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2025 , Vol. 47 >Issue 1: 3 - 13

DOI: https://doi.org/10.18402/resci.2025.01.01

土地系统与土地利用转型理论

土地系统科学的理论认知与研究范式

  • 龙花楼 , 1, 2 ,
  • 陈坤秋 , 3 ,
  • 郑瑜晗 4 ,
  • 张英男 5
展开
  • 1.广西大学公共管理学院，南宁 530004
  • 2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101
  • 3.湖南大学公共管理学院，长沙 410082
  • 4.湖南大学建筑与规划学院，长沙 410082
  • 5.浙江大学公共管理学院，杭州 310058
陈坤秋，男，江西万年人，副教授，硕士生导师，研究方向为土地利用与城乡发展。E-mail:

龙花楼，男，湖南醴陵人，教授，博士生导师，研究方向为城乡发展与土地利用转型、“三农”问题与乡村振兴。E-mail:

收稿日期: 2024-12-09

  修回日期: 2025-01-01

  网络出版日期: 2025-02-08

基金资助

国家自然科学基金项目(42201209)

国家自然科学基金项目(41731286)

国家自然科学基金项目(41971216)

收起

The theoretical cognition and research paradigm of land system science

  • LONG Hualou , 1, 2 ,
  • CHEN Kunqiu , 3 ,
  • ZHENG Yuhan 4 ,
  • ZHANG Yingnan 5
Expand
  • 1. School of Public Policy and Management, Guangxi University, Nanning 530004, China
  • 2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 3. School of Public Administration, Hunan University, Changsha 410082, China
  • 4. School of Architecture and Planning, Hunan University, Changsha 410082, China
  • 5. School of Public Affairs, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China

Received date: 2024-12-09

  Revised date: 2025-01-01

  Online published: 2025-02-08

Fold

摘要

国家战略需求、城乡现实发展困境与现存学科发展短板迫切需要系统认知土地系统科学并建立相关学科体系。本文在厘清土地系统科学内涵与特征的基础上，分析其发展历程，并构建土地系统科学的理论与技术体系、研究范式与话语体系。土地系统是人类社会与自然环境系统的界面、可持续土地利用转型的场所，是一个复杂的巨系统，具有时空异质性、尺度敏感性、系统反馈效应。土地系统科学致力于深刻理解发生于土地上的人类-环境相互作用，关注土地系统的跨时空溢出效应和非线性转型，最终服务于可持续土地利用解决方案的制定。“人-地-权”三位一体的土地系统科学理论体系，以土地利用为关键过程，以土地权属为纽带，涉及土地资源域、权属域、空间域和功能域4大模块。土地系统科学研究范式逐渐由知识与现象描述向土地复杂系统模拟与预测转变，强调多学科理论与方法交叉集成，以及多尺度综合分析边界拓展下对土地系统的多层级近远程耦合互动的理解，关注构建可定量计算的土地系统大模型对其动力机制、综合效应与未来情景及风险等进行综合动态集成分析、预测与模拟，呼吁大数据时代的开放科学合作。

关键词： 土地系统科学; 发展历程; 理论与技术体系; 研究范式; 土地利用转型

本文引用格式

龙花楼 , 陈坤秋 , 郑瑜晗 , 张英男 . 土地系统科学的理论认知与研究范式[J]. 资源科学, 2025 , 47(1) : 3 -13 . DOI: 10.18402/resci.2025.01.01

Abstract

The needs of national strategies, the dilemmas of urban-rural development and the shortcomings in disciplinary development put urgent requirement for the establishment of land system science. On the basis of clarifying the connotation and characteristics of land system science, this article analyzes the development history and constructs the theoretical and technological system, research paradigm and discourse system of land system science. As the interface between human society and the natural environmental system and the site of sustainable land use transitions, the land system is a complex mega-system characterized by spatio-temporal heterogeneity, sensitivity in scales, and the systematic feedback effects. Land system science is committed to a profound understanding of the human-environment interactions occurring on land, focusing on cross-temporal and spatial spillover effects and non-linear transformations of the land system, ultimately serving the formulation of sustainable land use solutions. The “human-land-right” trinity theoretical system of land system science involves four modules, including the domains of land resources, ownership, space and function, with land use as the key process and land ownership as the bond. The research paradigm of land system science has gradually transformed from knowledge and phenomenon description to the simulation and prediction of complex land systems, which emphasizes the integration of multidisciplinary theories and methods as well as understanding the local-distant coupled interactions of land systems based on the integrated multiscale analysis of expanding boundaries, and focuses on the construction of large-scale quantitative land system models to provide comprehensive and dynamic integrated analysis, prediction and simulation of its dynamic mechanisms, integrated effects and future scenarios and risks, and appeals for an opening scientific collaboration in the era of big data.

Key words： land system science; development process; theoretical and technological system; research paradigm; land use transition

1 引言

人类世背景下，人类与环境交互作用剧烈，土地作为这一过程的作用对象与空间载体，起到至关重要的作用。土地系统参与社会经济发展全过程，土地利用形态是社会经济发展的映射，社会经济发展中的诸多问题也可以通过调控土地系统运行予以纾解[1]。土地的多功能属性决定了土地系统是一个巨系统[2]，单一学科难以穷尽其运行机理与多维效应，亟需建立土地系统科学相关学科体系。
经过40多年的快速发展，中国社会经济发展水平与国民福祉取得了长足进步。但是城乡发展差距与区域发展差距较大、人口城镇化与土地城镇化失调、城市病与乡村病凸显、气候变化与生态环境问题突出且伴生出现。为此，党和国家提出新型城镇化与乡村振兴两大国家战略，这两大战略关联城乡两大地域系统，构成“两位一体”战略体系。但是，在中国社会经济步入质量变革、动力换挡与效率转变的关键时期，加之动荡的地缘政治与全球经济下行，新型城镇化与乡村振兴推进速率较缓。土地是链接城乡地域系统的核心要素，土地系统也即耦合的人类-环境陆地系统[1]，是两大战略实施进程中特别是交汇期最具调控属性的子系统。人类活动以土地系统为空间载体，优化土地系统中的人、地、权关系，畅通城乡要素流通机制，进而实现城乡地域系统空间重构、功能互补。调控土地系统运行可望以土地为核心，通过土地资源优化配置，联动人口、资本、技术、信息等要素，成为新型城镇化与乡村振兴战略的有力抓手。
中国特殊的土地制度安排与土地资源配置的强政府管控的特征有效实现了耕地保护、经济发展用地保障等目标，走出了一条“以地谋发展”的特色城镇化与经济增长道路。同时，土地系统的局部失序的问题也逐步显现，城市用地方面的建设用地利用粗放、土地财政依赖严重、工业用地比重偏大而商住用地略显不足、城市房价高企等，乡村用地方面的宅基地空废化、产业用地空心化、农业用地污损化、生态用地缩减等均是其重要表现。土地系统的局部失序使得土地资源配置效率较低，进而影响了国民福祉的持续增长，甚至为未来社会经济转型埋下一定的隐患。城镇化的过快扩张与土地增值收益的不合理分配导致乡村发展权能受损，乡村成为现代化建设的“洼地”。与此同时，在人口收缩背景下“空城”现象也在局部地区出现、城市职住空间失衡，城乡发展空间失序是土地系统运行过程中的重要症结。聚焦到资源与生态环境维度，农药化肥的超量使用导致的农业面源污染、土地的重金属污染、东北黑土地退化、华北地区的地下水超采、西北地区的土地荒漠化、南方丘陵地区的土地边际化、气候变暖与极端气候频发等问题既是土地失序运行的表征也是其结果。上述系列问题的解决为土地系统科学的集成研究与学科建立提供了急切的现实需求。
土地系统是人类开展的土地利用活动与陆地表层自然环境交互作用的结果，也是实现可持续发展的关键纽带[3,4]。因此，土地系统一直是地理学、生态学、土地管理学、经济学等学科的核心研究对象之一，相关土地系统科学的研究由此取得了丰富成果和显著进展。在理论分析方面，研究主要深入探讨了土地系统的内涵外延[1,4,5]、结构与功能[6,7]、运行机制[8,9]及其与社会、经济、生态系统的交互过程。在实证分析方面，学界聚焦土地系统变化的格局、过程和机理研究，对典型区域开展了多维时间和空间尺度的实证分析[10⇓⇓⇓⇓⇓⇓-17]。通过刻画演变过程，提炼驱动因子，总结运行规律，研判发展态势，总体形成了能代表不同时点、不同区域类型的土地系统变化特征。此外，土地系统科学的重要概念和思想也逐渐在实践应用上显现。例如，部分学者基于土地系统科学的研究视角讨论了山水林田湖草沙一体化保护与系统化治理路径[18]、提出了促进乡村发展转型和城乡融合发展的调控方案等[1,19]。可见，已有研究为土地系统科学的理论体系建设提供了坚实基础，并相对明确地凝练了关键科学问题，即致力于研究实现“人、地、权”关系系统最优化，提供可持续发展的土地利用方案。在方法创新上，土地系统的变化监测、机理分析和预测模拟等方面也开发了较为实用和有效的工具和方法[2,20]。
土地系统内部要素多元化、利用过程多样性，与社会、经济、生态系统交互关系复杂性等特征，意味着土地系统科学研究应当致力于形成整体性方案与框架合力解决复杂的社会-经济-生态问题。然而，已有研究仍侧重于单一视角或单一子系统，如在土地系统的状态层面，多基于模拟预测土地系统发展态势开展阈值和系统属性研究；在土地系统的过程层面，多数研究集中在土地利用的动态监测与空间格局特征刻画、驱动因子与演化机制剖析的实证研究方面；在土地系统的响应层面，已有研究主要关注土地利用的规划管制、合作与交易机制、政策与机构设置等内容。从现实紧迫性来看，单纯依靠优化调控单个部门或单个子系统来解决当前我国面临的社会生态耦合问题的做法已到了收效甚微的地步[21]。基于此，土地系统科学亟需基于综合和系统的观念，进一步完善理论体系、技术体系，在认识论、方法论等维度形成特有的研究范式与话语体系，以期建立土地系统科学的学科体系以服务土地可持续利用实践与国民福祉提升。

2 土地系统科学发展历程

土地系统科学（Land System Science, LSS）是由一系列全球性研究平台和计划推动发展成熟的（图1）。1995年，国际地圈生物圈计划（IGBP）与国际全球环境变化人文因素计划（IHDP）共同发起的“土地利用/土地覆被变化科学研究计划”（Land-Use and Land-Cover Change，LUCC）为土地系统科学的发展提供了初始动力。随后发展起来的“土地变化科学”（Land Change Science, LCS）聚焦土地利用/覆被变化现象的变化模式及驱动因素，并促进理解区域尺度上土地利用和覆被变化之间的互馈互促机制[22]。土地变化科学作为独立的、跨学科的研究，为土地系统科学的发展奠定了基础。其次，作为IGBP的一部分，“全球变化与陆地生态系统计划”（GCTE）研究全球变化对陆地生态系统的影响，该计划对生态系统功能的重视及其对陆地系统结构和功能的影响进一步加强了土地系统科学研究的系统性和跨学科特征。再者，在继承LUCC计划的基础上，2005年推出的全球土地计划（Global Land Project, GLP）显著推动了土地系统科学研究的深度和广度。该计划强调社会-生态系统的复杂动态关系，注重可持续发展目标（SDGs），探索制定可持续土地管理解决方案。2013年启动的未来地球计划（FE）综合集成以往研究的重要成果和发现，积极组织跨学科合作应对全球环境挑战，研究气候变化、生物多样性丧失、资源不可持续利用等问题，以可持续发展目标为核心，促进知识共创与全球可持续发展。土地系统科学也由此从侧重理解和诊断土地系统变化转向基于这些理解和认知提供实现可持续的土地利用解决方案的重要阶段[23,24]，将着力提升在公共政策中的应用价值。
图1 土地系统科学的发展历程

Figure 1 The development process of land system science

3 土地系统与土地系统科学的内涵与特征

3.1 土地系统的内涵

土地是人类社会生存、生产、生活的物质载体与发展支撑，系统是由相互联系并与环境发生作用关系的各组成要素形成具有特定结构和功能的有机整体。土地系统的内涵可界定为在一定地域空间内，以土地要素为关键对象与作用界面，以人、地、权关系为核心，通过土地利用的机制与过程联动耦合其他社会、自然等发展要素，与所处自然环境与社会环境交互作用、反馈响应的开放复杂巨系统[19]。同时，土地系统可视为自然、经济、生态、制度与时间的函数[25]，在社会经济与环境转型交互作用下经历着剧烈的非均衡演变[26]。因此，人类世背景下，来自于社会经济发展和人类认知发展的客观需求促使学界亟待建立以“土地系统”为逻辑起点与核心研究问题的研究领域与学科。

3.2 土地系统结构与特征

土地系统是以土地要素为核心，与其他发展要素交互作用，是土地利用与土地覆被的总和[27]。土地系统链接自然生态系统与社会文化系统，土地系统既是二者的重要组成内容，同时土地系统运行也推动自然生态与社会文化系统演化发展。其中，人类社会文化系统强调人类活动对土地要素的管理、利用和保护，由此形成复杂的、动态的和远程耦合的人地关系地域系统；自然生态系统聚焦土地要素与其他自然要素的相互作用和交互影响，重视土地系统运行产生的社会生态结果。两个子系统的差异以及子系统内部、子系统之间的相互影响导致土地系统是一个复杂系统[4,19]。土地系统也参与了城乡地域系统的运行过程，置于不同的地域系统中，土地系统可以细分为乡村土地系统与城镇土地系统。在城乡融合发展的背景下，土地系统也成为城乡融合系统生成的重要推力与媒介。可见，土地系统呈现由自然生态系统与社会文化系统构成双型结构以及乡村地域系统与城镇地域系统共同构成的地域外延结构。
土地系统从功能层面具有资源、经济、社会、生态等多功能价值。因此，基于功能视角解剖土地系统包含土地资源系统、土地生态系统、土地经济系统与土地社会系统4个子系统。其中土地资源系统与土地生态系统为基础性子系统，更多反应“地”的自有属性。经济系统与社会系统是人地交互作用下形成的带有“人”“地”“权”属性的复杂系统，不同的土地利用方式与开发程度使得土地系统呈现不同的用地类型。
除了复杂系统的一般特性外，土地系统还表现出如下3点特性：①时空异质性。土地系统演变也即土地利用空间格局变化的动态过程，具体表现为土地利用结构的时间异质性和不同类型土地利用的空间非均衡性[28]。②尺度敏感性。尺度是了解土地系统运行情况和规律的窗口，但由于不同尺度涉及的利益群体不同，导致观察到的土地系统运行机制也可能存在较大差异[29,30]。③系统反馈效应。土地生态系统和土地经济系统之间持续进行的物质循环和能量转化活动是土地资源能够被持续利用的内在机理。子系统之间的反馈、响应、融合和接纳共同促进人类活动和自然环境的耦合协调[8,31]。

3.3 土地系统科学的基本内涵

土地系统科学以土地系统为核心研究对象，旨在通过监测土地变化，研究土地系统的结构与功能及其演化过程和规律，以解释人类土地利用活动与自然生态和经济社会系统变化的驱动因素和反馈机制，理解发生于土地上的人类-环境相互作用，并与各级决策部门合作产生共同的认知，并有效地将科学发现转化为可持续土地利用解决方案并付诸实践[1,4]。土地系统科学是一门涉及资源科学、地理科学、环境科学、管理科学等自然科学，并与人文社会科学与工程技术科学高度交叉融合的综合性应用性学科，因此其内涵与外延也在不断深化与拓展，涉及生态、土地与环境科学技术、区域可持续发展等一系列分支学科和研究领域。
土地系统科学也应在与相关学科相互交叉合力攻关前沿综合性问题的基础上，明确核心研究对象与研究领域，提炼特有概念内涵、核心理论与技术方法，构建土地系统科学的理论体系与研究范式[32,33]。当前，结合多位学者对土地系统科学的研究和评判[19,32,33]，目前土地系统科学正处于向成熟系统范式研究发展阶段。因此，相较于提出不同领域研究者所共同接受的一组假说、理论、准则和方法的学科范式与体系，本文尝试聚焦多学科研究视角以提出当前土地系统科学的核心基础理论、支撑技术体系与关键研究问题。

3.4 土地系统科学的基本特征

深刻理解发生于土地上的人类-环境相互作用，关注跨时空溢出效应和非线性转型以及致力于制定可持续土地利用解决方案是土地系统科学的3大主要特征。土地系统科学的研究对象是土地系统，而土地系统位于人类社会与自然环境的交界面[1]，这就要求土地系统科学具备跨学科特征，统筹运用多学科方法实现动态监测土地利用变化，研究解释驱动因素和反馈机制，深刻理解发生于土地上的人类-环境相互作用。生态系统与人类福祉密切相关，土地系统科学要探索有助于检查、理解和解决土地系统过程及其社会生态结果，推动政策实施公平有效[34]。另一方面，土地系统是复杂的巨系统，加之全球化背景下各类发展要素的流动与相互作用日益频繁，土地系统的变化过程、机理、格局和效应都愈发受到远程因素的影响，土地系统科学在预测土地系统变化轨迹上需要考虑更加复杂的跨时空溢出效应[35]。同时，土地利用转型置身于自然系统-经济系统-管理系统三重框架中，具有强烈的不确定性和不稳定性。土地系统的结构特征在社会经济和自然环境发展转型的交互作用下呈现出非线性转变[36]，土地系统科学需要关注各子系统之间的相互作用，以系统性思维解析土地利用的转型规律，推动理论发展和模型构建。此外，土地系统是可持续转型的场所，提供可持续土地利用解决方案是土地系统科学研究的核心任务（图2）。可持续发展目标要求土地系统科学从多时点、多空间、多要素、多主体和多机制等多重维度优化土地资源配置，实现土地可持续利用。既要加强大数据、云计算等数理分析方法创新，支持大模型开发以实现高精度刻画和模拟土地系统与生态环境系统、社会经济系统的互动关系和关联效应，也要与经济学、社会学和管理学等社会科学实现深度融合，剖析多元利益主体间的行动逻辑和响应机理，完备理论体系，推动土地系统科学在可持续发展目标实现上发挥建设性作用[37]。
图2 土地系统与土地系统科学的特征

Figure 2 Characteristics of land system and land system science

4 土地系统科学理论框架与技术体系

4.1 土地系统科学的理论框架

土地系统科学是一涉及众多学科的研究领域，具有交叉性、综合性、广泛性以及前沿性特征的研究在极大促进学科发展创新的同时，也使得土地系统科学存在学科边界相对模糊、基础核心理论与方法的界定探讨存在分歧等问题。但总体看来，不同学科不同视角各有侧重的研究内容都折射出土地系统科学的核心问题，即围绕以人类土地利用为主导的人类-环境耦合系统研究。鉴于此，本文尝试从人地关系地域系统的理论视角出发，融合相关学科理论，充分认知土地系统自然属性、经济属性和社会属性，在土地系统基本属性与经济规律的耦合约束下，构建以经济社会系统和生态环境系统为基础，以人地关系理论为核心，以土地利用为关键过程，以土地权属为纽带，以土地可持续利用与人类福祉为准绳，“人-地-权”三位一体的理论框架体系（图3）。
图3 土地系统科学的理论框架与技术方法体系

Figure 3 Theoretical framework and technological method system of land system science

在这一理论框架中，以“地”视角透视土地系统科学，即基于土地系统科学的生态环境系统研究视角出发，将土地系统作为地球陆地表层的基础因素，关注在人类活动驱动下，土地系统与地球系统各圈层之间存在的多重作用过程。土地系统运行的特点是社会和环境转变交织在一起的快速、广泛和极不平衡的过程，往往规模大，且具有系统敏感性、时空异质性、非均衡性等方面挑战[31]，往往会对生态系统和人类造成严重后果。因此，土地系统科学正逐渐从人类-环境系统的发展研究演变为人类-环境系统的可持续发展研究[23,24]，重点关注土地要素的自然形成过程、结构与功能演化，及其空间格局、时间演替以及与地球表层中人与自然环境系统相互作用的过程机理，以推进全球性可持续发展问题的研究。因此，需要围绕全球变化中的复杂问题，联合多学科理论与技术方法，如土地利用变化综合评估、地理空间分析、远程耦合与模型模拟等，基于长时期土地变化监测与诊断，对土地系统内部要素多元化、利用多样性以及对单个及多种要素作用格局与过程的深入认知和理解，剖析影响土地系统变化的驱动因素与反馈机制[19]，将土地系统作为阐释全球变化挑战的关键，推动形成以土地系统科学作为解决全球性可持续发展问题的学科共识。
另一方面，着眼于“人”与“权”视角的土地系统科学，聚焦于土地系统的人文演化过程以及该过程中人与地、人与人甚至地与地之间的相互关系，即土地作为生产资料与生产对象，伴随人类定居与人口扩张以及工业化城镇化带来的拓荒、农耕、逐步集约化利用等大规模土地开发活动[38]，土地被赋予更多的属性、效益与价值，并形成具有特定结构与功能的土地系统，包括与土地及其利用活动有关的一切功能与效应的综合，如经济效益、社会效益、生态系统服务等，从而形成一种在时间与空间上连续的自然和社会经济综合体[39]。同时，土地也是人类社会经济活动的空间载体，土地系统经历一系列利用转型而呈现从自然生态系统向复杂城乡地域系统、人地关系地域系统的演化过程，是人类社会发展的集中映射，内嵌于人类发展历史，基于相应社会经济变化与技术革新而产生的土地系统人文演化过程。在这一过程中，以人类的土地利用活动为驱动，以土地权属为纽带，以土地价值为逻辑起点，以土地的管理与配置为核心，形成土地利用与管理系统。土地系统中的各类关系通过土地产权、土地征收、土地收益分配等土地制度的建立健全以及土地规划和管理体系的调节，以缓解土地系统由于自身资源与空间属性以及经济社会中利益相关者围绕土地权属、利用方式与结构等所产生的空间竞争、权益冲突与人地矛盾，显化提升土地利用的效率以及资源环境与社会经济效应，最终优化土地系统运行实现与社会经济发展的适配和土地资源的永续利用，从而促进城乡地域系统和区域的可持续发展。
随着传统学科边界的不断被打破以及相关研究领域理论认知与技术体系的不断深入，土地系统科学的发展亟须深化系统认知理论，促进多个分支学科的纵向深入研究与横向交叉探索，构建综合全面精细深入的系统分析框架，厘清在全球变化影响下土地系统自然、生态、生产、经济、社会等要素协同或权衡作用，解释多尺度、多过程的人地关系耦合机理，形成全要素、结构、功能的土地系统认知理论框架，发展建立适应我国国情的土地系统科学理论与技术体系。

4.2 土地系统科学的技术体系

土地系统科学因其综合学科的学科属性而具有交叉学科的一般特性与共性，具有基于地理学学科特性所衍生出的综合性与系统性分析方法，也具有管理学、经济学学科所集成的质性分析以及多视角分析的定性与定量相结合的研究方法，以及工程科学实测实验及工程技术等科技方法的综合应用。如遥感、应用数学、信息技术、人工智能与大数据等领域变革与成果创新推动了土地系统科学技术体系与研究方法的更新与拓展，不断加深对土地系统的测度、模拟、认知与理解，将研究对象从土地系统的概念模型向着人地耦合过程定量表达转型，有助于对土地系统进行更为精细化、综合化、系统化、智能化的识别、量化与评估研究，并与土地整治、规划、管控等技术方法融合衔接，为可持续土地利用解决方案目标提供支持。
同时，在当前全球生活环境和社会经济快速转变背景与学科交叉互动的趋势下，土地系统科学的研究内容和研究过程也表现为更大范围的协同整合和学科交叉，亟待以系统性和整体性视角构建理论和模型，建设多学科综合交叉和多种技术手段综合应用的集成方法论以应对土地系统的复杂性问题。
土地系统科学要从土地的空间域、资源域、权属域、功能域出发，沿着“要素-结构-功能-运行-优化”的逻辑，将人地关系地域系统理论、地租理论和区位理论等为基础理论，去研究、揭示并解释人类土地利用的本质过程、规律与原理[40]。同时需要依赖于多学科知识体系与技术，通过基于时间、空间、多要素、多主体、多机制等不同维度进行综合分析，推动土地系统科学在积极干预社会生态转型的过程方面发挥建设性作用，实现自然与社会经济系统的联合研究与互馈[37,41]。一方面，通过科学研究土地系统变化并评估其对全球向可持续性转型的贡献，从而为可持续发展目标提供更多现代化科技手段与信息技术的支撑，如遥感手段、基于主体的建模方法、大数据方法和对复杂人地系统的模拟和预测等，进一步揭示土地系统演化及其规律，促进对各类土地利用引起的经济社会和资源环境问题的发生发展规律认知及实践应用。另一方面，在土地资源、土地管理、地理信息系统等应用理论与技术体系的支撑下，观测和揭示土地系统在自然影响与人类作用下的结构、功能与效应的转型演替过程和机制，认识与厘清土地开发利用过程中土地系统对社会经济与生态环境系统三者效益平衡关系，通过土地权属关系、土地政策、土地整治与保护、关联机制、法制等领域的研究，寻找土地系统环境资源与社会经济管控与运营理论与方法，探求支持土地系统健康运行、人地系统耦合与可持续发展的操作途径与技术方法（图3）。

5 土地系统科学的研究范式与话语体系

土地系统科学是研究土地利用及其形成、演化和管理活动规律性的科学。特有的研究对象、研究范式与话语体系是土地系统科学成为一门相对独立的学科的必要条件。需要从认识论与方法论维度逐步构建属于土地系统科学的研究范式。重点回答什么是土地系统科学，着力解决土地系统科学的研究对象是什么，土地系统科学的研究基础是什么，土地系统科学的研究优势在哪里，土地系统科学当前的突出短板有哪些，土地系统科学的理论与实践价值体现在哪些维度等问题。
伴随全球资源环境条件的不断改变和社会经济的不断发展，土地系统科学的科学内涵、关注焦点、研究目标、研究内容以及主要技术、手段、方法等都在不断演变，土地系统科学的研究体系和研究范式正不断走向全球化、区域化、整体化、综合化、系统化和交叉化。针对未来可能面临的跨部门、跨区域、跨学科统筹决策的土地系统科学问题，需要摆脱惯性思维，加强顶层战略设计和方法体系的创新，协同整合更大范围、学科交叉的研究内容和研究过程，增强自然科学和社会科学的沟通合作，变革科学研究范式，形成土地系统科学独有的理论体系与知识框架，凝练公认性、系统性、科学性和前沿性的学科范式。
长期以来，土地系统科学所涉及的科学问题研究和人才培养零散分布于相关学科门类，缺乏系统性和整合性。要实现土地系统科学的研究范式与话语体系重构以及科技创新支撑，必须遵循土地科学的客观规律，在聚焦全球科技前沿、研究热点和回应国家战略需求的基础上，重新认识土地系统，赋予土地系统新内涵，重塑土地的系统认知观、多功能认知观、广义价值观和过程格局耦合观。需要基于比较研究视角开展土地系统科学研究范式与学科发展的国内外差异对比分析，总结中国土地系统科学话语体系的时代语境，探索构建中国土地系统科学话语体系的实践路径。
在重新认知土地系统的基础上，转换研究视角，将土地系统科学理解并定位为解决全球当前复杂问题的关键，赋予土地多重目标、价值观、规范和功能，建立并强化土地系统科学全球战略地位的共识。整合生态学、地理学、经济学、社会学、法学、资源环境等学科的研究方法，识别土地系统科学由土地知识与土地现象描述到土地系统格局与过程耦合再到复杂系统的模拟与预测的范式变迁特征。在重点关注地理学在土地系统科学发展过程中的形塑能力与整合能力的基础上，将现有土地管理、土地经济、土地工程、土地信息技术、土地生态、土地资源和国土空间规划等领域的理论与方法进行有机整合。借鉴不同学科的理论，丰富基础理论的当代语义和解释力，建立新的综合性理论框架，促进土地系统科学综合发展。
进一步拓展多尺度综合分析边界，在研究中结合宏观的全球或区域尺度与微观的地方尺度，理解土地系统的多层级近远程耦合互动；以观测事实为依据，依托数理分析方法，借助新型技术工具和科学运算，如物联网技术实时监测土地系统变化和环境参数，无人机技术进行高精度的土地系统监测和数据采集，将自然地理、人文地理和信息地理知识体系结合成一个可建模、可定量计算的巨系统，进行数值模拟研究，进一步提高模拟预测与运算的效率与精度；注重定点研究、长期观测和实验、过程模型、决策支持模型和综合模型分析，围绕拓展长时序、跨时空土地系统区域研究和过程研究的综合动态集成分析与模拟，揭示并预测在自然社会经济因素综合作用下土地系统变化的动力机制和效应及发展趋势和风险；通过虚拟实验与模拟，探索不同土地利用情景下的系统行为，进行情景分析和预测，评估不同政策和管理措施的潜在影响，从而将土地系统科学的知识架构运用于新土地制度的设计当中，以优化利用土地系统当前构型中的时空交互作用。
同时，在大数据的时代背景下，构建更加开放的土地系统科学数据共享体系，建立开放的数据共享平台，促进数据的开放和共享。同时推动开放科学合作，建立多方协同机制，推动跨部门、跨区域的合作，促进跨学科、跨机构的研究协作，不断发现新的学科生长点和新领域、新方向，力求取得前沿问题研究的重大突破，培育新兴交叉学科的成长，并促进学科研究体系与范式创新。

6 结论

中国正处于城乡转型发展的关键时期，土地系统局部失序引致城乡发展空间失序与发展权能受损以及资源与生态环境问题，新型城镇化战略与乡村振兴战略也亟需突破口与推进器，上述现实问题的解决与国家战略需求的满足均呼吁强化土地系统科学研究。本文从发展历程、内涵特征、理论与技术体系、研究范式与话语体系等维度对土地系统科学进行了系统探索，以深化对土地系统科学的理论认知。
土地系统是人类社会与自然环境系统的界面、可持续土地利用转型的场所，是一个复杂的巨系统。土地系统参与城乡地域系统运行全过程，具有时空异质性、尺度敏感性、系统反馈效应的特征。土地系统科学以土地系统为研究对象，致力于深刻理解发生于土地上的人类-环境相互作用，关注土地系统的跨时空溢出效应和非线性转型，最终服务于可持续土地利用解决方案的制定。在土地系统科学“人-地-权”三位一体的理论体系中土地利用为关键过程，土地权属为纽带，土地可持续利用与人类福祉为目标，涉及土地的资源域、权属域、空间域和功能域。土地系统科学重点关注人类活动驱动下人类-环境系统的可持续发展研究，土地系统的人文演化过程以及该过程中的人与地、人与人以及地与地之间的交互关系。
土地系统科学研究范式正逐渐由土地知识与土地现象描述向土地复杂系统的模拟与预测范式转变。大数据时代的土地系统科学研究强调开放科学合作，需要构建开放的土地系统科学数据共享体系与多方协同机制。在关注地理学在土地系统科学发展进程中的形塑能力与整合能力的基础上，土地系统科学研究强调多学科理论与方法的交叉集成研究与多尺度综合分析边界的拓展，以理解土地系统的多层级近远程耦合互动，依托高精度的土地系统监测与数据采集，构建可建模、可定量计算的土地系统大模型，并对其动力机制、综合效应、未来情景与风险等进行综合动态集成分析、预测与模拟，最后将土地系统科学的知识框架用于新土地制度的设计，以推动土地的可持续利用与人类福祉提升。

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