晋北沙化区位于我国山西省北部,地处黄土高原农牧交错带,土地沙化严重,进而制约了该地区社会经济的可持续发展。同时,在人口数量和经济指标快速增长的背景下,该区出现了土地利用变化剧烈、土地利用结构不合理等诸多问题。因此,本研究以晋北沙化区为例,首先对该区1986年、1994年、1999年、2009年、2014年的土地利用/覆被格局进行了分析;然后运用系统动力学基本原理构建了晋北沙化区系统动力学模型,预测了在不同情景下的土地利用结构;针对晋北沙化区的生态安全问题,采用世界经济合作与发展组织(OECD)提出的DPSIR模型构建了该区域的生态安全评价指标体系,进而通过主成分分析法完成了生态安全综合评价;最后对晋北沙化区的土地利用空间格局通过结合Logistic-CA-Markov模型进行了情景模拟。研究结果表明:(1)从土地利用/覆被的空间分布角度而言,近30年来,研究区的耕地分布最广泛,并呈现东北—西南带状分布。林地成片分布在研究区的东南部,西部整体较少。草地在整个研究区与林地、耕地夹杂分布,分布较为分散。居民交通用地集中分布在大同和朔州市区,零散分布在各县的城、镇区。工矿用地集中分布在大同市南郊区西侧和朔州市平鲁区南侧。水域主要分布在大同市南郊区东侧。盐碱地和裸地分布较少,且比较分散。(2)从不同土地利用/覆被类型的面积角度而言,耕地、林地和草地是研究区在几个年份中最主要的土地利用类型,以几个年份的平均值而言,耕地约占总面积的43%,林地约占21%,草地约占32%,而其他5种土地利用类型共约占4%。1986～2014,耕地面积早期稳定后期减少,林地面积先减少后增加,草地面积则先增加后减少,居民交通用地、工矿用地和裸地面积持续增加,水域面积则持续减少,盐碱地面积波动增加。(3)从不同时期的土地利用转移状况而言,耕地、林地和草地之间的相互转化是研究区的主要转移类型。以5个转移矩阵的平均值而言,耕地、林地和草地之间的相互转化面积占总转移面积的90.82%。(4)晋北沙化区生态安全综合评价的结果表明:1986～2014年间,晋北沙化区的生态安全状态整体水平不高,且呈现持续下降趋势,研究区在1986年和1994年时生态安全属于第Ⅲ等级,即临界安全状态;1999年下降到第Ⅱ等级,处于较不安全状态,虽然1999～2014年均属于第Ⅱ等级,但分值一直在减小,表明晋北沙化区的生态安全状况持续恶化。然后经计算得出:2020年情景1的生态安全综合得分为0.45,情景2为0.53,情景3为0.33。通过分析研究区在3种不同情景下2020年的生态安全状况,以期为有关部门制定保障区域生态安全的政策提供科学依据。(5)对2020年的土地利用变化在不同情景下的模拟结果表明:情景1反映了土地利用变化自然发展的情形,在没有外部强制力的约束下,面积变化符合研究区目前土地利用发展的趋势;情景2反映了经济、社会和生态协调发展的情形,代表以上各方面协调发展的情景,面积变化符合区域可持续发展的目标;情景3反映了研究区侧重经济发展情形下的土地利用变化,在重视经济发展的压力下,不合理的土地利用变化加剧。总而言之,此模拟结果可给予有关部门制定地区土地利用规划科学性的参考意见。