土地是人类生存和发展且不可替代的、短期内不可再生的自然资源，它既是环境的重要组分，又是其它自然资源和社会资源的载体。不合理的土地利用方式将导致生态环境的恶化，使土地生产力不断下降。因此，在综合考虑社会、经济、环境条件的基础上，实施区域性的土地利用优化，是缓解土地压力、避免人类活动破坏现有土地资源的重要途径之一。 在文献综述的基础上，本文对现有的区域土地利用优化模型的研究现状进行了分析。研究表明，土地利用结构的变化往往直接影响区域水土流失的状况，但以往的研究只关注数量结构的变化而忽视了空间位置关系。在已有研究的基础上，本文基于地理信息系统(GIS)的空间分析功能，提出了一个既能反映土地利用数量结构变化又能表征其空间位置关系改变的土地利用空间特征指标，并把空间特征指标作为区域性土地利用优化模型的目标函数，来实现区域土地利用空间结构的优化配置。 首先，在研究区域土地利用现状、特点和变化趋势的基础上，提出了区域土地利用空间结构特征指标SSI2的计算方法。在计算方法中，位于不同海拔高度的各土地利用类型在影响水土流失方面的权重用层次分析法确定；区域土地利用空间垂直结构特征用一个综合特征指标反映；水土流失的变化趋势通过土地利用空间垂直结构特征指标间接描述。然后再对计算获得的指标进行两步修正。第一步是进行距离修正，考虑河道的位置与各类土地利用关系的影响；第二步是引入地形修正系数，把坡度的影响以修正系数的形式融入特征指标中。SSI2计算结果表明，土地利用空间结构特征指标与土壤侵蚀模数呈很好的负相关性，指标本身能较准确地表征三维空间内人类活动对土壤侵蚀的影响强度。 其次，在GIS的支持下，基于土地利用空间特征指标实现了区域性土地利用空间结构优化模型。该模型的目标函数定义为土地利用空间结构特征指标值的最大化；决策变量定义为位于不同高程的土地利用类型；约束条件定义为土地总面积约束、各类用地需求约束、非负变量约束、地形条件约束以及当地政府保护生态环境、实施流域综合治理等方面的政策约束。 最后利用GAMS最优值计算软件，同时结合延河流域的综合治理规划，对杏子河流域的土地资源进行了空间优化配置，之后从生态环境效益、经济效益与土地利用空间结构三个角度对优化结果进行了评价。模型计算结果表明，流域土壤侵蚀模数下降，生态环境将得到明显改善；区域经济效益得到提高，经济林的种植面积扩大，人均经济林拥有量达4.6亩，农民收入结构改变，农业GDP构成比趋于合理；区域土地利用空间结构得到优化，70％以上陡坡耕地实现退耕还林、还草，80％以上的生态林位于陡坡地区，且耕地的空间垂直结构得到优化，高海拔区域的耕地面积比重下降，林地的平均海拔高度上升。 本文建立的基于土地利用空间结构特征指标的流域土地利用空间结构优化模型与一般的土地利用优化模型相比，能够更准确地描述黄土高原沟壑区海拔高度、坡度条件等空间要素引起的优化模型参数在三维空间内的变化；模型以土地利用空间结构特征指标SSI2为目标函数，以293个约束性信息单元为基础建立流域土地利用优化配置模型，同时兼顾区域开发政策以及人口、自然资源等因素的约束，将多个目标协调起来达到综合效益的最优；此模型的优化结果落实在每个信息单元内，反映了图斑内部各类用地的空间垂直分异规律和坡度分布状况，对开展区域水土保持和实现区域可持续发展具有十分重要的意义。