统出现功能性紊乱,匹配水平呈现逐渐下降的趋势。利用格兰杰因果关系验证方法,在滞后期为1时,水土资源匹配水平和生态系统服务价值不存在因果关系特征;在滞后期为2时,生态系统服务价值到水土资源匹配水平存在单向因果关系特征;在滞后期为3时,水土资源匹配水平到生态系统服务价值存在单向因果关系特征;在滞后期为4时,水土资源匹配水平和生态系统服务价值存在双向因果关系特征,表明水土资源匹配格局和生态系统服务价值的相互影响作用随着时间和外部因素的推移逐渐加强,且生态系统对水土资源匹配格局的影响较先。3.构建了面向生态系统服务的水土资源优化配置模型。遵循整体性、协调性等原则,在分析水土资源利用、水土资源匹配格局与生态系统服务三者关系的基础上建立面向生态系统服务的水土资源优化配置模型体系,其中水土资源系统模型包括水资源优化配置模型和土地资源优化配置模型,生态环境系统模型包括生态系统服务价值评估模型和生态环境用水模型。利用水土资源空间匹配格局测度模型作为联系水土资源与生态环境的桥梁,以土地利用经济效益、土地利用生态效益最大和区域缺水总量最小为优化目标,根据对土地利用经济效益和土地利用生态效益设置的权重模拟不同情景下的土地资源配置和水资源配置,通过对比配置目标和水土资源匹配系数得到“生态经济并重”情景模式下的水土资源配置是最优方案。该方案下经济效益为33825744.72万元。生态效益706337.00万元,区域缺水量28835×104m3,水土资源匹配系数为0.4138。通过与相关方案进行对比,在改善生态环境,提高水土资源的可持续利用方面具有较强的优势。