土地科学发展时空锥及土地科学学科演进研究

研究目的：研究提出土地科学学科发展时空锥模型,揭示土地科学学科发生和发展的客观规律性。研究方法：借助广义相对论的时空分析理论和未来光锥理论原理,分析人类发展和土地利用历史进程,研究提出土地科学学科发展时空锥模型。研究结果：（1）土地科学学科研究域存在于四维空间之中,是一个时间的函数;（2）土地科学研究域在人类发展进程中出现较早,但扩张较慢;（3）土地科学学科发展时空锥是一个敞口向上不断扩张的倒锥筒;（4）土地科学学科的交叉性源于其内生扩张性。研究结论：（1）时空锥模型反映了土地科学学科及其研究域发生和发展的客观事实和内在规律,有助于认识和研究土地科学学科的独立性;（2）时空锥模型揭示了土地科学是人类发展不可或缺的独立“知识体系”,揭示了土地科学学科研究域扩张的本质和驱动力;（3）时空锥模型预示着土地科学学科研究域未来仍然具有长期的扩张性,这种扩张的结果会逐渐形成土地科学学科的专用理论和技术。     

土地利用动态规划研究

研究目的:重新审视中国土地利用规划的思路和实践,引入动态规划理念,使动态规划理论成为土地利用规划理论的有机组成部分。研究方法:借助时空锥理论、人地权籍时空系统理论,探讨动态规划的机理问题。研究结果:(1)土地利用时空系统的综合性、过程性和多元性带来了纵向时间上和横向空间上的不确定性;(2)在保持土地利用规划原则性和框架性不动的前提下,应增加规划实施过程中的灵活性和弹性;(3)土地利用规划的本质是一种过程性和发展性规划,然而当前中国土地利用规划并没有反映土地利用规划的这种本质。研究结论:(1)时空锥理论论证了土地利用系统是一个动态的时空系统,人们对其演进和发展的认知和利用存在着渐进性、困难性和不确定性,因而土地利用规划也必然存在确定性和不确定性、刚性和弹性之间的矛盾。人地权籍时空系统理论指出地籍限定了土地利用的空间位置、权能边界和土地利用发展权,人们为了克服可利用土地数量的制约,不得不采用土地利用深度开发、提高土地节约集约利用程度的方式,从而实现人与地及其之上的人与人开展土地利用活动关系的平衡。(2)土地利用动态规划认为在规划期内特定地块的类型、用途及规模是可变的,即在固定数量空间资源的情况下,通过发掘规划区的各种内在空间潜力,增加可支配空间资源,为其他用地提供释放和回旋的余地。动态规划的"动"是有原则、有约束的动,这个原则就是通过土地利用效益的提升作为补偿和保证。(3)土地利用动态规划的实现路径从时间尺度来看,规划时序采用逐渐缩口的指标分配办法;规划期限采用区域层级的差别化管理;规划期内采用滚动调整的规划方法。从空间尺度来看,坚持底线思维的前提下,从数量指标分配和土地空间分配两方面着手,促进土地集约节约利用,发挥土地利用规划实施的激励机制作用。(4)在明确土地利用动态规划的原则后,下一步重点需要研究土地利用动态规划的具体技术方法和实践应用。     

基于时空锥理论的“多规冲突”和“多规合一”机理研究

研究目的:研究分析"多规冲突"和"多规合一"的机理,弥补系统剖析"规划冲突"根源的空白,提出"多规合一"的建议。研究方法:借助时空锥理论,通过研究规划的机理,分析"多规冲突"的根源。研究结果:(1)规划及其认知域是时间的函数,对未来的导向性是其最重要的特征;人们对规划存在认知的局限性,导致规划具有先验性和矛盾性。(2)规划存在时空纵向上的冲突、横向上的冲突和复合性的冲突。(3)土地利用规划的刚性是其本质特征。研究结论:(1)规划及其研制的机理,是人们基于当前("t"时)确定性的认知,对未来("t+1"时)不确定性发展的预期,制定从当前到未来较合理的引导人们开展有利于自身可持续发展行动的计划和安排。这使规划产生了一个悖论,即用"t"时确定性的认知,先验性地规划"t+1"时不确定的未来的变化。(2)"多规冲突"的产生存在三种机理,纵向冲突是由研制规划时人们仅拥有不完全的知识而引起的;横向冲突是由各个规划主体都将自身系统的优化目标作为同一时空中制定各自规划的目标而引起的;复合冲突是由上一层级规划通过纵向传导而引起的。解决"规划冲突"并实现"多规合一"的方向是,应将社会经济系统整体的可持续发展作为各个规划的共同目标,转变规划研制战略的指导思想。(3)平衡土地利用规划的刚性和弹性,一是应将土地利用规划研制的战略导向与现阶段及今后较长时期内社会经济发展的现实需求相结合,加快土地利用规划研制战略导向由注重"面积"、"数量"约束型向注重"利用强度"和"利用方式"约束型的转变;二是增加中期(5年)土地利用规划,实施土地利用规划的滚动调整,实现土地利用短期规划和长期规划的衔接。     

基于科学计量学的中国土地科学发展分析

研究目的:对"中国知网"刊载的土地科学期刊文章进行计量分析,探讨土地科学发展特征。研究方法:科学计量学、网络分析法。研究结果:通过对1980年1月1日至2016年12月31日中国知网土地科学文献题录数据的处理分析,可以刻画土地科学研究现状,梳理土地科学发展脉络和演进逻辑。研究结论:(1)土地科学影响力逐步攀升,并已形成了稳定的学者群体,新一代学者逐渐开始引领土地科学发展方向。(2)土地科学主要研究机构多为高等院校和中国科学院等科研院所,研究活动分布具有显著的空间集聚性。土地科学研究基金资助力度持续增加,文章来源期刊多元化。(3)土地科学发展经历了土地制度探索阶段、耕地保护阶段、城镇化阶段、城乡统筹发展阶段。"人地关系权籍时空系统"理论和时空锥理论构成了土地科学演进的内在逻辑。(4)"人地权三位一体"理论和三维空间研究域模型及其理论构成了土地科学研究域的基础,即土地科学主要研究内容是解决在特定发展阶段,土地生产关系与土地生产力不匹配所衍生的土地利用问题,而土地政策研究、土地资源利用和管理研究、工程技术研究则是解决相关问题的土地科学理论实践,土地科学是一门典型的"问题导向型"和"实践推动型"的科学。     

自然资源科学研究和利用管理改革的基本思路与主要任务

研究目的:基于人与以土地为基础的自然资源和社会经济系统的协调和可持续发展目标,研究提出推进中国自然资源科学研究和深化自然资源利用管理改革的基本思路与主要任务的建议。研究方法:借助时空锥理论,构建人地关系演变与以土地为基础的自然资源科学演进和利用管理改革发展的关系模型,分析自然资源相关科学及其范式和利用管理改革发展的内在逻辑;采用集合理论,分析人地关系权籍时空系统与人地关系地域系统的差异;根据人地关系权籍时空系统理论,分析以土地为基础的有关自然资源科学研究和利用管理改革的主要矛盾方面。研究结果:(1)自然资源相关科学及其范式的演进揭示出一个内在逻辑,即人地关系的演变催生了自然资源相关科学及其范式的"科学革命";(2)人地关系权籍时空系统4人地关系地域系统;(3)以土地科学及其范式推动中国自然资源科学研究和深化自然资源利用管理改革,是中国自然资源科学研究和利用管理改革的主要矛盾。研究结论:(1)以土地科学及其人地关系权籍时空系统理论范式为基础,整体统一开展并整合以土地为基础的自然资源空间内各种自然资源权籍信息、资源和资产信息的调查、测量、分类、评估、确权、登记等各种基础数据;(2)以统一整合的以土地为基础的自然资源权籍、资源和资产数据为基础,整体开展以土地为基础的自然资源空间的统一规划,以一个整体规划取代多个行业规划;(3)在此基础上,以土地权籍管理为核心,统一其他自然资源权籍管理,以土地资源和资产管理为核心,统一其他自然资源和资产管理,以服务、支撑并促进中国社会经济可持续发展为目标,构建符合中国国情的以土地为基础的自然资源资产统一市场的机制体制,整体优化利用和统筹治理以土地为基础的自然资源时空,实现人与自然资源生命共同体的协调和可持续发展。     

土地科学学科独立性研究——兼论土地科学学科体系研究思路与框架

研究目的:研究探讨并确定土地科学学科是否具有独立学科的本质属性,在此基础上提出土地科学学科体系研究思路与框架。研究方法:根据《中华人民共和国学科分类与代码国家标准(GB/T 13745-2009)》的定义,依据科学学方法,从讨论土地科学学科有无不可替代的核心理论和不可替代的研究域入手,研究土地科学学科的独立学科属性。研究结果:土地科学学科是一门具有不可替代的土地权籍核心理论,并与土地租价、土地可持续利用理论共同构成有机联系不可分割的核心理论轴,同时具有不可替代的3维3层3环耦合空间研究域的独立学科。研究结论:(1)借助逻辑和空间分析方法,提出的土地科学学科3维3层3环耦合空间研究域,揭示了土地科学学科的本质属性,从而解开了有关土地科学学科的多个重大难题。(2)通过有关土地科学学科发生、演进和发展趋势的研究分析,揭示了:1土地科学学科与相关学科交叉的本质,是由于人类不断提高土地生产力的内生要求牵引,引致土地科学学科研究域内生性扩张导致的交叉;2土地科学学科研究域是一个随着人类提高土地生产力而对应扩张的3维3层3环耦合空间域,且仍会伴随人类不断提高土地生产力的要求持续扩张。(3)通过有关不可替代核心理论及核心理论轴,3维3层3环耦合空间研究域及其形成,学科发生、演进和发展趋势的研究分析,提出了有关土地科学学科的完整系统学说。     

关于土地科学学科视角下“土地(系统)”定义的讨论

研究目的:改变土地科学学科没有反映学科特征的"土地"概念定义的状况,提出土地科学学科视角下的"土地"概念定义。研究方法:针对土地科学学科长期没有形成能够反映学科特征的"土地"概念的状况,搜集土地科学界和相关学科有关"土地"概念定义的研究文献,研究分析土地科学界有关"土地"概念定义存在的问题,指出土地科学学科缺失反映学科特征的"土地"概念的严重性,根据土地科学学科的本质特征和内涵,提出土地科学学科视角下的"土地"概念定义。研究结果:(1)土地科学学科现有"土地"概念的定义主要体现了地理学等自然学科的特征,不能反映土地科学学科的本质特征和内涵;(2)由于没有学科视角的"土地"概念的定义,导致土地科学学科在研究对象、研究角度、研究范围等重要方面难以反映土地科学学科的本质特征和内涵,引致土地科学学科体系构建困难。研究结论:(1)土地科学学科视角下的"土地"概念具有以土地权籍理论为核心和基础、权籍可及性、人力可达性及土地一般属性的重要特征;(2)土地科学学科视角下的"土地"是"一个人类可以设置并行使土地权籍的地球陆地表层(包含内陆水域、海岛和沿海滩涂)的时空系统",简称为人地关系权籍时空系统;(3)由本文提出的"土地"概念定义,推出"土地科学学科的研究对象是地球表层土地人地关系权籍时空系统中出现的一切土地现象";(4)作者提出的土地科学学科视角下的"土地"概念定义体现了学科的本质特征和内涵,反映了人类开展土地利用活动不可或缺的视角,构成了土地科学学科发生和发展的前提和基础。     

中国土地科学学科范式框架构建研究

研究目的:定义科学范式的内涵,构建中国土地科学学科范式框架,显化中国土地科学学科范式,以推动学科建设和发展。研究方法:文献研究法,比较分析法,案例研究法。研究结果:土地科学学科范式是土地科学学术群体所认可和接受的关于土地科学的基本认知、研究思维和研究方法的体系,是土地科学学者开展土地科学研究时的共同"学术语言";土地科学学科范式框架是土地科学本体论、认识论和方法论的集成,以土地资源、土地管理、土地工程为本体论,以着眼于土地利用系统功能辩识的发展观、系统观和时空观为认识论,以质性与量化研究法、时空分析法、模型分析法、工程技术法等为方法论。研究结论:当前土地科学学科范式以一种隐性的潜意识方式存在并指引着大多数人的研究和实践,亟需应用科技哲学层面的范式理论,搭建中国土地科学学科范式框架,推进其范式显化、竞争、转换和发展。     

2016年土地科学研究重点进展评述及2017年展望 ——土地资源、利用与规划分报告

研究目的：总结2016年国内外土地资源、利用与规划方面的研究进展,展望2017年国内研究趋势。研究方法：文献调研法。研究结果：2016年国外研究主要集中在土地资源价值评估与保护、土地生态、土地利用变化的驱动因素与生态影响、土地利用规划理念与技术等方面;国内研究侧重于土地资源配置、土地生态、国土空间分类、土地利用评价、土地利用管控策略以及规划协同与创新等方面。研究结论：2016年土地资源、利用与规划领域创造性地提出了基于土地科学发展时空锥理论而衍生的国土空间系统认知理论,探索了面向新型城镇化和生态文明建设的国土空间分类体系,提出一系列空间规划改革构想和建议。土地资源基础理论研究、国土空间合理利用评价、国土空间用途管制机制与国土空间规划体系的建立将是2017年及未来土地资源、利用与规划领域着重研究的方向。     

基于SOFM神经网络的土地整治时空配置分区研究

研究目的:探索与完善土地整治时空配置分区的相关理论与方法,为新时期生态文明建设、"三生"空间重构等背景下土地整治的实施提供科学依据。研究方法:以江西省湘东区为例,从土地整治生态风险、迫切性和适应性三个维度,系统分析土地整治时空配置分区的影响因素,运用自组织特征映射(Self-organizing Feature Mapping,SOFM)神经网络方法实现土地整治时空配置分区。研究结果:(1)湘东区土地整治生态风险、迫切性和适宜性空间差异显著;(2)湘东区140个行政村被划分为8个项目区,并与传统分区方法进行对比分析,结合分区影响因素,将8个项目区归纳为近期优先、近期适度、中期紧缩和远期限制4个土地整治时空配置分区。研究结论:考虑生态风险的土地整治时空配置分区结果较传统未考虑生态风险的结果更具实地符合性;基于SOFM神经网络的土地整治时空配置分区方法将地理位置和空间属性有机结合,具有更强的科学性和应用性,将为新时期的土地整治时空配置分区研究提供新思路。     

全球近40年地表温度时空变化分析

目的 地表温度是研究全球气候变化的关键参数之一，气候同化数据集具有大尺度、连续、时空代表性强的优点，非常适合用来探究全球地表温度的长期变化规律。方法 文章基于1981—2020年ERA5地表温度逐月数据，利用MATLAB编程以及GIS空间分析功能，研究了全球地表温度在年际和季节尺度上的时空变化规律。结果 （1）近40年的全球平均地表温度接近14.92℃，最冷和最暖地表温度分别出现在1985年和2020年。（2）全球地表温度分布具有较强的空间差异，呈现出大致与纬度平行，从赤道到向两极递减的分布格局，且北半球地表温度稍高于南半球的特点。（3）从时间变化趋势来看，全球绝大部分区域地表温度呈现0.02℃/年的增长速率，其中北半球增长速率高于南半球，欧洲、亚洲和北美洲增长速率高于其他大洲。（4）从区域尺度上来看，全球变暖并不是绝对的，比如北美洲中部、南美洲北部、大西洋北部、印度半岛、太平洋中部和东北部、澳大利亚西部地区以及南极洲大部分地区和沿海呈现降温趋势。结论 全球绝大部分地区近40年地表温度呈现出缓慢的增长趋势，且增长速率北半球大于南半球。     

江西省土地利用可持续性评价与时空特征研究

研究目的：对江西省土地利用可持续性进行评价,并对其时空特征进行研究。研究方法：文献资料法、因果分析法、特尔菲法。研究结果：（1）2006年江西省土地利用可持续性评价结果为赣中高于赣南和赣北,赣西高于赣东。（2）江西省近5年来的土地利用可持续性指数的总体趋势是先抑后扬。研究结论：江西省土地利用可持续性程度整体上良好,但不同城市及不同年份的土地利用可持续性指数存在着明显差异。     

How to fight against southern pine beetle epidemics: An insurance approach

The southern pine beetle (SPB) is among the leading biological agents killing southern pine species in the eastern United States. In light of recognized spatiotemporal autocorrelation in SPB outbreaks, we devise a spatiotemporal block bootstrapping method that can be applied to analyze spatiotemporally dependent infestations. We also identify the relevant risk determinants and evaluate their impacts on the frequency of SPB outbreaks. For example, we find forest type, climate, and natural disasters like storm and forest management are all significantly associated with SPB risks. Using the results of a statistical model, we design a county-level group index insurance plan that generates estimates of actuarially fair premium rates for timber stands containing southern pine species. Given that no government-provided compensation scheme for SPB epidemics currently exists, application of this new insurance product could reduce forest owners losses. Our study offers an approach to analyzing and protecting against risks of other destructive pests affecting the timber sector.     

中国农药施用与农业经济增长脱钩状态：时空特征与影响因素

[目的]明确农药施用与农业经济增长关联状态及其影响因素,为实现"控药减害增收"的目标提供借鉴。[方法]基于2005—2015年数据利用脱钩理论和对数平均分解指数法分解进行分析。[结果]中国农业经济增长伴生大量农药施用,仅少数省域表现出农药施用和农业经济增长扩张绝对脱钩的理想状态,东北西北部分省域农业经济增长则以更大幅度的农药投入增长为代价。中西部地区劳动力规模和技术进步效应是推动农药施用与农业经济增长脱钩的因素;东部地区种植规模变化、劳动力规模和技术进步因素均是推动农药施用和农业经济增长脱钩的因素;东北地区仅劳动力规模效应成为推动脱钩的力量。[结论]推动农药施用与农业经济增长脱钩需要强化农业科技的创新与普及,完善农业生产过程中的技术支撑,推动农业病虫害监测预警,加大对环境友好型低污染农药和肥料的推广度;构建农户施药的多重约束机制,完善农业病虫灾害保险减少农户对生产过程的风险感知,发挥农业合作社对农户施药行为的规制作用,完善产品分级认证和安全准入制度;通过农地合理流转和农业机械化等方式集约利用农业生产资源;因地制宜推动农药施用与农业经济增长脱钩,结合区域资源优势和农业发展阶段有针对性地设计对策措施。     

农业专业化的时空演化规律及空间集聚效应探析*——以广东省种植业为例

[目的]利用种植业产量数据,在县域层面上分析1997—2016年广东省农业专业化的时空演化规律及空间集聚效应。[方法]在通过区位熵模型计算农业专业化指数的基础上,引入重心模型和GIS空间可视化技术分析广东省农业专业化程度的时空分异特征,最后利用空间自相关探究广东省农业专业化的时空集聚效应。[结果](1)1997—2016年广东省农业专业化程度逐渐提升,尤以2007—2016年提升速度最快,这种变化趋势得益于广东省专业镇相关政策实施效果的显现。(2)粮食生产专业化程度相对较高,目前已在粤北(河源市和梅州市西部)、粤西(阳江市)和珠三角(江门市)形成专业化生产区域。蔬菜专业化集聚优势区基本未发生变化,主要分布在广州市和东莞市等城市化水平较高区域。瓜果专业化程度相对较低,空间集聚效应不明显,种植区域分散和相对集中并存,专业化集聚优势区从粤北地区转移到珠三角及偏北区域(肇封开县、德庆县、郁南县)。桑茶专业化区域重心从广东省东北部转移到西南部,目前在粤北的云浮、粤西的茂名形成了明显的专业化分工区域,但规模较小。(3)广东省已初步形成各具特色的农业专业化格局。粮食专业化产区的空间布局主要受经济因素影响,劳动力成本和运输成本决定了蔬菜专业化产区的分布呈现杜能模型的圈层结构,瓜果和桑茶专业化产区主要受自然因素影响,其空间布局具有一定的继承性。[结论]应从优化调整农业专业化空间布局、突破和推广现代农业技术、完善政策保障机制等方面着手,进一步提高广东省农业的专业化和规模化效益。     

江苏沿海地区农田生态系统碳源/汇时空变化及公平性研究

目的 开展区域农田生态系统碳源/汇及其时空格局研究,对农田生态系统管理与农业可持续发展具有重要意义。方法 文章采用碳排放系数法、农作物经济产量法分别估算农田生态系统碳排放量、碳吸收量,并构建生态承载效率指数、经济贡献效率指数对2007—2016年江苏沿海地区农田生态系统碳源/汇的时空变化以及公平性进行研究。结果 （1）江苏沿海地区农田生态系统碳排放先上升后下降,并呈中间高,南北低的分布格局。化肥、农药使用是碳排放的主要因素,农膜、柴油使用对碳排放影响逐渐增加。（2）江苏沿海地区农田生态系统碳吸收总体呈上升趋势,呈中西部高,南北低的分布格局。稻谷和小麦碳吸收占比高达75%,蔬菜碳吸收年平均增长率高达6.84%,逐渐成为江苏沿海碳吸收重要来源。（3）江苏沿海地区10个县（市、区）农业发展的生态、经济效率较好,启东市、海门市、赣榆区、盐城市区、大丰区、射阳县等6个县（市、区）碳汇和农业总产值的比例低于碳排放比例,是影响江苏沿海地区农业低碳发展的关键地区。结论 江苏沿海地区农田生态系统碳源/汇动态区域差异较大,需要针对不同区域情况制定和完善差异化减排策略。     

陕西省乡村发展水平时空变化及其主导因素分析

[目的]不同区域的乡村因自然禀赋和社会环境存在差异,呈现出异构的变化脉络和发展态势。掌握其影响因素及时空变化情况,有益于探寻因地制宜的乡村发展对策。[方法]文章以农村居民可支配收入表征乡村发展水平,利用多元线性回归、地理探测器等模型解析影响县域乡村发展要素的主导因素,分析其时序变化和影响区域分布。[结果]（1）陕西省乡村发展水平具有显著的空间集聚特征,该特征随时间变化呈现先上升后下降的趋势;（2）各要素影响力排序结果存在一定差异,但靠前5个因素保持一致;（3）目前乡村发展尚未克服地形因素的阻碍,地区经济发展与人力资本的差异可能继续影响乡村的发展,县区交通基础设施建设逐渐成为乡村发展差异的主要矛盾;（4）不同地区所受的主导要素不同。[结论]加强县区自身经济发展、加大基础建设的投资,以及发挥乡村的能动作用并努力提升乡村劳动力质量水平,对乡村可持续发展尤其重要。陕西省各区域乡村发展限制条件有所差异,陕北地区应当注重人力资本的发展,加大教育投资或许是其发展之路;关中地区地区经济总体较好,应当发挥城市的带动作用,以城带乡、以工促农。陕南地区利用其生物与旅游资源的优势,发展特色农业促进乡村发展。     

基于时空数据模型的土地地籍管理研究

土地是最基础与最重要的资源与资产,是国家经济政策拟定的依据,是实施规划纲要与落实方针政策的基础。土地是人类生存的基础,而且是不可再生的,只有加大土地管理的力度,高效合理地利用土地,才能实现我国可持续发展的目标。地籍管理是土地管理工作的重点领域,是土地产权得到保障的前提。目前的土地管理集中在对土地产权的管理,土地产权变化会涉及到地理实体时间、空间及属性的变化,时态GIS正好反映了此变化。目前时态GIS的研究集中在对时空数据模型的建构。时空数据模型决定了时态GIS系统的运行效率。无论是国内还是国外均对时空数据模型进行了研究,通过模型的构建的相应地提出了超过20种模型,而在实际的应用中,不同的模型有不同的特点。文章对典型的6种时空数据模型进行了分析,从模型的建模思路出发,分别探讨了模型的适合环境与优缺点,可以为人们在应用时空数据模型进行土地管理时提供帮助,有利于研究者对模型的进一步研究。