生态空间是保障人类社会与自然环境和谐共处的重要生态屏障,发挥着重要的生态功能。随着城市化进程的快速发展,城市用地不断扩张,生态空间受到挤压,导致生态功能的退化和生态环境的恶化。从景观格局-过程-功能的角度分析城市群生态空间变化与重构的理论与实践问题,是生态文明建设的必然要求,也是地理学、生态学等学科亟待解决的科学问题。本研究综合运用GIS、RS、景观生态学分析、生态过程的数学模型模拟等相关研究技术,以长株潭城市群为研究区,选择1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2013年共6个年份为观测时点,主要开展以下几个方面的研究:(1)长株潭城市群生态空间变化。系统分析了生态空间规模变化、景观指数变化、空间转移等特征,影响生态空间变化的主要自然、人文因素及生态空间变化所带来的生态效应。(2)长株潭城市群生态空间重构。提出并论证了生态空间重构的要素、机理、效应及特点等基本理论问题,提出了生态空间重构的原则,从不同视角和不同尺度下讨论了生态空间重构的策略,构建了改进后的微粒群-马尔可夫模型,对长株潭城市群生态空间重构进行了预测模拟,并提出了对策建议。本研究主要得出以下几个结论:(1)长株潭城市群生态空间变化呈现以下特征:总面积总体减少,1990年至2013年共减少了 332.19km2,数量变化过程可以划分为:初期扩张、前期急速减少、中期缓慢波动及后期急速减少等4个阶段;长沙市、株洲市和湘潭市的生态空间面积持续减少;林地面积占比最大,2013年占86.47%;景观特征为破碎化程度越来越明显,斑块数量由1990年的51799个增加到2013年的64891个。生态空间转移特征为洞庭湖地区及主要城市周边地区转移明显,转出面积大于转入面积,净减少约332.19 km2;(2)影响长株潭城市群生态空间格局变化的因素主要有自然因子和社会人文因子:海拔200m以下的低海拔地区、近河流7000m及近湖泊8000m的地区生态空间变化较快,社会经济发展、产业结构调整、人口规模与结构的变化、生活水平的改善与技术的提高对生态空间变化产生影响;生态空间格局的变化会引起河流径流量、空气质量、水环境质量的变化;(3)城市群生态空间重构通过改变生态空间的格局,影响生态过程,进而对生态功能的发挥产生影响。斑块、廊道及基质是生态空间重构的基本要素;自然演化、生态安全、空间冲突、社会转型及人文因素的变化是生态空间重构的主要原因;而自然演化过程、人工改造过程、自然-人文协调整合过程是生态空间重构的基本过程;生态空间重构会带来气候、土壤、水文及生物等效应。(4)长株潭城市群生态空间重构必须遵循整体性、综合性、生态安全优先、因地制宜、稳定性等5大原则;不同视角下生态空间重构的策略不同:生态格局视角下应区别要素和整体格局的不同,生态过程视角下应重点强调洪水淹没过程、生物过程、人类活动的影响,生态界面视角下应重点关注城乡过渡带和山地-平原过渡带;不同尺度下实施的途径有所不同:宏观尺度下合理优化“三生”空间的布局,中观尺度下要构建结构合理、功能齐全的生态网络系统,微观尺度下要合理调整城市群的城乡局部空间结构,保护生态环境、提高生境质量和景观多样性;(5)运用土地利用动态度对马尔可夫进行改进,并将生态空间的“源”与“廊道”设置为约束条件,将生态空间风险值设置为微粒群模型的适应度函数,运用优化算子对微粒群进行改进,得到改进后的微粒群-马尔可夫复合模型。运用该模型对2020年长株潭城市群的生态空间进行预测模拟,模拟结果显示:生态空间总面积将呈现整体减少的趋势,减少的面积将达到98.46 km2。有269.75 km2的耕地面积转化为生态空间面积,有159.69 km2的生态空间面积转化为耕地面积。生态空间变化比较明显的地区主要分布在西南部。