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人们普遍认为，资源环境是可持续发展的根本要素，资源环境是自然和社会环境，即自然与人类社会的结合，土地资源、水资源、能源和生态环境在现有研究中被视为核心资源环境 ［18］ 。土地既是人类的栖息地，也是人们赖以生存的食物、水等重要资源的物质基础，土地不仅是重要的自然资源，也是了解区域经济发展潜力的重要工具 ［19］ 。作为地区社会经济发展的空间载体，土地在城市化和工业化进程中发挥着至关重要的作用，在经济增长和社会发展的背景下，土地空间结构在近几十年发生了巨大变化，对生态环境产生了一系列影响，引起了人们的广泛关注 ［20］ 。学者对土地资源的研究主要集中于土地资源时空演化特征 ［21］ 、土地利用效率 ［22］ 、不同土地类型演化特征 ［23］ 、土地利用碳源/碳汇 ［24］ 、土地利用与经济发展关系 ［25］ 、土地利用与生态系统服务价值 ［26］ 、土地资源承载力 ［27］ 以及土地利用景观 ［28］ 等方面。其中，土地资源承载力是优化配置土地资源和指引土地开发整治的重要依据，因此有学者利用土地资源承载力对土地资源展开了进一步研究 ［29］ 。从研究内容来看，包括土地资源承载力的指标体系构建 ［30］ 、影响因素研究 ［31］ 及优化提升策略 ［32］ 等方面。研究内容从简单化、单因素逐步转向与人口、资源与环境相结合的综合性研究。从研究方法来看，主要采用因子分析法 ［33］ 、改进生态足迹模型 ［34］ 及DPSIR（Driving-Pressure-State-Impact-Response）模型 ［35］ 等定量方法，同时“3S”技术也开始应用到土地资源承载力时空分异格局的研究中 ［36］ 。在研究尺度上主要涉及大中尺度城市群 ［37］ 、省域 ［38］ 及单个城市 ［39］ 。其中，土地利用和景观模式反映了景观的异质性，也是各种生态过程的结果，土地利用和景观模式与自然环境有重要关系，因此受到了学者们的关注 ［40］ 。对土地利用和景观格局的综合研究，可以更深入地了解土地利用景观格局对碳排放、生物多样性、区域环境等全球性问题的综合影响 ［41］ 。目前对土地利用景观的研究主要包括土地利用景观格局时空演化 ［42］ 、土地利用景观生态安全评价 ［43］ 、土地利用景观分区 ［44］ 、土地利用景观及生态系统服务价值 ［45］ 等方面，主要围绕森林、河流 ［46］ 等区域展开，RS（Remote Sensing）和GIS（Geographic Information System）也逐渐应用到研究中。然而，随着工业化和城市化的快速发展，土地资源的可持续发展正面临越来越大的人类压力和气候变化的负面影响，土地资源利用效率低下导致了土地资源日益稀缺等问题 ［47］ 。因此，为了对土地资源进行更科学的调整，人们开发了预测模型对土地利用进行模拟预测。目前的预测主要基于多目标回归方法，包括数量预测模型和空间预测模型，数量预测模型主要包括马尔可夫模型、系统动力模型和Logistic回归模型 ［48］ ；空间预测模型主要包括人工神经网络模型、CLUE-S（Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent）模型、FLUS（Future Land Use Simulation）模型和PLUS（Patch-generating Land Use Simulation）模型 ［49］ 。随着技术的发展，学者们基于多种模型耦合对土地资源进行研究，还开发了土地利用变化的可计算一般均衡模型，该模型可对社会经济系统与土地资源之间的相互作用进行量化，在考虑土地资源和社会经济可持续发展的系统特征方面更加全面和完整 ［50］ 。如Yu等 ［51］ 结合了土地利用变化的可计算一般均衡模型和土地系统动力学模型对山西省的土地利用进行了分情景模拟。
除了土地资源外，水资源和能源同样是目前人类赖以生存和发展的重要资源。水资源对人类生存至关重要，是社会经济可持续发展的重要基础，在资源安全、能源供应、粮食生产和环境维护方面发挥着不可替代的作用 ［52］ 。但随着时间的推移，全球水资源时空分布不均、气候变化以及高强度的人类活动导致水资源特征波动明显 ［53］ 。从这个意义上说，水资源的可持续利用已成为促进区域经济、社会和生态环境协调发展的关键环节。水资源可持续利用的研究方法主要包括模糊综合评估、系统动力学、遥感和地理信息系统和生态足迹等 ［54］ 。从研究内容来看，水资源的研究集中于水资源效率时空演变 ［55］ 、水资源质量的评估和演变 ［56］ 、水资源承载力的时空演变及驱动因素研究 ［57］ 、水资源与社会经济活动的关系演变 ［58］ 等方面。水资源承载力的评估可以为区域水资源规划和水资源管理提供实用指导，水资源承载力的主要研究方法有综合评估和系统动力两种，其他广泛使用的方法包括人工神经网络、层次分析、评估模型和优化模型等 ［59］ 。从研究尺度来看，主要集中于国家 ［60］ 、流域 ［61］ 、城市群 ［62］ 和省市 ［63］ 等。能源为经济的高速发展提供了重要动力，但能源消耗总量的不断增加与粗放型能源消耗带来的负面效应制约了经济的高质量发展。因此，对能源研究的主要目标是推动能源转型、应对气候风险，最终实现资源环境保护。对能源的研究主要集中于能源发展历程演变 ［64］ 、能源消费碳排放演变 ［65］ 、能源利用效率 ［66］ 以及不同行业能源消耗 ［67］ 等方面。随着研究的进一步深入，学者们对多种能源进行了综合研究，如Feng等 ［68］ 发现不同土地利用类型的水—能—碳关系有助于解释资源容量与土地利用活动环境影响之间的相互作用。
除了土地资源、水资源和能源外，生态环境同样被认为是核心资源环境。生态系统服务是生态系统和人类活动之间的重要桥梁，是人类赖以生存的自然环境条件和效用，是由生态系统维持形成的 ［69］ 。生态系统服务价值是生态系统服务给人类带来的社会产品和服务的经济度量，是评估生态系统对可持续福祉贡献的过程，可以反映生态系统的结构和服务功能，进而体现生态环境 ［70］ 。国外对生态系统服务的研究要早于国内，1935年，Tansley首次提出了“生态系统”概念 ［71］ ，为生态系统服务研究奠定了基础。1997年，Daily等 ［72］ 将生态系统服务定义为生态系统及其发展过程所形成的维持人类赖以生存的生态条件与效用。国内关于生态系统服务的研究相对较晚，1998年，刘晓荻第一次采用了生态系统服务的概念 ［73］ 。随着研究的深入，生态系统服务价值的量化受到广泛关注，如Costanza等 ［74］ 将全球生物圈进行划分估算制定了全球生态系统服务价值当量因子表。国内对生态系统服务评估开始于1999年，此后，国内学者又进一步对林地 ［75］ 、草地 ［76］ 等生态系统进行了初步探索和分析。2003年，谢高地等在Costanza等研究的基础上，制定的中国生态系统当量因子表，得到了国内学者的广泛应用 ［77］ 。目前，对生态系统服务价值的评估方法呈现多样化，主要应用的方法有价值量评估 ［78］ 、物质量评估 ［79］ 以及其他开发模型 ［80］ 等。物质量评估法在大尺度以及生态质量健康评价方面得到广泛应用。价值量评估法是将生态系统提供的服务或产品转化为货币价值，具有较强的可操作性和适用性。随着对生态系统服务价值研究的深入，学者们开发了InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs）模型、SolVES（Social Values for Ecosystem Services）模型 ［81］ 等，上述模型的开发与应用均为生态系统服务价值的进一步研究奠定了基础。土地利用变化是引起生态系统服务价值变化的主要原因，二者之间相互影响。随着城市化的不断发展，土地利用变化显著改变了地表植被和景观格局，从而引起生态系统的结构及功能发生改变，生态系统服务价值也发生了改变。相应地，生态系统服务价值的变化也影响着土地利用的方式及效率，进一步引起土地利用格局的改变 ［82］ ，评估土地利用变化和生态系统服务价值逐渐成为近年的研究焦点。从研究内容来看，主要聚焦于以土地利用变化为表征的人类活动以及自然演变对生态系统服务价值的影响。随着研究的深入，学者们对土地利用变化驱动下生态系统服务价值的时空分布格局与未来演变趋势等方面进行了探索，并取得了丰富的成果。从时空格局来看，国外学者以海岸线 ［83］ 和红树林 ［84］ 等典型生态脆弱区域为主，国内学者以流域、山地、草地等 ［85-86］ 中小区域为主。近年来，学者在分析时空演化的基础上，尝试研究未来土地利用变化对生态系统服务价值产生的影响，如Beroho等利用CA-Markov模拟了摩洛哥地中海流域未来土地利用变化的情况，了解流域森林、湿地和农田等生态系统的未来变化特征，为抑制土壤流失、流域水位下降以及森林滥砍滥伐等问题做出规划管理 ［87］ 。总的来看，土地利用与生态系统服务价值息息相关，是资源环境演变的重要研究内容。
综上所述，可以发现土地资源、水资源、能源和生态系统服务价值均受到了学者的关注。其中，土地资源与生态系统服务价值相互影响，对资源环境演变产生了重要作用。随着当前全球生态环境问题日趋严重，寻找协调社会经济与资源环境保护之间和谐发展的路径与方法成为亟需解决的问题。因此，学者们对不同区域及尺度下的土地资源、土地利用与生态系统服务价值的关系展开了大量研究，并取得了丰富的研究成果。但未来仍需继续高度关注土地利用与生态系统服务价值的演变，明确资源环境的演变特征，为区域未来土地利用规划、及时调整不合理的土地利用结构、区域生态经济可持续发展、生态文明建设提供理论支持与科学指导。
生态安全是区域能够持续为人类生存和经济社会发展提供生态系统服务、生态支撑的一种状态 ［88］ 。生态安全评价从生态安全研究中发展而来，与生态系统服务价值和生态承载力有着密不可分的联系。现阶段，生态安全评价主要是从自然环境对人类社会经济活动的支撑作用出发，衡量生态系统的安全。景观格局及变化可以直观地反映生态系统结构与功能的变化，并有效揭示生态系统安全状况的变化趋势。因此，从景观学角度构建生态安全评价模型，以实现对土地利用/覆被变化所产生的生态影响的定量测度是十分必要的。此外，由于数据易获取及尺度数据直观等优点，景观生态学方法逐渐成为区域生态安全研究的重要途径 ［89］ 。20世纪80年代以来，景观生态安全评价受到学者们的广泛关注，国内外众多学者在积极吸纳各相关学科及相关领域研究成果的基础上，进一步深入研究。研究区域主要集中在流域 ［90］ 、城市区域 ［91］ 、生态脆弱区 ［92］ 以及自然保护区 ［93］ 等。在研究方法上，目前大多数学者基于生态安全的狭义定义，利用土地利用景观格局演变结果，通过景观格局指数构建区域景观生态安全评价模型，定量评价区域景观生态安全状况 ［94］ 。也有部分学者从生态安全的广义定义出发，引入压力—状态—响应模型（PSR模型），多角度构建指标体系 ［95］ 。但传统景观生态安全评价模型忽视了由景观组变化导致的生态环境状况的变化，生态环境质量的变化可能会反作用于当前的景观类型，引发更加严重的生态环境问题。因此，仅依据景观格局指数建立的评价模型不能完全反映区域的景观生态安全状况。基于此，部分学者在相关研究的基础上通过引入生态服务价值理论和生态质量指数对传统景观生态安全评价模型进行完善 ［96］ 。
20世纪90年代，国外学者尝试从景观生态学角度理解生态安全，在此基础上逐渐形成生态安全格局理论。2005年联合国在伦敦公布的《千年生态系统评估报告》中提到，生态系统与人类生存具有密切关系，而生态系统服务退化等生态问题对人类生存环境、全球生态安全产生威胁。2008年成立的国际生态安全合作组织生态农业委员会和2012年成立的生物多样性与生态系统服务政府间科学政策平台都致力于为人类生存环境、生态安全格局构建提供科学依据 ［97］ 。生态安全格局研究最早是以保护生物多样性为目的，但随着社会经济问题越来越重要，生态安全格局的研究逐渐从自然过渡到自然、社会、经济相互协同 ［98］ 。当前生态安全格局的研究更加侧重于全球生态变化及人类扩张造成的区域生态问题，多个学科交叉融合，如保护体系建立及划分不同生态安全类型 ［99-100］ 、自然生态安全与经济发展耦合分析 ［101］ 、生态安全政策的研究 ［102］ 。
1999年，中国学者在国外景观生态安全格局理论的基础上，提出生态安全格局概念，并取得显著成果 ［103-104］ 。同时开始逐渐意识到面对如此复杂的生态安全问题，仅凭生态安全评价的研究是难以积极、有效应对的，需要通过主动介入的方式将管理与实施对策落实在具体的空间地域上，才能对整体的生态环境保护与利用以及城镇经济发展有宏观的掌控能力，进而有针对性地解决生态环境问题。随着景观生态学相关概念的引入和景观格局量化等相关研究的开展，以及“绿水青山就是金山银山”理论的逐渐深入、“统筹山水林田湖草系统治理”措施的持续推进，通过构建生态安全格局以提升区域生态安全水平逐渐成为共识 ［105］ 。景观生态安全评价逐渐作为构建生态安全格局的基础，并结合生态服务价值理论和生态质量指数，学者们从国土、区域及城市不同尺度上开展了大量的实证研究 ［106］ 。生态安全格局以景观安全评价为理论基础构建区域安全格局，借助环境遥感和地理信息等技术手段，运用空间叠加、多指标综合评估 ［107］ 等识别生态用地，研究范围大到国家尺度 ［108］ 小到乡镇城市 ［109］ 。当前国内研究主要基于“源—汇”理论 ［110］ 、应用最小累积阻力模型 ［111］ 、生境质量评估 ［112］ 等方法，构建区域评价保护体系 ［113］ 。研究区多集中于东部及沿海经济相对发达地区 ［114-116］ ，对主要粮食产区的生态安全格局构建关注较少。产区的生态环境脆弱，但在粮食安全方面具有极其重要的战略地位。
因此，本书通过对相关研究理论和研究成果的整理和总结，得到启示：全球生态环境正在不断恶化，如何行动才能保护生态环境值得深思。城市不仅是人类文明的产物，更是人们生活的场所，其建设是对生态环境造成影响的直接手段。城市规划又对城市建设起直接引导作用，因此，如何对城市规划实施生态安全评价、构建生态安全格局、保障粮食安全成为当务之急。
区域资源环境为人类社会可持续发展提供重要支撑 ［117］ ，而随着世界人口快速增长，城镇化速率加快，高强度的土地开发利用、矿场资源消耗、地下水资源开采以及工农业等社会经济活动带来了高强度的碳排放、生态系统受损和环境污染加剧等一系列问题 ［118］ 。生态安全格局则围绕生态功能充分发挥和结合自然资源合理配置，对不同尺度区域进行划分，力求从空间层面分析资源与环境矛盾，为管理者与利益相关者提供解决办法 ［119］ 。
针对资源环境演变和生态安全格局构建的国内外相关研究较为丰富。在国际学者的研究中，研究内容可以按照区域尺度范围来划分，涵盖大洲 ［120］ 、国家 ［1221］ 、省域 ［122］ 、城市 ［123］ 等行政区尺度和流域 ［124］ 、特殊保护区 ［125］ 等特定尺度 ［126］ 。这些研究主要以解决资源紧张或环境变化问题为主要目标，形成生态网络、生态控制线、生态红线，最终构建决策者可参考的生态安全格局。我国的生态安全格局构建研究源自景观生态学的兴起，随着我国经济高速发展，人民生活水平逐步提高，合理有效地规划未来区域建设对资源环境具有关键作用。研究按照不同区域尺度范围划分，包括国家 ［127］ 、省域 ［128］ 、市域 ［129］ 、县域 ［130］ 、省际间 ［131］ 、城市群 ［132］ 等行政区尺度 ［133］ 和自然保护区 ［134］ 、海岸线 ［135］ 、流域 ［136］ 、草甸 ［137］ 、高原 ［138］ 、湿地 ［139］ 等多种特定尺度。尽管我国在资源环境演变背景下生态安全格局研究的目标区域各不相同，但整体来看应用过程大体呈现“生态源地—阻力面”的结构。“生态源地”是从自然资源层面考虑已经存在或潜在的稀缺问题，寻找亟需保护及利用的水体、土地、生物、大气、矿产等可再生与不可再生资源；“阻力面”则是从资源环境层面考虑生态系统服务供需不平衡等问题，寻找人口增加造成的资源环境配置不均、水土生物等资源稀缺、各种环境污染等问题，将其作为路径和阻力面，最后形成生态安全格局并进行分区，为目标区域的相关决策者提供科学的规划建议（见图1-1）。
正如上文提到的，面向应用与管理我国资源环境和生态安全格局构建的研究主要集中于目标与路径两个方面。在宏观尺度方面，以构成大型景观、区域的水土生物等资源分配和土地利用类型的形状、比例和空间配置为目标，以城市群和省际间等尺度上的流域覆盖区、森林保护区、湖泊、山脉等维护和修复为目标；在中观尺度方面，以城市内植被覆盖、农田、河流的保护和建设为目标；在微观尺度方面，以城市内部多个公园、绿地、绿色屋顶等社区级别建设和规划为目标。尽管不同尺度的目标具有差异，但资源环境保护多以生态、社会、自然三个路径进行量化。具体包括生态系统服务评估、景观生态安全指数评估、生态敏感性评估等多种生态质量评估指数的生态因子；社会基础设施和人为设定的关键因子；高程、坡度、河流、气温、降水等自然因子。由于国家对生态安全的关注度提升，现有的大中型尺度研究中能够以生态因子作为路径的越来越受关注，不论是干旱区、湿地区、跨流域、跨省还是城市群协同区域，对土地资源、水资源、大气、生物栖息地、粮食等多种生态系统服务的研究逐渐成为重点。生态系统服务是人类从自然界中获取的最基础的福祉，对提升人类生活质量有极大贡献。生态系统服务又是生态安全的表征，能反映生态系统状态与人类社会关系。生态系统服务作为人、环境、资源之间的纽带，能够表征土壤安全、水资源安全、生物多样性、粮食供给、大气污染等多种指标。因此，可以利用生态系统服务价值来探究资源环境演变给生态安全格局构建带来的影响和两者间的协同关系。
随着社会快速发展，土地资源最为直观的变化是土地利用类型的变化，同时土地利用是人类活动与自然环境相互作用的最直接形式 ［140］ 。此外，土地利用类型的变化会直接影响到景观类型与结构的变化，不同的土地利用类型随着时间转移，景观结构由于其组成的斑块类型变化而变化 ［141］ ，这一思想也得到了多数学者的支持与认可 ［142-143］ 。与此同时土地利用类型的变化会直接影响生态系统服务价值的变化，参考前人研究可知其中包括调节服务、支持服务、攻击服务、文化服务 ［144］ 。基于此，可使用景观格局安全指数、生态质量指数、景观生态指数等对景观生态安全进行评估，进一步探究其影响生态安全格局的程度 ［145］ 。依此了解土地利用类型变化对生态安全格局变化的影响程度。然而，从土地资源的配置角度来分析，人类活动带来土地资源配置不均，对土地利用进行科学规划与安排才能改善土地使用的合理性。同样区域的建设离不开对土地功能的提前规划，为此，土地利用情景模拟方法的出现完善了对土地利用类型预测而带来的诸多问题 ［146］ 。总之，在资源环境演变与生态安全格局构建的相关研究中，对土地资源的关注必不可少，且土地资源所影响的景观生态因素也应考虑在内。
河南省处于中原腹地，各种资源地域分布不均，学者们从粮食 ［147］ 、水陆统筹 ［148］ 、生态保护 ［149］ 等多个方面对省内城市进行研究，同样对河南省全域生态系统服务进行评估从而构建生态安全格局 ［150］ 。以河南省行政区作为分析单元，不仅在数据获取方面有很大的便利，而且有利于获得生态保护的地方财政支持，有利于决策者针对省内的生态安全问题制定针对性政策，更有利于生态安全政策落实。
图1-1 资源环境演变和生态安全格局构建关系图