长期以来,由于城市无序蔓延扩张和土地利用开发不合理,城市近郊区陆地生态系统结构和功能遭到严重破坏,出现了较为严重的生态环境问题。21世纪以来,中国城镇化、工业化飞速发展,城市近郊区经济发展与生态保护之间的矛盾更是愈演愈烈。为探寻一种能从空间上有效平衡经济发展与生态保护矛盾关系的区域生态安全格局,切实避免生态保护进入盲目保护和低效保护误区,加强区域景观生态安全格局构建理论和方法研究显得非常必要。但是,目前国内相关研究对于景观生态安全格局构建理论与方法的探讨还不深入,尤其是针对景观变化明显、人地矛盾尖锐、环境问题突出的城市近郊区的研究还很少见。龙泉驿属四川省会成都市辖区,是国家级成都经济技术开发区所在地和四川天府新区主要组成板块,距成都市中心12km,系典型大城市近郊区。其生态安全不仅关系到成都经济技术开发区的可持续发展,更关系到四川天府新区生态屏障的建设。随着工业化、城镇化的加速推进,该区人口快速聚集增加、经济飞速发展、城镇无序蔓延、工业区大幅扩张,对区域生态环境产生了较大负面影响,工业“三废”污染、森林植被锐减、乡村景观破碎化、生物多样性下降、水土资源短缺等生态安全问题较为突出,对其进行景观生态安全格局构建理论和方法研究,具有重要理论价值和现实意义。鉴于此,本研究以成都市龙泉驿区为案例研究区,旨在以景观格局优化为视角,在景观分类与景观格局现状分析、景观格局变化特征与驱动因子分析、景观格局变化潜力与动态模拟、区域生态安全评价与变化趋势预测研究基础上,创新提出一种基于PSO算法原理的景观格局空间优化模型与算法,对经济发展、生态保护、统筹兼顾3种情景景观空间布局进行优化,力图构建一种能有效平衡经济发展与生态保护矛盾关系的景观生态安全格局,为区域土地持续利用、城镇合理扩张、经济良性发展提供切实可行的空间管控依据,也为推进地方落实国家生态文明建设战略提供理论和技术支撑。主要研究结论为：(1)以土地利用/土地覆被类型为依据,将研究区划分为6种景观类型,在此基础上对整个区域景观格局现状进行分析表明,各景观类型空间分布不均,斑块破碎化程度高,受人类活动影响较大。利用OLI遥感影像、ASTER GDEM等数据,应用遥感影像分类、ArcGIS空间分析和地图编制等RS、GIS技术方法对景观分类进行探讨,在此基础上对研究区景观格局现状进行了分析。①以地貌类型、土地利用/土地覆被类型为依据,构建了“景观类-景观型”两级景观分类体系,并根据该分类体系将研究区划分为18种景观类型,其中主要景观类型有山地果园景观、平坝果园景观、平坝城乡人居及工矿景观、平坝农田景观、山地森林景观、丘陵果园景观、平坝交通运输景观和平坝水体景观8种。②以土地利用/土地覆被类型为依据,参考相关土地利用/土地覆盖分类体系将研究区划分为6种景观类型,果园、城乡人居及工矿、农田为优势景观,其中果园景观面积、斑块数、多样性指数、斑块形状指数分别为29864.16hm2、772块、0.8614、1.6968,城乡人居及工矿景观分别为9356.20hm2、421块、0.9987、1.5887,农田景观分别为8006.15hm2、931块、0.9997、1.5709,整个区域景观类型空间分布不均,景观斑块破碎化程度高,受人类活动影响较大。③应用ISODATA遥感影像非监督分类方法进行地貌类型化分,能把沟谷浅丘等小尺度地貌类型划分出来,确保地表形态的连续性和渐变性；QUEST、C5.0、MLC分类结果图的总体分类精度、Kappa系数、平均用户精度、平均制图精度大小依次均为QUEST>C5.0>MLC,平均错分误差、平均漏分误差大小依次均为QUEST<C5.0 <MLC,表明QUEST决策树分类法是研究区遥感影像土地利用/土地覆被类型分类的最佳方法；集成ISODATA遥感影像非监督分类、QUEST决策树分类、GIS空间分析等方法能综合利用多类景观生态分类指标进行景观类型划分,可在中尺度景观分类中推广应用。(2)对1992～2014年景观格局变化特征与驱动因子的分析表明,研究区主要景观类型均发生了频繁转化,变化的主要驱动因子是人口状况、科技水平、经济发展等人文驱动因子。利用TM/OLI遥感影像、ASTER GDEM数据、气象数据、土壤数据和相关社会经济数据,结合研究区景观格局变化特征、自然生态环境状况和相关研究成果,构建景观格局变化驱动因子指标体系,并应用空间回归模型进行了驱动因子分析。①1992～2014年,交通运输、果园、城乡人居及工矿景观增加显著,分别增加329%、184%、125%,农田、森林、水体景观减少明显,分别减少67.85%、59.94%、41.00%；主要景观均发生频繁转化,其中农田向果园、森林向果园、农田向城乡人居及工矿的转化最明显。②景观格局变化驱动因子受时间尺度影响较大,同一景观格局变化驱动因子会随时间推移而发生不同程度地变化,同一驱动因子对景观格局变化的影响力也会随时间变化而发生改变。③研究区农田、果园、交通运输、水体景观格局变化主要受人文驱动因子影响,其中农田景观格局主要受人口状况影响,果园景观格局主要受人口状况、科技水平、经济发展影响,交通运输景观格局主要受经济发展影响,水体景观格局主要受经济发展、人口状况影响；而森林、城乡人居及工矿景观格局变化主要受自然驱动因子影响,其中森林景观格局主要受地形、土壤等驱动因子影响,城乡人居及工矿景观格局主要受地形驱动因子影响④人文驱动因子对景观格局变化的影响程度总体上大于自然驱动因子,其中人口状况、科技水平、经济发展因子是研究区景观格局变化主要驱动因子。(3)对2014～2028年景观变化的动态模拟表明,研究区景观变化剧烈程度将逐渐减弱,各景观类型间均发生了不同程度的转化,主要转化方向为“森林→果园、果园→城乡人居及工矿、果园→农田”。利用TM/OLI遥感影像、ASTER GDEM数据以及降雨量、有机质含量等景观变化驱动因子数据,在ArcGIS和IDRISI Selva软件支持下,建立Ann-Markov-CA复合模型,对研究区1992～2014年景观格局变化潜力以及2021、2028年景观变化趋势进行研究。①景观变化潜力预测组合驱动因子个数越多其预测准确率不一定就越高,需根据预测准确率选择恰当驱动因子组合进行变化潜力模拟。② Ann-Markov-CA模型模拟效果总体上优于已有研究中常用的MCE-Markov-CA、 Markov-CA和Logistics-Markov-CA模型,其Kappa系数达到了0.41-0.60精度要求,具有一定可信度,能够较好地实现研究区景观变化模拟。③2014-2028年,大部分景观保持2000～2014年间的变化趋势,即城乡人居及工矿、交通运输景观面积持续增加,农田、森林景观面积总体上持续缩减,但其变化剧烈程度逐渐减弱,各景观类型之间均发生了不同程度的转化,转化类型以“森林→果园、果园→城乡人居及工矿、果园→农田”为主。④过去14年(2000～2014年)和未来14年(2014～2028年),农田、森林景观因转出概率较大(分别为72.92%、64.8%)而总体上呈缩减趋势,成为其他景观增加的稳定补给源,因此遏制农田、森林景观无节制缩减,对维持区域生态平衡、实现地方生态建设与经济发展互动双赢具有重要意义。(4)研究区2000～2014年生态安全评价结果为东部山区生态安全状况优于西部坝区,在此基础上预测得出2015～2028年生态安全水平将缓慢提升,但大部分区域生态安全等级偏低,生态安全严峻形势不会得到根本转变。基于P-S-R模型构建区域生态安全评价指标体系,利用TM/ETM+/OLI遥感影像、ASTER GDEM数据、气象数据、土壤数据和相关社会经济数据直接或间接获取各评价指标数据,在GIS技术支持下应用综合评价法对2000～2011年、2013-2014年研究区生态安全空间状况进行评价,在此基础上集成RBF神经网络模型和GIS空间分析方法对2015～2028年研究区生态安全变化趋势进行预测研究。①2000～2014年,东部山区生态安全状况优于西部坝区,且东部山区、西部坝区生态安全指数均呈波动下降趋势,生态安全呈现恶化态势；整个区域主要处于中警、预警、风险、敏感、临界5种生态安全状态,其中敏感安全等级以下区域多年占比均值为76.2%,大部分区域生态安全水平较低。②RBF神经网络预测平均绝对误差和误差均方根多年均值小于0.05,较好地实现了研究区生态安全变化预测。⑧2015～2028年,敏感安全水平以下区域多年占比均值和上升至85.6%,区域生态安全严峻形势未得到根本转变；一般、临界、敏感生态安全高等级区和重警、中警生态安全低等级区将大幅缩减,而处于中间水平的预警区和风险区将大幅增加,绝大部分地区将处于预警、风险2种生态安全状态,生态安全等级不高,未能摆脱生态安全威胁境遇。④合理控制人口规模,严守耕地保护红线,保持适度城镇化增长率,科学配置城镇和工业区用地,加大植被恢复和生态保护力度,加快区域产业结构深度调整是该地区摆脱生态风险威胁困境的重要举措。(5)应用PSO景观格局空间优化模型与算法对研究区景观生态安全格局的构建结果表明,在3种情景中,经济发展情景方案因追求经济效益最大化而使生态效益呈负增长,且不符合森林面积增大潜在可能性较大的实际；生态保护情景方案因强调生态效益最大化而使经济效益呈负增长,且不符合城乡人居及工矿用地扩张潜在可能性较大的实际；统筹兼顾情景方案经济、生态、综合效益均得以提升,符合区域景观变化潜在可能性和经济发展、生态建设实际,是研究区最理想景观生态安全格局。基于景观分类与景观格局现状分析、景观格局变化特征与驱动因子分析、景观格局变化潜力与动态模拟、区域生态安全评价与变化趋势预测研究成果以及OLI遥感影像、ASTER GDEM数据、气象数据、土壤数据和相关社会经济数据,在景观适宜性评价、景观数量优化基础上,构建PSO景观格局空间优化模型与算法,并通过利用该模型和算法对经济发展、生态保护、统筹兼顾情景景观空间布局的优化来进行景观生态安全格局构建研究。①基于PSO的景观格局空间优化模型与算法能够利用粒子位置模拟景观分布以及有效耦合约束最优化模型景观数量优化结果和相关政策、经济、社会因素进行空间格局优化,从理论上实现了基于高分辨率栅格图像的景观空间布局优化,是景观格局空间优化的有效方法,可在区域层面景观生态安全格局构建中推广,但在应用中要根据研究范围和尺度选择恰当的栅格图分辨率。②目标年(2021年和2028年),经济发展情景优势景观为城乡人居及工矿、果园,景观格局呈现出西部坝区以城乡人居及工矿、农田为主,东部山区以果园为主的分布特征；生态保护情景优势景观为森林、城乡人居及工矿,景观格局呈现出西部坝区以城乡人居及工矿、果园、农田为主,东部山区以森林为主的分布特征；统筹兼顾情景优势景观为森林、城乡人居及工矿和果园,景观格局呈现出西部坝区以城乡人居及工矿、农田为主,东部山区以森林、果园为主的分布特征。③统筹兼顾情景景观格局优化方案符合区域景观变化潜在可能性和研究区经济发展、生态建设实际,未来潜在可能性最大,且该方案经济、生态、综合效益均得以优化提升,是目标年研究区最为理想的景观生态安全格局。综上所述,本研究基于TM/ETM+/OLI遥感影像、ASTER GDEM数据、气象数据、土壤数据和相关社会经济数据,对景观类型与景观格局现状、景观格局变化特征与驱动因子、景观格局变化潜力与动态变化趋势、区域生态安全水平与变化趋势等景观生态安全格局构建基础理论与方法进行系统研究,创新提出了一种基于PSO算法原理的景观格局空间优化模型与算法,实现了研究区不同情景景观空间布局的优化,成功构建了一种能有效平衡经济发展与生态保护矛盾关系的景观生态安全格局,进一步增强了国内景观生态安全格局构建基础理论探讨的系统性和方法应用的创新性,为区域编制生态建设与环境保护规划、土地利用规划、城镇空间规划以及地方构建生态文明建设空间战略奠定了理论基础和提供了方法参考,对促进区域土地持续利用、城镇合理扩张、经济良性发展具有重要的现实意义。