吉林省是中国粮食主产区之一,在中国粮食安全保障体系中具有重要的地位和作用。但在人为因素的胁迫影响下,水土流失、土壤侵蚀等土地退化问题凸显,耕地产能与土地生态服务价值同步下降,如何统筹土地自然质量与经济社会发展需求,优化土地利用结构,成为吉林省统筹城乡发展,推进新型城市化的重要课题。土壤是土地生态系统中能量与物质交换枢纽,而土地生态系统又是土地利用规划与管理研究的前沿课题,因此基于土地生态系统理论与技术方法,探索吉林省经济社会发展进程中的土地自然生产能力恢复与重建,能够为区域土地利用规划与管理提供技术支撑。论文基于GIS软件平台,运用能值理论、投入产出分析、模糊综合评判和灰色线性规划模型等技术手段,对吉林省土地利用结构优化进行了系统地分析、预测、规划与评价,得到如下结论：1.基于ArcGIS软件,构建吉林省土地生态分区指标体系,通过PCA(主成分分析),筛选影响吉林省土地生态系统的主要因子,并通过计算因子载荷,确定因子影响权重；应用ArcGIS中的分析工具,完成各因子的空间叠加,形成吉林省生态分区基本单元；并最终根据综合模型计算结果,采用Geometrical Interval分类方法,实现吉林省土地生态分区,最终将吉林省分为3个一级生态区、8个二级生态区和28个生态单元。分区结果表明：气候、水文与地貌因素在宏观尺度上控制了土地生态系统演化环境,植被、土壤则在中微观尺度上制约着土地生态系统价值实现,经济社会活动改变了土地生态系统物质、能量流动的方向与速率,具有重构土地生态系统功能与价值的功效。2.在土地生态分区的基础上,论文通过文献综合方法,构建了吉林省土壤肥力分级标准,运用模糊综合评判方法对吉林省土壤肥力进行了系统评价,将吉林省土壤质量分为四个等级。其中隶属一等质量的土壤面积占8.4%,二等、三等质量的土壤面积分别占33.2%和34.2%,四等质量的土壤面积的24.3%。从空间分布上看,质量较差的土壤大多分布在吉林省西部地区,而质量较好的土壤大多分布在长春周边,北至农安,东到吉林市,南到四平一带。土壤质量现状为土地利用结构与空间布局优化提供了自然物质基础。3.吉林省土地利用现状与土壤质量等级的空间叠加分析结果表明：目前耕地、园地、林地和草地中高等级(四级)土壤面积分别占耕地总面积、园地总面积、林地总面积和草地总面积的20.52%、25.97%、23.57%和10.82%,农用地尤其是草地土壤质量退化比较普遍。将耕地、园地、林地和草地中高等级土壤面积占全省高等级土壤总面积的比重(35.67%、0.44%、51.64%和1.85%),与耕地、园地、林地和草地面积占全省土地面积比重(36.78%、0.36%、46.37%和3.61%)进行对比,可以看出吉林省农业用地空间布局基本合理,但需要一定程度的调整。4.吉林省土壤质量等级与粮食单产水平的对比分析结果表明：受自然因素及人为因素双重影响,粮食产量由土壤自然肥力、种植结构以及投入水平等因素共同制约决定。吉林省东部山地区多山地,土壤质量等级较低,且受经济投入水平约束,土壤质量等级与粮食单产水平表现出较强的空间耦合性；而西部平原区虽存在水资源瓶颈制约因素,但受土壤改良及培肥等农业投入作用,粮食单产水平普遍高于土壤质量等级。5.土壤-作物系统大量营养元素丰度对农用地产能的有效性分析结果表明：吉林省西部土壤改良工程与培肥技术投入对农用地产能提升的贡献明显；现阶段对该区持续的投入能够获得较高的产出；规模收益递减样本主要分布于吉林省中部,说明现阶段在该区持续施用氮、磷、钾肥对农用地产能提升无经济学意义。6.为深入分析吉林省土壤-作物-经济社会系统中的物质、能量流动特征,探讨土地生态经济系统稳定条件,论文基于能值理论,以县域为单元,通过时间序列数据收集、统计与分析,对环境负载率、能值自给率、净能值产出率等评价指标进行了系统核算。计算结果表明：(1)目前吉林省的土地利用属于自然投入和经济社会投入并重的生产模式,农业生产系统产出总量的增加过多的依赖工业辅助能的投入和自然环境因素的亲合程度；(2)土地生态系统中最为突出的问题是环境负荷率的持续增大,土地过度开发,生态载荷过重,致使土壤肥力持续下降；(3)从空间分布上看,长春市域能值总产出要明显高于其他地区,中西部地区略好于东部地区。能值产出与土壤质量呈现出空间耦合性；(4)长春市域环境负载率高于东部的县市。长春市资源环境禀赋较好,科技发展水平很高,经济社会发展迅速,人口总量持续增长,环境负荷同步增加,已呈现过载迹象7.论文应用投入产出分析,基于2002和2007年投入产出流量表,对吉林省农业在国民经济中的产业波及效应、收入带动能力以及提供就业机会等方面进行了系统分析。分析结果表明：(1)吉林省农业的产出带动能力和收入乘数效应都要略好于其他产业,说明了农业在吉林省的基础产业地位未变；(2)从劳动力乘数的计算结果来看,吉林省第三产业在创造就业机会的能力上超越了农业这一传统的劳动密集型产业,体现了吉林省新型城市化进入加速发展阶段。投入产出分析再次证明了城市化进程中土地利用管理的基本特征,体现了中国农村土地利用在城市化进程中的制度困境。8.论文采用生态服务价值系数和生态经济效益系数作为土地利用结构优化模型效益参数,并通过相关约束条件的预测分析,最终形成了线性规划模型和灰色系统模型两种土地利用结构优化方案。基于MATLAB软件平台,对方案进行了调参计算,最终确定了吉林省土地利用结构优化结果：吉林省耕地最优规模应保持在553.1-551.0万公顷；园地最优规模应在10-13万公顷；林地最优规模应在957.9-1012.8万公顷；牧草地最优规模应在106-111万公顷；建设用地最优规模应保持在107.2-120.2万公顷。9.基于能值理论,论文对土地利用结构优化方案进行了投入产出分析。结果表明：(1)能值总产出和单位面积上的能值产出最高的方案均为线性规划方案,分别为2.0094×1023sej和1.0514×1011sej/m2；(2)能值总投入最多的优化方案为灰色系统模型方案,最低的能值投入方案是线性规划模型方案；(3)吉林省2020年能值密度将处在世界发达国家水平的水平上,表明吉林省的经济发展程度与经济发展层次是合理的,实现能值密度最高的是线性规划模型方案；(4)吉林省人均能值至2020年将达到1.5×1016sej/人以上,接近发达国家的水平,实现的人均能值最高的土地利用结构方案是灰色系统模型方案；(5)吉林省2020年环境负载最低的土地利用结构优化方案是线性规划模型；(6)各规划方案下吉林省土地生态价值核算结果表明：与2009年相比各规划方案下的吉林省土地生态服务价值均有不同程度的增长。其中线性规划方案增长幅度最大,到2020年吉林土地生态服务价值将达到2881.59亿元／年,比2009年增长6.39%。(7)基于土地自然生产能力恢复与重建以及统筹土地自然质量与经济社会发展需求,吉林省土地利用结构优化最佳方案是线性规划模型方案。