土地生态安全研究是土地科学研究领域的一个新的主题,已成为国家安全和区域安全研究的重要组成部分。安全的土地生态系统是土地生产最优化的保障,也是社会经济可持续发展的基石,而在地形多变、资源分布差异显著、经济发展相对落后的山区,开展土地生态安全研究对区域生态安全建设和农业结构调整又显得尤为重要。土地生态安全研究主要包括土地生态安全评价和土地利用优化设计,前者是揭示区域生态安全状况及空间变异的有效手段,后者则为解决土地生态问题提供理论支持和科学依据。山区土地生态安全是由自然条件和人为影响等多种因素相互作用所产生的一定区域生态状况的综合反映。当前山区主要的生态问题是水土流失和人类各种生产活动造成的土地污染。本文在GIS和遥感支持下,以胶东半岛典型山区栖霞市为例,在建立该市地学数据库的基础上,首先对该市土壤侵蚀变化和土壤重金属污染程度进行初步研究,并分别对其变化机理和生态风险进行分析,明确了该市土地生态状况的自然本底和人为影响特征;在此基础上,综合地形、年降水量、土壤质地、土壤有机质含量、土层厚度、土壤重金属污染度、土地利用强度、植被覆盖度道路影响度和城镇影响度等9项指标,运用地形位主导因子空间评价模型,进行了栖霞市县域的土地生态安全综合评价。最后,结合评价结果和研究区土地利用特征,以“整体生态安全—局部生态恢复”为切入点,以土地利用优化调控为途径,分别从宏观和微观尺度,进行了土地利用优化模式和土地利用格局调控的探讨。通过本研究得出主要结论如下:(1)1987-2003年间,栖霞市土壤侵蚀量共计减少369.55×104t,水土流失治理效果明显;空间分布上,由东部牙山和西北部艾山为主干形成的东南—西北分水岭向西南和东北方向土壤侵蚀强度逐渐降低。120-300m高程范围和8-25°坡度范围是土壤侵蚀强度减轻或增强的主要地段,林地和园地是栖霞市减少水土流失的有效类型,草坡地限制土壤侵蚀的效果也比较明显,而坡耕地和未利用地则是土壤侵蚀综合治理的关键。土壤侵蚀变化的生态风险呈“整体安全,局部警戒”状态,安全与较安全级占全市面积的90%,警戒级占10%。山地中上部的森林砍伐和抚育的失衡是生态恶化的主要原因。(2)栖霞市表层土壤中Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和Ni六种重金属含量均未超过国家《土壤环境质量标准》的二级标准,空间分布均属于中等变异。区域性的地质岩性和土壤质地及非区域性的施肥和喷洒农药等因素是影响栖霞市土壤重金属含量空间分异的主要因素,由于不同元素空间变异的主导因素各异,形成了其不同的空间变异特征。土壤Pb、Cr和Ni含量空间分布较相似,中东部山地区域高于中西部的丘陵和倾斜平地,表明地质岩性和成土母质与三者含量空间吻合较好。土壤Cu含量较高区域主要分布在西南部和东北部的丰产果园,主要与蓝矾和波尔多液等含Cu药剂的使用有关;土壤Zn含量高的样点主要分布在南部的果园,主要与富Zn复合肥的使用有关;土壤Cd含量高的样点主要分布在中部园区,主要源于磷肥和地膜的使用。土壤重金属生态风险分析表明,栖霞市土壤环境整体上处于安全状态,北部和中部小范围区域处于预警状态,而Cu和Cd是影响土壤生态安全的主要元素。(3)栖霞市土地生态系统划分为安全、较安全、预警和中警四个状态级,72%的面积处于土地生态安全和较安全状态,广泛分布在西南和东北部的倾斜平地、山间泊地及低山丘陵区;而西北和东南部的山地区域处于土地生态警戒状态,土地生态状况整体上良好。单因子分析和多因子综合评价表明,建设用地开发与耕地保护、农业污染、土壤保水保肥性能低、水土流失等问题是制约当地土地生态安全的主要因素;而加强土地利用结构优化和果园集约化管理,提高土壤肥力,减少水土流失,是保证土地生态系统安全的关键。(4)宏观尺度上,对栖霞市地形、气候、土壤和植被的垂直分异特征进行了规律性分析,并以高程为主要参数,将栖霞市全县域划分为三类土地生态区,即东南-东北部平地粮田生产区、西部丘陵粮-果-林综合利用区和西北-中部中低山林木保护区,结合各区土地生态安全等级和资源特征,设计了具有可操作性的九种土地利用优化模式,以期为当地农业结构调整和社会经济持续发展提供科学依据。(5)微观尺度上,以具有典型生态特征的牙山小流域为例,以景观生态学和运筹学为理论基础,建立了生态恢复最小耗费表面模型,并以林地作为生态恢复的保护地类,在进行植被演替和生态过程分析的基础上,勾画了牙山小流域的土地利用安全格局,同时对土地利用类型提出了有效技术措施,以保障流域生态稳定和土地持续利用。土地生态安全评价是一项探索性很强的工作,本文从影响土地生态系统安全稳定的根本性要素中选取指标,并结合山区特征,以地形为主导因子,将数理模型与GIS技术相结合,构建了土地生态安全空间评价模型,应用表明效果良好,为山区土地生态安全评价研究敦实了理论基础和应用案例。同时以25m×25m栅格为评价单元,较以前基于行政单元为数据载体的研究,提高了研究精度,能够对县域土地生态系统各生态因子的空间变化和功能分异进行深入的分析,能够更微观的指导实践;所建立的地学数据库,为山区生态环境、农业结构调整等研究提供了参数支持。最后,从宏观——微观尺度进行土地利用优化与调控,使本研究做到“点——面”结合,有利于区域生态的全面建设和重点治理,研究成果具有可操行和应用价值。