土地利用/覆盖变化(LUCC)研究是近年全球变化研究关注的热点内容,而土地利用变化模拟是LUCC研究的一个重要方面。探究和了解区域土地利用变化的过程和规律有利于把握未来土地利用发展方向,促进土地资源的合理配置。由于地球上的土地资源的有限性,随着人类的进一步开发将变得十分稀缺。通过土地利用模拟及优化研究,可以提前得出未来城市土地利用的空间布局情况,对未来城市土地利用具有一定的参考价值;优化土地利用结构可以提高土地资源的利用效率,充分挖掘潜在价值,有利于建设资源节约型社会的可持续发展。研究以重庆市万州区为例,借助该区2009年、2013年和2017年三期的土地利用现状数据,根据全国第二次土地调查分类情况将土地利用类型总体上划分为耕地、园地、林地、草地、建设用地、水域和其他土地七种土地利用类型。从土地利用变化幅度、变化程度、变化速度和土地利用转移情况四方面对研究区的土地利用变化情况进行分析,并结合研究区的实际情况选取影响土地利用变化的9个驱动因子。利用“耦合”的Markov-FLUS模型设置相关参数,对2035年未来四种情景下的土地利用数量结构进行预测,检验模拟模型的可信程度,模拟不同情境下研究区的土地利用情况并进行分析。最后基于灰色线性规划理论以经济效益为目标构建函数方程,以社会效益和生态环境效益为目标构建约束条件对研究区的土地利用结构进行优化,根据优化结果提出相应的对策建议。主要的研究结果如下:(1)2009-2017年间,耕地和建设用地的变化幅度较大,耕地减少了1221.08公顷,建设用地增加了1849.17公顷。园地、林地、草地及水域也呈现出小幅度的减少态势,分别减少了273.32公顷、26.49公顷、112.02公顷、247.62公顷,其他土地增加了31.54公顷。2009-2013年期间的土地利用综合动态度为0.17大于2013-2017年期间土地利用综合动态度,说明前一个土地利用时期的土地活跃程度大于后一个时期。(2)通过分析土地利用转化矩阵,可以发现在2009-2017年间,万州区土地利用转出量最大的是耕地,为2226.42公顷,其中有25.93%转化为了林地,71.44%转化为了建设用地。在这7种土地利用类型中,变化量最大的为建设用地,其次是耕地和林地。园地、林地、草地和水域转化为建设用地的面积分别为225.00公顷、594.54公顷、109.49公顷和255.60公顷,这是由于随着人口增长和社会经济的发展、交通运输和基础设施的建设用需要大量扩展占用其他类型的土地。在影响土地利用变化的因子选取方面结合万州区的实际情况选取自然、区位和社会经济三个方面的9个驱动因子,经过回归分析ROC的检验值均大于0.7,说明选取的驱动因子可靠,可用于土地利用变化的模拟。(3)耦合的Markov-FLUS模型能很好解决土地利用变化模拟中数量变化预测和空间模拟的过程,经过设置转换规则、邻域因子等参数以2009年的土地利用现状为基期来验证2017年的土地利用情况,结果显示模拟正确的栅格数量达到326344个,总体正确率为94.20%,各个地类的模拟正确率也达到了90%以上;Kappa指数为Kappa值为0.9248远大于0.75、Overall Accuracy=0.9470说明整体模拟精度较高,可利用该模型对万州区未来多情景的土地利用情况进行模拟。(4)在自然增长情景、耕地保护情景、生态保护情景和综合发展情境下万州区2035年的土地利用状况变化不同。自然增长情境下,增加的建设用地主要沿长江两岸的建设用地周围蔓延发展以及零散增长的城镇工矿用地和交通运输用地,减少的耕地面积主要为西北部的地区,园地主要分布在北部大周镇和小周镇的附近乡镇地区,减少的林地区主要集中在新田镇、长岭镇、陈家坝街道、钟鼓楼街道、天城镇和熊家镇等地区;草地的分布和减少都相对零散分在研究区的各个地方;水域的减少栅格主要分沙河街道、周家坝街道和太白街道交界的大方;其他土地在研究期间内由于数量较小,分布情况基本不变。在耕地保护情景中加入了基本农田保护区的限制,相较于自然发展情境下耕地的减少量减少1713公顷,使耕地的数量和质量得到了保证。林地和草的数量有所减少,主要是转化为建设用地,林地、水域和其他用地的数量基本维持总体不变。在生态保护情境下,设置了生态保护限制区,保证了生态保护区内的园地、林地和水域等不转化其他地类,降低了转移量,保证生态用地的面积,生态用地得到了进一步的保护。在综合发展的情境下,将该情景下土地利用的栅格数量与自然发展情景下进行对比分析可知,各类用地的情况都得到了均衡的变化。因此和自然发展、生态保护和耕地保护情景相比,综合发展情景在土地利用的空间布局上更合理。根据模拟结果构建出万州区“一心三轴,五横,多点”的“三区”空间。(5)土地利用结构优化。根据灰色线性的相关理论,以经济效益为目标构建函数,社会效益和生态效益为目标构建约束条件,得出土地利用结构优化结果,对结果进行分析与目标年的模拟结果有一定的差距,主要是因为在模拟与优化过程中的限制条件不同,说明地方政府的数量规划和土地利用政策会对未来土地利用产生较大的影响。