地学快讯 | 刘彦随研究员：现代人地系统科学认知与探测方法

谈笑有我一个 2024-04-13 发布于新疆

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人地系统是人类活动与地理环境相互联系、相互作用而形成的复杂适应系统。进入人类世，随着人类活动对地理环境的作用和影响不断加剧，人地系统演化过程及其机理复杂性、空间差异性日益显现。新时代中国实施生态文明建设、国土空间规划、城乡融合发展和乡村振兴战略，重在协调和优化多区域、多层级、多部门之间的人地耦合关系及其要素配置格局，根本改善经济发展、粮食生产、生态安全和民生保障等多重功能之间的权衡协同关系，对深化现代人地系统科学研究提出了新要求、新挑战。因此，深入开展人地系统空间识别、类型诊断和强度评估，既是现代人地系统科学和地理学综合研究的重要国际科学前沿议题，也是服务于国土空间格局优化、人与自然和谐共生的现代化等国家战略需求的重要科学基础。

本研究基于人地关系地域系统理论和地理学“三主三分”(即主体功能分区、主导类型分类、主要用途分级)方法，率先构建了“自上而下”的人地系统功能分区-类型分类-强度分级探测的理论与方法体系（图1），用于探测人地系统的宏观分布格局、中观地域类型和微观等级次序特征，解析一定人地系统从其自然地带(N), 到地域类型(A)、交通状况(T)、城乡关系(U)，再到资源环境(R)、经济社会发展(E)的分级传导模式(NATURE)、作用机制及其地带性、地域性、地方性分异规律。构建人地系统分区-分类-分级探测体系的价值在于综合揭示人地系统的区域差异、类型分异、等级区别及其时空演化规律，科学认知人地系统全要素-多结构-多功能的时空差异、级联效应及其内在机理，实现对人地系统的宏观分区综合管控、中观分类科学施策、微观分级精准治理，推动以人地系统耦合与可持续发展为核心的地理学综合研究，促进现代人地系统科学的理论认知与工程实践的有机融合，形成人与自然和谐共生的多尺度人地系统优化格局（图2）。

图1 现代人地系统分区识别-分类诊断-分级评估科学认知体系

图2 人地系统分区识别-分类诊断-分级评估的多级尺度与时空传导

本研究通过集成土地利用、人口密度、夜间灯光指数、感兴趣点等多源空间数据，利用决策树、空间聚类、人类足迹强度指数等定量模型方法，研制了中国人地系统生活-生产-生态功能分区方案（图3），识别了城市型-村镇型-农业型-生态型等主导类型（图4），评析了人类足迹强度（图5），揭示了2000~2020年中国人地系统分布、类型和等级的时空变化趋势。研究结果发现：中国人地系统面积占比由53.9%增至54.1%，基本稳定在54%左右，空间上呈东南高、西北低的分异特征，平原地区、耕地和城市集中分布区的占比明显高于山地丘陵区和地广人稀地区；人地系统中生活功能区面积占比由3.61%增至5.24%，生产和生态功能区占比分别由35.19%和61.20%降至34.66%和60.10%。快速城镇化和乡村振兴发展促使城市型、村镇型人地系统面积扩大，分别增长了135.45%和9.59%，但新增主要源于农业型人地系统；受生态退耕和耕地扩张共同影响，农业型和生态型人地系统间存在相互转换，其面积分别减少1.06%和1.37%（表1）。中国人地系统的人类足迹强度(HFI)由9.28增至10.25，增幅为10%，呈现出高值区扩张、低值区缩减，人类活动持续加强且空间集聚化的特征（表2）。村镇型、农业型和生态型人地系统的HFI分别增加2.21、0.94和0.44；而城市型人地系统HFI波动增加,在其面积显著扩张的2010~2015年期间小幅减少0.84（表3）。