中国土地科学前沿

王静

（中国土地勘测规划院实验室 副主任）

     21世纪，实现我国经济社会可持续发展面临诸多矛盾，资源供给与持续利用，保护与改善生态环境、促进生态系统良性循环、减轻灾害所造成的损失，协调人与自然关系等问题，是人类社会进入21世纪寻求可持续发展所面临的根本性、战略性问题。整体性研究与认识地球系统科学，进行土地科技前沿领域研究，在国家经济、社会可持续发展中占有举足轻重的地位，是人类社会可持续发展战略的科学支柱。

    一、土地科技前沿研究发展的需求

    地球科学发展正从了解地球，利用地球向修复地球、管理地球转变。以往的地球科学知识体系必须向以全面满足社会需求的地球系统科学知识体系转变。人类正面临着一系列前所未有的重大而紧迫的全球环境问题，从科学角度看，这些紧迫的环境问题实质上是地球各圈层相互作用组成的统一系统。可我们对赖以生存的地球了解甚少，不了解地球系统，就不能了解地球系统的演变和灾害的动力起因，就不能解决面临人口、资源和环境的重大问题。科学技术正以前所未有的速度发展，影响着一个国家的综合国力和竞争能力，改变着人类的生活和生产活动，甚至在地球上的生存能力。新理论、新技术的应用，已成为解决资源环境问题的重要手段；建立和发展地球系统科学知识体系成为地学发展的主要目标和解决资源、环境问题的理论基础。

    土地科学是集自然科学和社会科学于一体的综合性很强的学科。土地科学研究对象就是地球表层系统，土地资源问题也涉及多种错综复杂的自然因素和社会经济因素，即进行地球表层系统科学的研究，促进人口、土地、环境和发展的协调。

    二、土地科学前沿研究发展趋势

    土地利用变化研究是伴随全球环境变化研究而逐渐开展起来的，90年代初，两大国际组织IGBP和IHDP都把土地利用变化作为全球环境变化的核心内容，制订了LUCC等研究计划，目前国际土地利用变化研究正向着更加广度和深度方向发展，一方面区域的、整体的、系统的研究思路越来越受到重视，土地利用变化和区域生态安全，土地持续利用等紧密结合；另一方面越来越重视土地变化的过程与机理，模拟与虚拟研究已成为选择解决资源、环境与灾害问题途径的重要手段。2002年，IGBP（国际地圈与生物圈计划）和IHDP（全球环境变化的人文因素计划）两大国际组织对以往IGBP和IHDP的研究计划进行了总结，将从前的LUCC（土地利用土地覆盖）计划和GCTE（陆地生态系统全球变化）计划进行整合，提出了今后10年的土地计划，并提出了土地变化科学（Land Change Science）概念。

    土地计划（Land Project）的目标是系统全面了解人类和自然系统的相互作用、发展与政策相关问题，从而支持人类和自然系统的持续发展，减少全球变化条件下人类和自然系统的脆弱性。研究主要包括三个方面：（1）土地系统变化的原因和规律（causes and nature of Land System change）；（2）土地系统变化的结果（consequences and Land System change）；（3）综合分析与模拟（integrative analysis and modeling）。土地变化科学将通过定点研究、长期观测和实验、过程模型分析、决策支持模型和综合模型来进行其研究，并强调将区域研究和过程研究相结合，进行综合模拟。

    以信息技术为代表的高新技术的应用，已成为解决资源环境问题的重要手段，建立和发展地球系统科学知识体系成为地学发展的主要目标和解决资源问题的理论基础。在高技术和现代信息技术的支撑下，土地科学前沿发展方向的重点有两个特征，其一，建立地球系统科学，利用覆盖全球探测技术和对地观测技术与处理海量地质、土地、环境、生态和气候等数据的巨型计算机技术，实现各层圈相互作用的联合研究和互馈；其二，把与人类生存和活动的地球表层系统置于核心地位，深入理解地球表层各圈层的基本过程与变化及其相互作用，以及人类活动的影响，以协调人与自然的关系，发展地球系统科学；其三，延伸对空间和地球深部的探测，扩展人类认识地球的视野，从更高更深的层次上探索地球演化规律和未来趋势，发现更多的资源满足人类社会需求，提高人类解决严峻的资源环境问题和减轻自然灾害损失的能力。

    三、土地科学前沿研究的差距

    我国土地科学研究水平与发达国家相比还有很大的差距，与满足国土资源规划、管理、保护与合理利用对科学技术新的要求相比，还存在许多薄弱环节。这些差距主要表现在，科学研究跟踪模仿多、原始创新少；长期地表观测数据远远不足，地球表层系统监测体系尚未建立；对地球表层系统演变过程、驱动机制等缺乏深入研究，地球表层系统－社会经济－环境相互定量化模型模拟研究尚薄弱。针对重大资源、环境与灾害问题的跨学科研究较弱；高新技术及设备几乎全部从国外引进，技术上简单的引进多、研制开发少；资料数据和仪器设备的共享没有保证；科技投入不足，尚未形成多渠道、多层次的科技投入体系等等，都是制约未来土地科技发展乃至整个国土资源工作发展的不利因素。

    具体来说，我国在重视长期连续观测数据的积累与调查，采用现代化科技手段与信息技术进行土地资源数据的定时、定量、定位采集和集成技术和标准仍处于初级阶段，需要进一步提高土地资源调查、监测、评价信息技术的现代化与社会化程度。综合利用多学科理论与方法进行不同时空尺度的土地利用/土地覆被变化过程与机制模拟系统研究和多目标决策支持系统的建立，并将土地资源调查、监测、评价、规划和政策制订进行有机衔接，都是我国土地科学研究的薄弱点。并且自然科学、人文社会科学和工程技术的交叉研究不够。因此，形成完善的支撑土地资源可持续利用和管理新要求的科学技术和知识体系，建立以地球系统科学为核心的新的知识体系，探索把科学技术研究转化为生产力和管理决策支持的信息知识，加大管理决策支持研究的力度是今后土地科学前沿研究的重点。

    四、土地科学前沿研究目标与科学计划

    土地科学前沿研究总体目标是建立地球系统科学，提出一批新概念、新观点和新理论，基础研究进入世界先进行列，全面提升我国地球系统科学研究水平，争取在部分研究领域处于国际领先水平；关注地球表层演变过程、机制与效应等重大基础问题，瞄准土地资源调查、评价、规划、保护和合理利用重大关键科技问题，以及国际地球系统科学前沿，提高解决我国国土资源和社会经济可持续发展的重大科学问题能力，重点领域关键技术研发实现跨越式发展，进行地球系统科学理论创新、技术方法创新和研究思路的创新，强有力支持国家经济和社会发展需求。

    地球系统科学的根本任务在于认识地球，并利用这种认识去保证人类生存发展所需要的自然资源，保护和改善人类的居住环境。从传统地球科学向以“地球系统科学”为核心内容的现代地球科学转变，从资源保障为主的地球系统科学向资源、环境并重的多功能、多目标地球系统科学转变是今后的发展方向。其中重点研究陆地表层土地生态系统与可持续发展问题，即发展土地科学理论与技术方法创新，围绕陆地表层土地生态系统变化过程、响应及其功能的演变与恢复的科学问题，在土地资源调查与监测，土地资源时空演变与地球表层过程，土地生态环境演变过程、机制、恢复与重建，以及土地资源优化配置领域达到国际领先水平，建立具有中国特色的土地资源科学、土地变化科学、土地生态科学，实现土地科学理论创新、技术方法创新和研究思路的创新。

    根据国家未来土地科技发展和社会发展的需求，提出未来5--15年重大科技计划，尽可能体现地球系统科学前沿的特点和中国特色。实施地球表层演变过程与效应研究科学计划，具体内容包括：

    1、对地观测土地资源与生态环境研究计划

    对地观测土地资源与生态环境计划研究目标是监测土地资源与生态环境的变化，跟踪土地资源与生态环境调查监测先进技术，解决资源与环境监测标准确定、多源数据的融合与集成等关键技术，建立和完善天基和地基相结合的（星、机、地一体化的）土地资源与生态环境调查监测系统，建立重点农业生产区、重大生态环境建设地区、重点自然保护区、西部重点流域水源保护区、半干旱农牧交错地带风沙区和重点草场土地资源与生态环境监测网络，完善基于新型数字化技术的土地资源与生态环境综合调查和监测技术方法体系，实现调查监测的集成化、综合化、数字化和实时化。

    2、国家地下水系统支撑发展研究计划

    国家地下水系统支撑发展研究计划目标是建立较为完整的地下水开发利用、环境地质灾害防治和生态环境保护的科学支撑体系，构建国家地下水系统支撑科技体系；实现国家地下水系统的三维数字化、决策智能化、决策多目标中心程控的科技体系；建立地下水可持续利用、地质环境和生态环境保护的综合监测、预测和预警科学系统，进一步的提高地下水系统的资源、环境、生态和调蓄功能的综合利用水平，形成较为完备的地下水支撑国民经济可持续发展能力和保障国家战略安全能力的科技体系。

    3、土地资源时空演变与地球表层过程研究计划

    研究不同地质背景对形成我国土地资源时空分布与演化规律的内在影响，分析我国不同区域基本环境化学要素的背景值，了解我国不同区域，不同类型土地质量演变的机理与规律，以及与地球表层过程的关系，建立衡量土地质量变化的指标体系，围绕土地利用/土地覆被变化与生态安全和食物安全的相互作用这一关键科学问题，综合研究我国生态安全和食物安全的主导控制因子，揭示土地利用/土地覆被的时空格局及其演变趋势，为土地资源合理规划提供理论基础和实践指导。

    4、土地生态安全与可持续发展研究计划

    以地圈－生物圈的过程及与其他圈层的相互作用为基础，围绕构建具有中国特色的土地资源可持续利用理论与评价体系，解决多重胁迫下区域土地生态系统退化状态的“临界值”确定问题，综合研究我国生态安全的主导控制因子，揭示土地退化的动因、关键机理与规律，研究退化土地恢复与重建的示范，探索土地生态系统的健康质量评价与土地生态资产评估的理论和方法，建立土地可持续利用监控系统，为我国土地资源可持续利用模式提供科学依据。

    5、土地资源优化配置新理论与新技术研究计划

    以可持续发展为理念，分析和探讨不同尺度和不同地域的土地利用与社会经济发展、生态环境的关系，对土地资源的生产潜力评价模型及土地利用变化预测模型进行研究，进行不同尺度土地资源优化配置的模拟研究，以多目标土地资源优化模型为主控模块，建立基于国家目标的多目标土地资源优化配置决策支持系统，为国土资源部管理和决策服务。

    6、大陆边缘演化与资源环境效应研究计划

    在系统地球科学的框架下，围绕大陆边缘的资源环境问题，开展以城市地质、土地资源、环境地质和海洋地质，以及新能源为标志的系统地球科学系列课题研究，为大陆边缘地带可持续发展提供科学支撑。主要研究内容包括：（1）长江三角洲、珠江三角洲和环渤海城市群和经济带地下空间利用与安全研究；（2）长江三角洲、珠江三角洲和环渤海城市群和经济带土地资源安全研究；（3）海岸带海水内侵与污染机理；（4）沿海经济带地球化学背景与“化学定时炸弹”爆发预警；（5）中国边缘海的形成演化与资源环境效应研究。