黄土高原是世界上水土流失最为严重的区域之一。该地区森林覆盖率低、水资源短缺、生态环境十分脆弱。近几十年来，在该区开展的荒山造林、退耕还林还草等重大林业生态工程无疑对遏制水土流失和改善生态环境起到了积极的改善作用。然而，这些生态工程的实施也显著地改变了区域内的土地利用/覆被和景观格局，并深刻地影响着流域的水文循环过程和水资源安全。因此，深入认识土地利用/覆被变化和景观格局变化之间的关系以及预测退耕还林工程后森林植被变化对径流量的长期影响，不仅对于揭示土地利用类型和景观格局变化对于水文过程的影响机制具有重要的理论价值，而且可为流域水土资源的合理规划和生态恢复等提供宝贵的指导意见。　　本研究以位于黄土高原中部的泾河流域为研究区域，收集了流域水文、气象和土地利用等方面的数据，基于ArcGIS、Fragstats和统计软件研究了流域土地利用类型和景观格局变化及对径流的影响。首先，分析了泾河流域1966-2010年间降水量和径流量的动态变化特征，确定了年径流量发生突变的时间点，并以此量化评估了气候变化（主要是降水）与人类活动对径流影响的贡献率。其次，研究了泾河流域1980-2015年间土地利用/覆被及其景观格局的变化特征，并分析了流域径流的响应。最后，为预测退耕还林工程实施后对流域径流量的长期影响，以泾河干流上游为例，模拟分析了不同森林覆盖率和林龄华北落叶松人工林对径流的影响。主要结论如下:　　(1)采用Mann-Kendall非参数检验法、Sen斜率估计法和Mann-Kendall秩检验法研究了流域降水量和径流量的年际变化规律，结果表明:1966-2010年间泾河流域的降水量呈微弱的下降趋势，但趋势不显著，平均每年降低0.6 mm;流域的年径流深呈极显著降低，平均每年降低0.7 mm。综合应用累积距平曲线法和双累积曲线法确定了1986年和1997年为降水-径流关系变化的突变点，并将整个研究期分为三个时期:1966-1985年、1986-1996年和1997-2010年。以1966-1985年为基准期，应用双累积曲线法计算得出:气候变化（主要指降水）对径流减少的贡献率由1986-1996年的60.7％下降到1997-2010年的16.8％，而人类活动对径流减少的贡献率则由39.3％上升到83.2％，表明人类活动已成为影响流域径流减少的主要原因。　　(2)应用ArcGIS10.2软件分析了泾河流域的土地利用/覆被演变特征，结果表明:1980-2015年间，耕地和草地是泾河流域的主要土地利用类型，二者共占总面积的87％以上;其次是林地，占比8.98％-9.97％;而水域、建设用地和未利用土地三者之和占比小于2.90％。从空间分布来看，耕地、草地和林地都呈现出镶嵌布局的分布特征。1980-2015年泾河流域的土地利用转移主要发生在耕地、林地、草地和建设用地之间，尤其在退耕还林还草工程实施初期（2000-2005年），流域总体净变化率(Sa=1.11％)、转移态势(Pt=0.71)和净变化速度（Rt=0.22％）都超过了其它时段，表明在此时段内土地利用类型之间的转换程度最剧烈。具体来说，1995-2015年间流域耕地减少了949.04km2，主要是流向了林地、草地和建设用地，而林地增加了441.09 km2，则主要来源于耕地和草地，草地面积增加了223.54 km2，主要来源于耕地和林地，建设用地面积增加了307.37 km2，主要来源于耕地，而水域面积总体变化不大。　　(3)应用Fragstats4.2软件分析了流域景观格局的变化特征，结果表明:1980-2015年间泾河流域景观格局整体朝着低连通、破碎化和异质性高的方向演变。在斑块类型水平上，林地是流域内最破碎的景观类型;耕地和草地在流域内有较大的优势度，但二者均呈现出先增加后降低的趋势;受人类活动的影响，耕地、林地以及水域的斑块形状趋于简单规则化，而草地和建设用地斑块形状则向复杂化演变。　　(4)应用Spearman相关分析研究了景观格局与径流之间的关系，结果表明:最大斑块指数(LPI)、蔓延度指数(CONTAG)和面积加权平均斑块形状指数(AWMSI)与年径流深呈显著或极显著正相关，说明斑块优势度的提高、聚集度的增加和其形状的复杂化有利于径流的形成;相反地，斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、景观分割度(DIVISION)和Shannon均匀度指数(SHEI)与年径流深呈显著或极显著负相关，说明景观破碎化和异质性的提高对径流有明显的阻滞作用。　　(5)以华北落叶松人工林为例，应用SWIM生态水文模型模拟研究了流域森林景观格局变化的水文响应，结果表明:在泾河干流上游，随着华北落叶松人工林覆盖率的增加，流域的蒸散量呈增加趋势，但年径流深、枯水期径流深和丰水期径流深均呈下降趋势;随着华北落叶松人工林林龄的增加，从幼龄林到近熟林，流域蒸散量呈增加趋势，但之后其值基本保持不变;相反地，年径流深、枯水期径流深和丰水期径流深从幼龄林到近熟林呈下降趋势，而之后径流深减少的速率也在逐渐降低。