在西北半干旱区,伴随着人口增长,自然景观被人工景观代替,生境破碎,景观连通性变差,生物多样性下降等一系列问题不断出现。构建多层级的空间生态网络是维持西部半干旱区生态安全的重要保障。低层级生态源地稳定依靠高层级生态源地,高层级生态源地对于维持层级生态网络稳定具有极其重要的意义。高层级生态源地遭到破坏易影响周围低层级生态源地,以至于影响低层级生态网络稳定,引发层级网络的级联失效,导致整个网络崩溃。故本文以西北典型半干旱城市包头为研究区,在GIS空间技术的支持下,利用景观生态学原理与复杂网络理论的分析方法,提取了包头市的层级生态网络,对网络空间结构结构、拓扑结构进行研究得到如下主要结论:(1)在2006-2016年十年间市域景观特征发生了深刻的变化,城市化进程加速导致生态景观破碎。在2010-2016十年间景观变化在包头市呈现点状分布,主要分布在耕地密布草地破碎的农业耕作区和不同景观交替的边缘。包头市尚未形成优势景观,景观破碎度加剧。在类型尺度上,2006-1016年草地景观的散步与并列指数、分离度指数、分别减少了 15.98和1.12。建设用地的形状指数增长了 55.3,凝聚指数降低了 4.59。耕地的形状指数和分离度指数分别增加了 79.5和447.74。(2)草地景观是包头市生态景观的主体,在景观尺度上,包头市全域内景观相似临近百分比指数与散布与并列指数较高,景观分割指数较低。在类型尺度上,1-7级所占比例较高,斑块密度较低,聚集指数较高。8-12级所占比例较低,景观分割指数高,景观破碎,连通性差。根据所提取的草地景观网络,利用度及度分布评价节点度、平均路径长度、聚类系数分析生态网络的特点。发现该草地景观网络的度为6的草地斑块节点数量有5个。度最大值为8的节点有2个,平均路径长度为1.6061,该草地景观网络具有明显的非均匀性。(3)在市域尺度上构成了分层的点-线-面相互交织的潜在生态网络。第一层由8个潜在生态源地,8条潜在生态廊道和7个节点构成。第二层由31个潜在生态源地,35条潜在生态廊道和28个生态节点组成。第三层由123个潜在生态源地,151条潜在生态廊道和47个生态节点组成。通过计算α,β、Y指数对层级生态网络结构进行评价,随着生态源地与生态廊道数量增加,网络中可供物质流动的回路越多,生态源地的平均连通度变好。第二层和第三层网络中连通性高的源地比例较少。基于复杂网络中的拓扑结构分析指标,对所提取的第1、2、3层生态网络的拓扑性质进行分析。(4)生态网络格局对于维持区域生态安全具有重要作用。在现有研究基础上,精确模拟其景观生态网络空间的演化具有重要意义。本文利用ANN模型提取了元胞自动机的邻域规则,同时利用MCR模型构建累积耗费阻力面,基于MCR-ANN-CA模型对包头市景观生态网络空间演化情况进行模拟,结果精度较高。将MCR-ANN-CA模型模拟结果与CA-Markov模型进行对比,2种模型模拟结果的KIA指数分别为0.89和0.87,相对误差分别为3.10%和5.31%,MCR-ANN-CA模型对包头市景观生态网络空间的演化过程具有更高的模拟精度。