土地利用变化导致了全球气候变暖,其原因之一是在区域经济发展驱动下,现有的土地利用调控手段未能实现土地资源时空优化的低碳与经济目标。土地不仅具有生产、承载与资产功能,还具有调控和优化劳动、资本、能源和其它资源投入结构、类型与布局的功能,因此,通过寻求区域合理的土地利用模式,探索土地利用优化格局并深入挖掘其“节能减排”潜力,是目前土地利用过程中迫切需要解决的关键问题之一。本文以泰兴市为典型研究区域,利用系统分析、遥感与调查、模型构建、模拟试验等方法,研究土地利用格局(即结构与布局)变化的驱动力,模拟其过程与机理,建立了一套适合经济快速发展地区的“低碳、节能、高效”等多目标约束的土地利用格局变化模拟与优化调控机理方法,为区域土地利用决策与制定相应节能减排等措施提供参考,成果对于我国土地可持续利用、实现低碳排放产业体系和消费模式、拓展土地时空模拟方法等方面具有一定的理论价值和实践意义。主要研究内容和结论如下：(1)利用Spot卫星遥感影像及其动态协同识别技术研究泰兴市2001、2005、2010年的土地利用现状,并与相关决策数据建立GRID数据库。近10年来土地利用格局变化规律表明,建设用地产出能力明显提升,保障其需求并提高集约度,对经济发展升级意义重大,土地利用主要问题是耕地数量持续减少质量下降、基本农田保护任务艰决、建设用地急剧扩张、农村居民点比重过高、节能减排和环境保护压力大等。(2)结合区域的土地经济、生态和社会功能发展要求,建立土地利用空间功能分区指标和分区方法,将研究区域划分为“优化利用、重点利用、适度利用、禁止利用”等功能区,确定各功能区的土地利用方向和功能定位,研究功能区控制对于驱动力的空间作用机制,为其管理政策因素数据采集提供参考。(3)利用地图代数研究基于GRID的土地利用结构变化状态转移矩阵,利用“信息熵”理论和“洛伦茨”曲线研究土地利用格局变化的时空分异特征,认为土地利用结构日趋稳定和均衡,耕地洛伦兹曲线与绝对均匀线较近,各乡镇与全市耕地保护政策需一致,城镇工矿用地与绝对均匀线的距离大,新增建设用地分布与各乡镇经济社会发展密切相关。选取国内生产总值、人口总量、固定资产投资、非农产值比重、城镇化水平、粮食单产水平、农业产业结构、耕地保护政策等因素,利用PCA方法将其划分为土地利用结构变化的三类主要驱动因素：认为“城镇发展”因素能缓解人口增长带来的土地利用结构转化压力,对于推进农村居民点整理和农业结构调整贡献较大；“市场经济”因素能促进经济增长方式的转变,实现工业项目向园区集中,盘活存量用地挖潜有效调控建设用地扩张；“管理技术”因素有助于实现差别化的空间土地管理措施,合理引导土地利用方向。在此基础上利用Logistic建立土地利用结构变化的驱动力模型。(4)通过分析土地适宜度与土地利用布局变化、驱动力、优化调控之间的关系,提出了土地适宜度为地类在未来空间分布可能性的概念。从构成土地适宜度空间分布差异性的角度,确定了土地利用布局变化的自然、社会经济、区位交通、管理政策等“加权型”和“累积型”两类驱动因素及其权重,其中重点分析土地利用空间功能区控制、基本农田保护、农地(质量)保护、建设用地控制、生态保护、碳排放控制等因素的驱动机制和数量化方法,基于该驱动因素利用PCA、Logistic建立土地适宜度评价模型与土地利用布局变化驱动力模型。分析了研究区耕地、园林地、其它农用地、城镇工矿用地、农村居民点、交通水利及其它用地、水域、滩涂沼泽自然地等地类的土地适宜度的空间特征,认为“一区四园”的城镇工矿用地等建设用地的土地适宜度较高,而耕地、园林地等农用地适宜度与此相反。(5)基于土地利用结构与布局变化驱动力模型利用Markov、元胞自动机(CA)、网格分形等模型研究土地利用结构变化预测方法以及布局空间变化模拟方法。模拟分析了研究区2010-2020年的土地利用格局变化趋势,认为农用地和未利用地减少的趋势不可避免,建设用地将继续扩张,并集中分布在虹桥、滨江、泰兴、姚王、黄桥等“一区四园”乡镇,虽然符合国民经济空间发展要求,但是对照土地调控指标,土地利用格局变化的优化调控任务艰巨。(6)结合区域土地利用的经济、生态和社会功能变化趋势,根据“低碳、节能、高效”的土地利用目标,建立土地利用格局优化调控的CO2排放、经济效益、生态价值、能耗、空间聚集度、邻域结构及其综合效益目标函数,研究了“低碳型、低碳经济型、经济型”等三种土地利用(调控)模式及其判断参数,认为应根据社会经济发展阶段选择合适的模式。基于土地利用格局变化预测模拟结果,首先利用Markov、线性优化等建立了区域土地利用结构变化动态优化调控模型及其求解方法,在此基础上以网格局域土地单元为对象,利用CA、网格分形等模型研究全局优化CA转移规则,建立了土地利用布局变化动态优化(模拟)调控方法及调控方案评价方法,形成一个适用于县域尺度的、“自上而下与自下而上”相结合的土地利用格局变化优化调控方法体系。分别以判断参数α=0.7、0.5、0.3研究2020年三种土地利用调控方案,并与2010年现状、2020年实际规划就土地利用的综合效果、碳排放效果、生态服务效果等进行综合评价。认为实际规划与“低碳经济型”方案比较接近,各方案土地利用格局基本上遵从土地利用空间功能定位且格局有所优化,其中新增建设用地的70%布局在以虹桥、滨江、主城区、姚王、黄桥等“T”字型区域,园林地、耕地(基本农田)主要分布其两翼,园林地面积有所增加,各地类规模结构基本满足宏观要求,并有可能抑制碳排放增加趋势；认为选择“经济型”方案需提高农用地和未利用地比例,加强基础设施建设和土地生态环境的整治和保护,按照土地利用功能定位,合理引导建设用地向园区集中,总体上降低区域碳排放量；认为选择“低碳型”方案需加大农用地和未利用地的保护力度,通过盘活建设用地存量和推进农村居民点整理等措施,消除严格抑制建设用地规模扩张对经济发展产生的影响；认为“低碳经济型”方案需综合利用以上措施,与有关土地管理技术相结合,推进区域经济转型升级。(7)在GRID空间数据概念模型的基础上,集成了基于GRID的遥感影像动态协同识别技术、空间数据、模型库、决策方法、移动智能终端等土地利用格局模拟与优化调控支持技术,按照DSS的系统构架,利用3S.GPRS等技术通过‘GRID-GIS"的人机界面,初步集成开发了土地利用格局优化调控决策支持系统(LUPCDSS V1.0),系统包含GRID数据库管理、智能终端系统、RS图像识别、空间模型系统、决策方法系统、空间模拟、数据交换、图表分析功能,研究Logistic、 Markov.线性优化、主成分分析、线性回归等模型以及主要决策方法的实现原理,全面支持本文的相关研究分析,部分功能进行了拓展应用,应用表明LUPCDSS基本上能够满足县域尺度的土地利用格局动态模拟与优化调控的技术要求。