曹妃甸新区是中国近几年来经济发展最快的地区之一,同时也是生态环境较为脆弱的地区之一。近年来该区的快速城市化过程极大的改变了原有的生态系统和环境,对该区乃至更大区域的土地生态安全构成了严峻挑战。在当前该区城市化进程仍快速推进的背景下,如何有效保护区域生态资源和环境,合理配置区域土地资源,维护区域生态安全成为该区亟待解决的关键问题。基于此,该文在深入剖析土地利用与生态安全相互影响机制的基础上,以可持续发展、土壤生态学和景观生态学理论为指导,综合利用遥感、GIS等技术,按照“土地利用动态变化分析——土地生态安全评价——土地生态安全格局构建——土地生态安全格局约束下土地利用格局模拟”的研究思路,全面分析了曹妃甸新区快速城市化过程中土地利用结构与格局变化特征,系统评价和分析了该区城市化过程中土地生态安全的状况及其变化。在此基础上,基于景观生态学的“过程——格局”理论,构建了维护区域基本生态系统服务的综合土地生态安全格局,并对生态安全格局保护情景下土地利用变化进行了预测和模拟。研究结果可为曹妃甸新区生态保护和土地利用格局优化提供参考。主要方法及结论如下:1、曹妃甸新区土地利用动态变化分析利用1995年、2005年及2013年三期土地利用遥感影像解译图,借助GIS,对曹妃甸新区土地利用变化动态度、土地利用类型相互转移情况及土地利用景观格局指数等进行了分析,结果显示,曹妃甸新区1995~2013年土地利用变化可分为2个阶段,1995~2005年为缓慢变化阶段,综合土地利用动态度为0.33%;2005~2013年为快速变化阶段,综合土地利用动态度为3.30%。这与曹妃甸新区城市化进程结果相一致。曹妃甸新区快速城市化发展期间,主要的地类变化表现为建设用地大量占用滩涂。景观格局指数分析可知,曹妃甸新区景观日趋破碎化,同时逐渐由优势景观特征向均质景观特征转变。2、曹妃甸新区土地生态安全评价与预警以2005年和2013年曹妃甸新区土地利用解译图为基础,基于PSR模型构建了快速城市化地区土地生态安全评价指标体系,以1km×1km网格为评价单元,通过插值,在30m×30m像元水平上对曹妃甸新区土地生态安全动态变化进行了评价,并根据变化趋势及现状状态引入分类树方法,对曹妃甸新区土地生态安全进行了预警,结果显示,曹妃甸新区2005年土地生态安全指数(LES)均值为0.551,处于中等安全水平,而2013年为0.517,降为中低安全水平。曹妃甸新区不安全预警及快速退化预警区域主要分布在城市建设用地快速扩展的区域周边,说明城市建设用地的快速扩张是导致区域土地生态安全恶化的最主要因素。工业区、十里海和南堡盐场3个乡镇处于高度预警状态,未来应加强对这3个乡镇的土地生态安全评价和调控。3、曹妃甸新区综合土地生态安全格局构建基于对曹妃甸新区土地生态现状的分析,确定了淡水供给、水资源调节、提供生物生境与水土景观保护为该区基本生态系统服务。基于景观生态学的景观“过程——格局”理论,借助GIS,对维护曹妃甸新区上述基本生态系统服务的单一土地生态安全格局进行了构建,最后通过空间综合,形成不同安全水平的土地生态安全格局。结果显示,曹妃甸新区土地生态安全格局总面积1058.80km2,占区域总面积的53.53%,其中底线生态安全格局面积312.67hm2,占区域总面积的15.81%,底线生态安全格局是保障区域生态安全的基础,需严格保护。4、基于土地生态安全格局的土地利用变化模拟在RS和GIS的支持下,整合MCE方法和CA-Markov模型,对曹妃甸新区2021年生态安全格局保护和无生态保护两种情景下的土地利用格局进行了模拟,并进行了景观指数的比较分析,结果显示,在总生态安全格局范围内,生态安全格局保护情景下新增建设用地量比无生态保护情景下减少17.47km2,说明生态安全格局得到了有效保护;生态安全格局保护情景下底线生态安全格局范围内新增建设用地为0,说明底线生态安全格局得到了完全保护,而在无生态保护情景下,底线生态安全格局范围内新增建设用地为31.07km2。生态安全格局保护情景下,5种地类景观斑块数目均有不同程度的增加,景观更趋于破碎化。由于生态安全格局的保护限制,景观的形状更趋复杂,建设用地与生态用地的分布更趋合理。