土地利用及其时空变化是人类与自然界相互作用的反映,是全球环境变化研究的热点领域。地质地貌是所有土地发生发展的基础,岩性、构造、地貌形态对土地利用具有影响和制约作用,研究地质地貌特征和规律,对提高土地资源的利用具有重要指导意义。目前,关于流域地貌发育阶段与地质地貌特征关系研究多停留在定性描述层面,关于流域地质地貌条件对土地利用变化制约作用的定量研究方法还未见报道。本文以嘉陵江流域(广元段)为研究区,以第四纪地质和地貌学原理为指导,结合流域生态学、地统计学和应用地质学等学科理论和方法,采用遥感技术、地理信息技术,并在野外实地调查、掌握基础地质资料和前人研究成果的基础上,开展流域地质地貌条件对土地利用变化制约作用的定量化研究。采用面积—高程积分模型划分流域地貌发育阶段,并分析流域地貌发育与地质、岩性、地貌和水系等特征参数的关系;从多维度(时间和空间)分析研究区1990～2014年的土地利用格局演变过程与规律,并选取坡度、岩性、土壤等9个因子,采用Logistic回归分析方法探究土地利用结构变化的影响因素,在系统分析的基础上,结合GIS空间分析技术预测未来土地利用的变化概率,为研究区土地资源的合理利用提供科学依据。主要结论如下:(1)以嘉陵江流域(广元段)为研究区,采用面积—高程积分模型(HI值)将研究区划分为老年期、壮年(偏老期)和壮年期三个发育阶段;面积—高程曲线呈S形,符合流域壮年期曲线特征,是地貌发育的均衡阶段。面积—高程积分具有面积和空间依赖性,当面积阈值大于24km~2时划分次集水盆地,适合于开展研究区流域地貌发育的定量化分析。(2)通过分析流域地貌发育阶段与地质年代、岩性、水系和地貌等特征参数的关系发现:白垩系地层分布面积由壮年期向老年期逐渐减少,老年期未见白垩系地层分布。老年期(HI值为0～0.35)主要分布有侏罗系、第四系和志留系地层,其他地貌发育阶段则分布较少;就地貌参数来看,老年期海拔、地表切割深度值较其他两个发育阶段(壮年(偏老)期和壮年期)较低,坡度分布相对均衡,表明这一时期流域侵蚀放缓,地形基本稳定,开始向中低山或丘陵发育,坡度缓和。(3)从流域地貌发育和土地利用变化规律的分析来看,嘉陵江流域(广元段)土地利用类型以林地和耕地为主,1990～2014年耕地和林地主要转化为建设用地,建设用地向水域、耕地和林地转化的过程最为显著。流域地貌发育不同阶段影响土地利用变化的面积、速率、强度和综合动态度等特征,在一定程度上制约着土地利用转化的空间格局,但土地利用的变化方向与整体趋势是一致的。在此基础上,选取1990～2014年期间林地和耕地变化斑块,分析流域地貌发育不同阶段地质地貌特征和土地变化空间分布关系,其结果发现地貌发育不同阶段土地变化的面积比例有所差异,岩性对土地变化的空间分布特征影响较为明显,而高程、坡度、地表切割深度等地貌参数决定了土地变化空间分布主要区域范围。(4)利用1990、2000和2014年嘉陵江流域(广元段)土地利用、数字高程模型(DEM)、土壤、地层岩性等数据,构建基于Logistic回归模型的土地利用变化空间预测模型,结果表明:岩性、坡度、高程等因子是影响土地利用变化的主要因素。结合GIS空间分析技术和空间模型预测未来土地利用的变化概率,并采用ROC曲线和逐点对比方法检验模拟结果的精度,发现该模型对林地和耕地变化的预测效果较好,在近似的条件下,地质地貌因子对土地利用类型变化具有较强的影响,该模型可以有效地预测未来一定时期内土地利用转化概率的空间分布情况。(5)在嘉陵江流域(广元段)地貌发育阶段划分的基础上,采用GIS空间分析技术叠加土地利用空间概率模拟图,结果发现流域地貌发育不同阶段能反映一定区域内的地质地貌特征,制约土地利用空间拓展格局。如流域地貌发育老年期的林地转化概率高,其原因与老年期高程、岩性、坡度等特征参数相关,与地质地貌条件是土地利用变化的影响因素相一致。通过这种定量方法快速的划分研究区的地质地貌特征,能够为土地资源的合理利用和空间格局优化提供参考和依据。