退耕还林工程是一项时间长、规模宏大、涉及领域广泛的系统工程，不仅关系到千百万农民的切身利益，同时也关系到粮食安全和水资源平衡问题。退耕还林工程实施过程中所面临的问题，突出的体现在如何根据特定区域社会经济发展水平、生态环境建设和保护需要，在粮食安全和生态用水等一系列条件制约下，确定“哪该退”、“退多少”、“退耕之后种什么”，以及采取什么样的“植被恢复模式”等关键理论和技术方法。为此，论文以可持续发展理论和生态恢复植被理论为指导，以地处坝上高原农林交错区的河北省张北县为研究对象，地理信息系统(GIS)为研究平台，借助于相应的数学分析方法，探寻解决上述问题的有效途径与方法。 研究结果表明，综合运用地理信息系统、数据库技术建立退耕还林基础信息库是有效开展退耕还林决策研究的基础。研究中利用MapInfo、ERDAS和FoxPro等图形图像和数据管理软件，通过对各种图形数据采用扫描仪输入、屏幕数字化、叠加等一系列操作，生成了地块图和各种要素图；通过对属性数据输入、数据编码、编程等一系列处理，生成了属性数据库；通过建立关键字段的方法，实现了二者之间的互访查询，最终建立了张北县退耕还林还草本底信息库。 在对土地资源进行现状诊断的基础上，应用主成分分析法和专家咨询法构建了土地评价指标体系，应用层次分析法和专家咨询法确定了各参评指标的权重，采用综合指数法和限制因素法相结合，以地块为评价的基础单位，对张北县的土地资源进行了土地适宜性评价，并确定了划分等级界限值以及其计算方法，得出的评价结果符合实际，客观可行。这一结果从理论上解决了如何确定土地利用方向问题，即“哪该退”的问题。 利用MapInfo软件分析功能，将土地利用现状图和土地适宜性评价图进行叠加分析，临界适宜和不适宜土地已开垦的要退耕，利用SQL选择模块最终确定了退耕地块及还林还草地。研究结果显示，全县退耕理论面积为51277.2hm~2，占耕地总面积的40.1％；还林面积为13245.9hm~2，占退耕地面积的25.8％；还草面积为38021.3hm~2，占退耕地面积的74.2％，从理论与技术上解决了“退多少”的问题。 鉴于土地资源动态变化特征和粮食安全需要，研究中采用最小人均耕地面积和耕地压力指数模型，对张北县各乡镇退耕可能造成的粮食安全问题进行分析。并根据分析结果，结合实际情况，以最小人均耕地面积为调控器，以耕地压力指数为粮食安全状况指示器，确定了张北县退耕还林还草工程的调控机制。该机制可操作性强，可随时通过更新社会经济数据库，重新确定参数值，通过模型计算，可确定年度退耕计划并制定相应的调控措施，解决了如何根据社会经济、资源环境动态变化信息，实现退耕还林动态决策的技术途径。 在Gls软件支持下，通过对退耕地立地因子进行分析，确定了13个立地类型和在此基础上进行了立地评价。根据立地等级和各立地条件特点，进行了适地适树(草)研究，进而确定了各立地类型的育林方向、树、草种选择以及相应的林草恢复模式，从而系统的解决了“退了以后种什么”以及“采取什么样的植被恢复模式”问题。