土地系統(tǒng)多級綜合觀測研究網(wǎng)絡(luò)建設(shè)框架

張衍毓，郭旭東，陳美景

（1.中國土地勘測規(guī)劃院，北京100035； 2.國土資源部土地利用重點實驗室，北京100035）

土地系統(tǒng)多級綜合觀測研究網(wǎng)絡(luò)建設(shè)框架

張衍毓1，2，郭旭東1，2，陳美景1

（1.中國土地勘測規(guī)劃院，北京100035； 2.國土資源部土地利用重點實驗室，北京100035）

研究目的：基于土地系統(tǒng)科學(xué)基礎(chǔ)理論，研究提出全國土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)的功能定位、組織架構(gòu)、協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，形成土地系統(tǒng)綜合觀測技術(shù)研發(fā)、“大數(shù)據(jù)”平臺構(gòu)建、土地系統(tǒng)觀測研究基地建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布局的總體思路，搭建土地系統(tǒng)綜合觀測理論—技術(shù)—平臺—機(jī)制創(chuàng)新架構(gòu)，提出全國土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的戰(zhàn)略框架。研究方法：文獻(xiàn)研究、專家訪談、實地調(diào)研。研究結(jié)果：（1）土地系統(tǒng)是由人文和自然要素構(gòu)成的人地關(guān)系時空系統(tǒng)。土地系統(tǒng)研究的核心是系統(tǒng)各要素動態(tài)變化、互饋機(jī)制，人—地系統(tǒng)功能演變、協(xié)同耦合與優(yōu)化調(diào)控機(jī)理。土地系統(tǒng)具有多級、綜合、動態(tài)性特征，建設(shè)土地系統(tǒng)多級綜合觀測網(wǎng)絡(luò)，開展持續(xù)觀測，是加強(qiáng)土地系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)知的有效途徑。（2）土地系統(tǒng)多級綜合觀測研究網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要圍繞數(shù)據(jù)觀測、科學(xué)研究、政策創(chuàng)新、資源共享、人才培養(yǎng)、教育科普等功能，形成全國—區(qū)域—縣域—村鎮(zhèn)土地科技創(chuàng)新多級協(xié)同組織架構(gòu)；創(chuàng)新聯(lián)合共建、人才交流、科研聯(lián)動、資金保障、數(shù)據(jù)共享、成果轉(zhuǎn)化等協(xié)同機(jī)制，完善運行管理制度體系；圍繞主要科學(xué)問題和研究領(lǐng)域，研發(fā)土地系統(tǒng)綜合觀測指標(biāo)和觀測技術(shù)體系，構(gòu)建土地系統(tǒng)綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)管護(hù)服務(wù)平臺；加強(qiáng)科學(xué)觀測研究基地建設(shè)，優(yōu)化全國土地系統(tǒng)綜合觀測網(wǎng)絡(luò)布局，形成全國、區(qū)域、市縣、村鎮(zhèn)、地塊多層級觀測體系。研究結(jié)論：建設(shè)全國土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)土地系統(tǒng)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新，可為土地科技聯(lián)合攻關(guān)，土地系統(tǒng)跨尺度、多要素、全方位的科學(xué)認(rèn)知，土地系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展和科學(xué)、系統(tǒng)、聯(lián)動、高效的土地管理科學(xué)決策提供有效支撐。

土地管理；土地系統(tǒng)科學(xué)；土地系統(tǒng)觀測研究基地；土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)；協(xié)同創(chuàng)新；土地系統(tǒng)綜合觀測技術(shù)；數(shù)據(jù)管護(hù)平臺

1 土地系統(tǒng)多級綜合觀測理論基礎(chǔ)

土地系統(tǒng)包括地球表層的陸地部分及其所有與人類土地利用相關(guān)的活動及過程［1］，是人類通過土地利用活動與陸地表層交互作用的結(jié)果。開展土地系統(tǒng)現(xiàn)狀、變化機(jī)理、演變趨勢及其社會、自然效應(yīng)研究，有利于揭示土地利用對社會—自然生態(tài)系統(tǒng)整體功能的影響機(jī)制，并及時進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控［2］。

圖1 土地系統(tǒng)多級、綜合、動態(tài)性特征示意圖Fig.1 Multi-scale， comprehensive and dynamic characters of land system

土地系統(tǒng)觀測和研究包括對單要素屬性的觀測與研究，對系統(tǒng)要素互饋機(jī)制的研究，并通過人文與自然系統(tǒng)綜合要素復(fù)雜交互作用下的人地關(guān)系耦合分析［3-5］，系統(tǒng)剖析人地關(guān)系作用機(jī)制、演變規(guī)律、協(xié)同耦合機(jī)理和優(yōu)化調(diào)控對策。簡言之，土地系統(tǒng)觀測研究的對象就是土地系統(tǒng)構(gòu)成要素、互饋機(jī)制及其變化機(jī)理、趨勢和自然、人文效應(yīng)；目的是通過持續(xù)觀測，揭示土地系統(tǒng)要素、結(jié)構(gòu)、功能演變的時空規(guī)律，支撐土地系統(tǒng)全面認(rèn)知、土地利用科學(xué)決策和土地管制高效優(yōu)化。而這一切均依賴于土地系統(tǒng)綜合觀測相關(guān)技術(shù)支撐下“天—空—地”一體化的土地系統(tǒng)多級綜合“監(jiān)控”網(wǎng)絡(luò)。土地系統(tǒng)具有多尺度性、動態(tài)性、綜合性特征（圖1）。多尺度性決定了需要從宏觀、中觀、微觀多個尺度才能準(zhǔn)確認(rèn)知土地系統(tǒng)；土地系統(tǒng)時刻變化，只有持續(xù)動態(tài)監(jiān)測［6］，才能揭示土地系統(tǒng)演變規(guī)律；土地系統(tǒng)是多種要素交互作用構(gòu)成的綜合性復(fù)雜巨系統(tǒng)［7］，需要對土地系統(tǒng)“全要素”進(jìn)行綜合觀測。上述特征決定了只有進(jìn)行土地系統(tǒng)多級、動態(tài)、綜合觀測，才能全面、及時、準(zhǔn)確把握各系統(tǒng)要素及其作用機(jī)制，推動土地系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)知。

長期以來，由于缺乏全面認(rèn)知土地系統(tǒng)的觀測理論、技術(shù)、平臺和機(jī)制，難以全面、準(zhǔn)確把握土地系統(tǒng)演變規(guī)律，影響了對土地系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知和土地科學(xué)學(xué)科發(fā)展，進(jìn)而制約了土地利用科學(xué)決策。一是尚未形成多尺度、上下貫通的土地系統(tǒng)觀測體系。目前對土地系統(tǒng)的觀測，宏、中觀上依托全國土地資源調(diào)查、國情監(jiān)測、資源環(huán)境調(diào)查等重大工程，查清了土地數(shù)量；微觀上主要依托科研項目，對典型樣帶（區(qū)、點）土地系統(tǒng)變化進(jìn)行了研究。但總體而言，不夠系統(tǒng)，碎片化特征明顯，并且很多微觀觀測工作隨著項目終止而結(jié)束，缺乏連續(xù)性。二是由于缺乏統(tǒng)一觀測標(biāo)準(zhǔn)和整體設(shè)計，沒有形成典型區(qū)域土地系統(tǒng)動態(tài)觀測機(jī)制，尚未實現(xiàn)對典型區(qū)域的持續(xù)動態(tài)觀測，影響了土地系統(tǒng)演變規(guī)律的系統(tǒng)認(rèn)知。三是觀測要素不夠系統(tǒng)，主要還是集中于土地利用/覆被變化等單要素觀測，對土地系統(tǒng)相關(guān)要素，尤其是人為活動要素缺乏長期跟蹤，導(dǎo)致人文活動的持續(xù)觀測數(shù)據(jù)不易獲取，直接制約了人類活動與自然系統(tǒng)的互饋機(jī)制研究。

可見，依靠單一尺度、單要素、單一時點觀測，難以把握土地系統(tǒng)動態(tài)演變規(guī)律。目前，國際上已在資源、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、水文等相關(guān)領(lǐng)域建立了長期觀測研究網(wǎng)絡(luò)［8-9］，并呈現(xiàn)出連續(xù)觀測、自動獲取、綜合研究、數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動、學(xué)科交叉等特點。國內(nèi)，生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、環(huán)境科學(xué)、海洋等學(xué)科已建成相對完善的野外臺站系統(tǒng)，國家野外科學(xué)觀測研究網(wǎng)絡(luò)建設(shè)取得重要進(jìn)展。相比而言，面向土地系統(tǒng)科學(xué)研究的觀測研究基地建設(shè)才剛剛起步。盡管相關(guān)行業(yè)的觀測網(wǎng)絡(luò)中，有些也零星涉及土地相關(guān)要素的觀測，但并沒有把土地系統(tǒng)作為觀測對象。鑒于此，有必要基于土地系統(tǒng)多級、綜合、動態(tài)性特征，構(gòu)建以土地系統(tǒng)為觀測對象的全國土地系統(tǒng)綜合觀測研究網(wǎng)絡(luò)（China Land System Observation and Research Network， CLSORN），實現(xiàn)土地系統(tǒng)多尺度、全要素、動態(tài)觀測，采集原始數(shù)據(jù)，加強(qiáng)綜合分析，摸清土地系統(tǒng)演變規(guī)律及驅(qū)動機(jī)制，并有針對性地制定調(diào)控對策，提升土地系統(tǒng)全面、科學(xué)、集成認(rèn)知水平，推動土地學(xué)科發(fā)展，支持土地利用科學(xué)決策。大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為全面觀測土地系統(tǒng)提供了新的思路和手段，如何通過土地系統(tǒng)觀測網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)土地系統(tǒng)的全面科學(xué)認(rèn)知是需要思考的科學(xué)問題。

2 土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)協(xié)同創(chuàng)新框架

2.1功能定位

構(gòu)建國家—區(qū)域—市縣—村鎮(zhèn)—地塊多尺度、一體化的土地系統(tǒng)綜合性動態(tài)觀測平臺和技術(shù)體系。在全國建設(shè)一批土地系統(tǒng)觀測研究基地，形成全國土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)，研制觀測指標(biāo)體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)土地系統(tǒng)指標(biāo)持續(xù)觀測和數(shù)據(jù)獲取，搭建網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的數(shù)據(jù)管理平臺，開展有組織的多尺度土地科學(xué)研究，為全面認(rèn)知土地系統(tǒng)、充分發(fā)揮科技創(chuàng)新對土地管理實踐的支撐作用提供數(shù)據(jù)、人才、平臺和制度保障。CLSORN主要功能如下：

（1）土地系統(tǒng)多級綜合動態(tài)觀測?；谕恋叵到y(tǒng)觀測指標(biāo)體系，對土地利用系統(tǒng)進(jìn)行多級、綜合、動態(tài)觀測，系統(tǒng)開展土地系統(tǒng)要素關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)、資料的觀測、收集、整理，建設(shè)原始觀測數(shù)據(jù)庫。

（2）土地科技協(xié)同創(chuàng)新與成果示范轉(zhuǎn)化。構(gòu)建土地科技協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，深化土地行業(yè)科研合作。依托基地，及時了解土地管理和利用實踐中的科技需求，集中力量針對性地開展土地科學(xué)研究和土地工程技術(shù)研發(fā)，提升科技成果的實用性；新技術(shù)、新方法率先在基地試驗、示范，加快成果推廣和轉(zhuǎn)化，并及時跟蹤了解成果轉(zhuǎn)化效果。

（3）土地政策聯(lián)合創(chuàng)新與跟蹤評估。依托基地，總結(jié)提煉土地管理實踐中面臨的問題，有針對性地研究解決方案；總結(jié)地方土地利用和管理經(jīng)驗，形成可推廣的先進(jìn)模式。把基地建設(shè)成為土地政策調(diào)研、創(chuàng)新、試點、宣講、實施效果跟蹤評估的重要平臺，形成跨層級的土地管理信息快速傳導(dǎo)機(jī)制，促進(jìn)國家、區(qū)域政策實施效果、地方政策需求等信息的快速上傳，使其成為土地政策跟蹤評估的聯(lián)絡(luò)點，傳達(dá)土地政策需求的直通車。

（4）土地科技資源優(yōu)化配置。國家、省級層面人才、數(shù)據(jù)、資金等科研資源相對集中，但由于與基層、實踐、市場對接不足，科研成果轉(zhuǎn)化效果不佳。市縣有明確的土地科技需求，但土地科技研發(fā)資源和能力相對有限。土地系統(tǒng)觀測研究基地通過聯(lián)合不同層級的土地管理、科研機(jī)構(gòu)，構(gòu)建土地科技資源共享與協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，可有效推動土地科技資源優(yōu)化配置，有利于形成“產(chǎn)學(xué)研政一體化”的科技創(chuàng)新體制和機(jī)制。

（5）土地科技交流與人才培養(yǎng)。加強(qiáng)土地科技學(xué)術(shù)交流，定期組織召開學(xué)術(shù)交流研討會；開展多種形式的人員交流與培訓(xùn)，探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新機(jī)制，盡快建立多級融合的土地管理專業(yè)化研發(fā)隊伍；加強(qiáng)對一線科研人員的技術(shù)培訓(xùn)，鼓勵國家科研人員結(jié)合實際工作，深入實踐，凝練并解決科學(xué)問題。

（6）土地科學(xué)教育與普及。與高等院校共建實習(xí)基地，發(fā)揮科研基地教育平臺作用；通過召開專題研討會、培訓(xùn)會、公眾開放日、承擔(dān)學(xué)術(shù)會議和公益活動等形式，發(fā)揮基地網(wǎng)絡(luò)的公眾教育與科普功能。

2.2組織架構(gòu)

CLSORN組織框架設(shè)計的基本原則是實現(xiàn)各層級土地科技力量的互通互聯(lián)，推動土地科技要素流動和科技資源優(yōu)化配置，形成行業(yè)系統(tǒng)創(chuàng)新合力，提升土地資源管理行業(yè)的科技創(chuàng)新整體能力，為土地可持續(xù)利用和管理提供科技支撐（圖2）。

圖2 CLSORN組織架構(gòu)與協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制圖Fig.2 Organization framework and corporative innovation mechanism of CLSORN

以土地科技協(xié)同創(chuàng)新能力建設(shè)為目標(biāo)，通過創(chuàng)新共建機(jī)制，聯(lián)合土地管理部門及其支撐機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)等相關(guān)力量，共建土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)，形成層次清晰、共建共享、協(xié)同創(chuàng)新的平臺體系。

（1）國家土地系統(tǒng)科學(xué)研究中心。依托國家級土地科技支撐機(jī)構(gòu)，聯(lián)合相關(guān)科研院所和高校，建立國家土地系統(tǒng)科學(xué)研究中心（簡稱國家中心，下同）。主要負(fù)責(zé)全國土地系統(tǒng)觀測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，區(qū)域中心與市縣基地布點，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)管理平臺搭建與數(shù)據(jù)集成、大數(shù)據(jù)分析，組織重大科學(xué)問題研究、試驗示范和成果發(fā)布，組織國家級培訓(xùn)和重大學(xué)術(shù)會議等。

（2）區(qū)域土地系統(tǒng)科學(xué)研究中心。區(qū)域中心在省級國土資源主管部門、國家中心聯(lián)合指導(dǎo)下，依托省級土地科研機(jī)構(gòu)、國土資源部重點實驗室或其他土地管理業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)，按照國家中心相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定基地建設(shè)規(guī)劃和建設(shè)方案，探索科研基地建設(shè)經(jīng)驗與模式，推進(jìn)基地建設(shè)，構(gòu)建區(qū)域觀測數(shù)據(jù)庫，開展區(qū)域性土地科學(xué)問題研究。

（3）市縣土地系統(tǒng)觀測研究基地。在市縣國土資源局、區(qū)域中心聯(lián)合指導(dǎo)下，按照全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和全國土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)布局安排，具體落實基地基礎(chǔ)條件建設(shè)、制訂基地各項規(guī)章制度、布設(shè)野外觀測站點、管理維護(hù)觀測站點和試驗示范場地、開展數(shù)據(jù)觀測和收集，建設(shè)基地數(shù)據(jù)庫，開展地方特色研究，承擔(dān)科技示范工程、科普等功能。

（4）村鎮(zhèn)土地系統(tǒng)長期觀測站點。依托當(dāng)?shù)貒了?，按照基地統(tǒng)一安排，具體落實數(shù)據(jù)觀測與采集、農(nóng)戶調(diào)查、樣點標(biāo)識牌設(shè)立、站點及樣地維護(hù)等相關(guān)事宜。

2.3協(xié)同機(jī)制

依托觀測網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)新共建、共享、互惠機(jī)制，推動科技要素流動和優(yōu)化配置，提升科技資源利用效率和科技創(chuàng)新能力。

（1）聯(lián)合共建機(jī)制。依托國土資源主管部門，以各級土地科研業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)為主導(dǎo)，聯(lián)合有關(guān)高校和科研院所，創(chuàng)新優(yōu)勢互補(bǔ)的聯(lián)合共建機(jī)制，形成國土部指導(dǎo)、國土廳領(lǐng)導(dǎo)、各級土地行業(yè)科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)、國土局支撐、高校院所參與的共建模式。在統(tǒng)一的建設(shè)框架指導(dǎo)下，鼓勵科研基地結(jié)合本地實際，積極探索、創(chuàng)新共建機(jī)制、路徑，形成特色共建模式。

（2）人才交流機(jī)制。開展多種形式、多層次的人員交流與培訓(xùn)，形成人才交流與科研協(xié)作機(jī)制。鼓勵高層次科技人才通過各種方式為地方土地科技發(fā)展提供支撐。為地方科技人員提供到國家、區(qū)域土地科學(xué)研究中心學(xué)習(xí)交流的機(jī)會。定期召開土地科技培訓(xùn)會，交流國內(nèi)外土地科技進(jìn)展與科研經(jīng)驗。通過國家級科研、工程項目帶動地方科技人才培養(yǎng)。

（3）科研聯(lián)動機(jī)制。國家、區(qū)域、地方土地科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合申報重大科技工程、項目，就土地管理關(guān)鍵科技問題開展聯(lián)合攻關(guān)，促進(jìn)土地科技資源優(yōu)勢共享。鼓勵相關(guān)科研主體依托科研基地，開展科學(xué)研究。同時，積極開展跨層級多方參與式聯(lián)合調(diào)研。

（4）資金保障機(jī)制?？蒲谢亟ㄔO(shè)初期，依托國家及國土資源部科研、工程項目帶動，先行開展基礎(chǔ)條件建設(shè)，啟動運行；從長期來看，申請國家科技基礎(chǔ)平臺專項資金支持，并逐步提升基地的自主創(chuàng)新和自我發(fā)展能力，形成國家、區(qū)域、地方多元化資金保障機(jī)制是解決基地建設(shè)與運轉(zhuǎn)資金問題的根本途徑。

（5）數(shù)據(jù)共享機(jī)制。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)觀測標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，確保觀測過程科學(xué)，觀測數(shù)據(jù)可靠，通用指標(biāo)數(shù)據(jù)具有可比性。按照數(shù)據(jù)周期性觀測要求，定期開展數(shù)據(jù)觀測，確保數(shù)據(jù)觀測連續(xù)性。基于數(shù)據(jù)管理和服務(wù)平臺，按期進(jìn)行數(shù)據(jù)匯交，并在符合保密規(guī)定的前提下，推進(jìn)數(shù)據(jù)共享。

（6）成果轉(zhuǎn)化機(jī)制。在開展基礎(chǔ)理論研究同時，強(qiáng)化應(yīng)用型研究，科研選題傾向亟需解決的土地工程科技與政策問題；鼓勵企業(yè)參與土地工程技術(shù)研發(fā)，促進(jìn)科研成果與市場對接；完善科技成果轉(zhuǎn)化激勵機(jī)制，鼓勵科研人員提出實用性土地科技和土地管治解決方案。產(chǎn)出實用性科技和政策成果，應(yīng)成為基地運轉(zhuǎn)的重要目標(biāo)。

2.4制度體系

（1）土地系統(tǒng)觀測研究基地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。為滿足基地規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的需要，研制基地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提供統(tǒng)一建設(shè)框架，對建設(shè)目標(biāo)、內(nèi)容、共建單位資質(zhì)、共建機(jī)制、組織模式、重點研究領(lǐng)域、數(shù)據(jù)庫建設(shè)等提出規(guī)范化要求。

（2）土地系統(tǒng)觀測研究基地運行管理辦法。按照國家科技體制改革的總體要求，明確基地運行管理規(guī)定。對基地組織架構(gòu)、人員管理、課題運行機(jī)制、科研激勵機(jī)制、經(jīng)費管理、儀器設(shè)備管理、數(shù)據(jù)安全和共享等日常運行管理做出規(guī)定，構(gòu)建土地科技創(chuàng)新制度體系。

（3）土地系統(tǒng)綜合觀測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。研制基地命名、觀測指標(biāo)體系構(gòu)建、觀測技術(shù)應(yīng)用、觀測站點布設(shè)、數(shù)據(jù)觀測程序和規(guī)范、儀器設(shè)備使用規(guī)定、基地數(shù)據(jù)庫建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、野外樣地管護(hù)等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

（4）土地系統(tǒng)觀測研究基地考核評估方法。建立基地能力建設(shè)考評機(jī)制，制定科研基地建設(shè)考核辦法，對辦公場地建設(shè)、儀器設(shè)備、野外觀測站點建設(shè)、人才培養(yǎng)與交流、組織保障與制度、機(jī)制建設(shè)、研究方向、承擔(dān)科研項目、科研成果、成果轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)與信息平臺建設(shè)等情況進(jìn)行動態(tài)考核，淘汰更新低效運行的基地，保障基地高效建設(shè)和運行。

3 土地系統(tǒng)綜合觀測技術(shù)支撐體系

研究土地系統(tǒng)綜合觀測指標(biāo)和觀測技術(shù)體系，形成標(biāo)準(zhǔn)化土地系統(tǒng)綜合觀測技術(shù)，為全面開展土地系統(tǒng)綜合觀測提供技術(shù)支撐。

圖3 土地系統(tǒng)認(rèn)知演進(jìn)規(guī)律與綜合觀測指標(biāo)體系框架Fig.3 Land system cognition evolution model and comprehensive observation indicators framework

3.1基于土地系統(tǒng)認(rèn)知演進(jìn)規(guī)律的土地系統(tǒng)綜合觀測指標(biāo)體系構(gòu)建

觀測指標(biāo)體系是土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的核心。指標(biāo)體系構(gòu)建要體現(xiàn)土地系統(tǒng)的多級、綜合、動態(tài)等特征。同時，按照土地科學(xué)發(fā)展時空錐理論［10］，對土地系統(tǒng)的認(rèn)知是逐步完善的漸進(jìn)式動態(tài)演化過程。土地系統(tǒng)觀測指標(biāo)體系構(gòu)建要遵循土地系統(tǒng)認(rèn)知的基本規(guī)律，逐步豐富觀測內(nèi)容，健全指標(biāo)體系（圖3）。

（1）空間尺度：指標(biāo)體系構(gòu)建要服務(wù)于土地系統(tǒng)宏觀、中觀、微觀多尺度觀測。核心指標(biāo)用于宏觀尺度監(jiān)測，選擇全國尺度通用指標(biāo)，體現(xiàn)土地系統(tǒng)的基本屬性，凸顯土地系統(tǒng)要素在全國尺度上的可比性和差異性。區(qū)域指標(biāo)體現(xiàn)區(qū)域差異，選擇能夠體現(xiàn)區(qū)域土地系統(tǒng)特性的特色指標(biāo)。地方指標(biāo)體現(xiàn)微觀土地系統(tǒng)特征，選擇體現(xiàn)微觀土地系統(tǒng)特征的特殊指標(biāo)。

（2）時間尺度：隨著對土地系統(tǒng)認(rèn)知水平的提升，觀測內(nèi)容會越來越豐富，由單純的土地資源數(shù)量觀測轉(zhuǎn)向土地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)綜合觀測，再到對土地系統(tǒng)人文要素的觀測，直至對人地關(guān)系作用機(jī)制及演變規(guī)律的觀測。根據(jù)指標(biāo)隨時間的變異規(guī)律，研究適宜的時間尺度，確定觀測頻率。

（3）指標(biāo)維度：指標(biāo)內(nèi)容重點圍繞土地系統(tǒng)關(guān)鍵要素及其相互作用關(guān)系的指示指標(biāo)。在土地系統(tǒng)的人、地、業(yè)、權(quán)、水、土、氣、生等核心要素中，人口、產(chǎn)業(yè)、權(quán)益［5］與土地的互饋關(guān)系是土地系統(tǒng)研究重點關(guān)注的內(nèi)容。鑒于水、土、氣、生等資源生態(tài)要素已在環(huán)境、農(nóng)業(yè)、氣象、生態(tài)等領(lǐng)域建設(shè)有專門監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)要素觀測不是土地系統(tǒng)觀測的重點?，F(xiàn)階段，CLSORN應(yīng)著重關(guān)注人類土地利用行為及其與土地自然要素之間的互饋機(jī)制。

3.2基于“天—空—地”多視角集成的土地系統(tǒng)觀測技術(shù)研發(fā)

為快速、準(zhǔn)確獲取觀測信息，圍繞觀測指標(biāo)，研發(fā)土地系統(tǒng)綜合觀測關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)、構(gòu)建信息快速提取模型庫，形成觀測技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)。

（1）航空航天遙感對地觀測技術(shù)。適用于多個尺度的土地系統(tǒng)觀測。主要用于土地利用/覆被及其變化觀測以及土地質(zhì)量、生態(tài)狀況的多光譜探測［6］。隨著高光譜技術(shù)數(shù)據(jù)日益廣泛，應(yīng)用高光譜定量遙感技術(shù)，對土地信息進(jìn)行定量反演將成為重要的觀測手段。

（2）定點觀測與空間分析技術(shù)?；谝巴庥^測樣點，采集數(shù)據(jù)、化驗分析，進(jìn)行長期定位觀測。對土地利用活動進(jìn)行長時間跟蹤觀測。采用空間分析和可視化技術(shù)，對定點觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行空間表達(dá)與處理，揭示觀測指標(biāo)時空演變規(guī)律。將遙感與地面觀測數(shù)據(jù)融合分析，探索“天—空—地”一體化的觀測技術(shù)。

（3）人文數(shù)據(jù)獲取與分析技術(shù)。人文活動數(shù)據(jù)獲取通常采用問卷調(diào)查、訪談、跟蹤調(diào)查方式。利用大數(shù)據(jù)思維和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)基于移動通訊終端的應(yīng)用程序（App），進(jìn)行在線跟蹤調(diào)查，挖掘隱藏在海量數(shù)據(jù)背后的人文活動規(guī)律，或許能成為人文數(shù)據(jù)獲取與分析的新手段。

（4）大數(shù)據(jù)耦合分析與空間模擬技術(shù)?；谕恋叵到y(tǒng)觀測網(wǎng)絡(luò)平臺，發(fā)揮地理信息系統(tǒng)優(yōu)勢，集成相關(guān)數(shù)據(jù)，形成連續(xù)的土地系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和模型構(gòu)建，推進(jìn)人地數(shù)據(jù)耦合分析，揭示土地系統(tǒng)演變規(guī)律，進(jìn)行人地系統(tǒng)演變模擬［11］。

3.3基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大數(shù)據(jù)”思維的土地系統(tǒng)綜合觀測網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)

如圖4所示，集成土地科學(xué)相關(guān)學(xué)科以及來自產(chǎn)、學(xué)、政、研領(lǐng)域的專家、專業(yè)知識，形成土地科學(xué)專家?guī)旌椭R庫；整合觀測指標(biāo)，完善土地系統(tǒng)多級綜合觀測指標(biāo)庫；研發(fā)、集成對地、定點觀測技術(shù)，人文社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查技術(shù)，大數(shù)據(jù)分析與空間模擬技術(shù)，研制土地系統(tǒng)綜合觀測方法模型庫；基于網(wǎng)絡(luò)云技術(shù)，集成基地觀測數(shù)據(jù)，形成不同尺度的土地系統(tǒng)綜合觀測數(shù)據(jù)庫；集成專家?guī)臁⒅R庫、指標(biāo)庫、模型庫和數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建土地系統(tǒng)綜合觀測網(wǎng)絡(luò)平臺，為土地管理協(xié)同調(diào)控與優(yōu)化決策支持系統(tǒng)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

通過該平臺推動土地信息和專業(yè)知識共享，開展基于大數(shù)據(jù)的土地系統(tǒng)分析和研究，探索土地系統(tǒng)動態(tài)變化規(guī)律，增強(qiáng)對土地系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知，推動土地學(xué)科發(fā)展，提升土地利用決策的科技支撐水平。同時，該數(shù)據(jù)平臺通過互聯(lián)網(wǎng)向有關(guān)行業(yè)、部門和公眾開放，加強(qiáng)土地行業(yè)信息擴(kuò)散，并使得基于網(wǎng)絡(luò)的多源數(shù)據(jù)采集和大數(shù)據(jù)分析成為可能。未來，該系統(tǒng)與相關(guān)行業(yè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)對接，有利于集成構(gòu)建中國陸地表層數(shù)字模型。

4 土地系統(tǒng)觀測研究基地網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

4.1市縣基地建設(shè)要點

（1）核心研究域界定與優(yōu)勢學(xué)科領(lǐng)域建設(shè)。全面開展市縣基地土地系統(tǒng)特征分析，編制基地建設(shè)規(guī)劃。分析基地所在土地系統(tǒng)的區(qū)位、經(jīng)濟(jì)社會狀況、政策特點、城市化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、土地資源稟賦與利用、土地管理歷史與現(xiàn)狀等特征，闡明土地系統(tǒng)的區(qū)域代表性、典型的土地利用和管理問題，對基地發(fā)展進(jìn)行學(xué)術(shù)定位，凝練關(guān)鍵土地科學(xué)問題和主導(dǎo)研究方向，為基地規(guī)劃和建設(shè)奠定學(xué)科基礎(chǔ)。

圖4 土地系統(tǒng)綜合觀測網(wǎng)絡(luò)平臺框架Fig.4 Internet-based platform of land system comprehensive observation

（2）科研基礎(chǔ)條件與觀測能力建設(shè)。配置基地辦公場所、購置觀測儀器設(shè)備、落實組織管理機(jī)構(gòu)、制定運行管理制度、建設(shè)觀測站點、布設(shè)樣地網(wǎng)絡(luò)，形成基地運行條件和野外觀測能力。

（3）科研團(tuán)隊建設(shè)。建立一支結(jié)構(gòu)合理、功能優(yōu)化的人才團(tuán)隊，形成能夠開展野外觀測、數(shù)據(jù)分析和科學(xué)研究的科研隊伍。探索人才培養(yǎng)的新機(jī)制，培養(yǎng)復(fù)合型專業(yè)技術(shù)人才。將基地建設(shè)成為知識匯聚、學(xué)科互補(bǔ)、理論對接實踐的多功能平臺。

（4）觀測技術(shù)體系和站網(wǎng)建設(shè)。面向土地系統(tǒng)觀測目標(biāo)，在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，根據(jù)各基地實際情況，完善觀測技術(shù)體系；確定觀測站點布設(shè)原則，研制布點模型，提出布點方案，并設(shè)立監(jiān)測站標(biāo)識牌和監(jiān)測樣點界樁。

（5）基地運行管理制度建設(shè)。落實國家和區(qū)域研究中心制定的相關(guān)管理制度，結(jié)合基地實際，探索基地建設(shè)組織方式、運行模式、維護(hù)機(jī)制、發(fā)展戰(zhàn)略等，建立保障基地持續(xù)、長久、健康運行和持續(xù)發(fā)展的地方主導(dǎo)、國家支持、多方聯(lián)合、共享互惠的基地運作機(jī)制。

（6）基地數(shù)據(jù)庫建設(shè)。開展土地系統(tǒng)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的觀測和收集，獲取土地科技第一手?jǐn)?shù)據(jù)；進(jìn)行基本數(shù)據(jù)的積累、存儲、整理。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)集指標(biāo)觀測、問卷調(diào)查及行業(yè)數(shù)據(jù)于一體的基地監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)與全國土地系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

4.2觀測網(wǎng)絡(luò)布局設(shè)想

（1）布局原理。基于土地系統(tǒng)內(nèi)涵、土地系統(tǒng)綜合觀測目標(biāo)和對象，充分考慮自然生態(tài)本底和人類經(jīng)濟(jì)社會活動等因素，選擇土地系統(tǒng)演變敏感性因子構(gòu)建CLSORN優(yōu)化布局指標(biāo)體系，構(gòu)建多目標(biāo)變量的觀測網(wǎng)優(yōu)化模型［19-20］，優(yōu)選在空間上最能代表區(qū)域土地系統(tǒng)空間差異的典型縣市，納入觀測研究基地網(wǎng)絡(luò)，形成數(shù)量和布局優(yōu)化的土地系統(tǒng)綜合觀測網(wǎng)絡(luò)格局。

（2）布局思路。觀測網(wǎng)絡(luò)布局設(shè)想如下：在土地系統(tǒng)綜合分區(qū)基礎(chǔ)上，開展區(qū)域研究中心建設(shè)適宜性評估，原則上各區(qū)設(shè)置1個區(qū)域中心，組織開展本區(qū)域土地系統(tǒng)觀測和研究；區(qū)域中心要能充分體現(xiàn)本區(qū)域土地利用和管理特征，輻射范圍可打破省級行政界線；各區(qū)域中心輻射本區(qū)內(nèi)的市縣基地。在全國范圍內(nèi)，圍繞土地系統(tǒng)要素及互饋機(jī)制演變規(guī)律這一觀測目標(biāo)，采用地統(tǒng)計學(xué)分析方法，考慮自然本底、社會經(jīng)濟(jì)和土地利用變化等因素，基于多源數(shù)據(jù)，研發(fā)基于泛協(xié)克里格模型的空間采樣布局優(yōu)化方法，形成如圖5所示網(wǎng)絡(luò)布局。各基地同樣采用科學(xué)方法，確定觀測站和觀測樣地，確保土地系統(tǒng)多級綜合觀測網(wǎng)絡(luò)布局的科學(xué)性。

圖5 全國土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)布局示意圖Fig.5 Distribution of land system observation and research network

（3）影響觀測網(wǎng)絡(luò)布局的其他因素?；诳臻g抽樣模型形成的布局方案要與全國主體功能區(qū)、生態(tài)功能區(qū)劃、土地利用綜合分區(qū)、國家區(qū)域規(guī)劃中明確的重點開發(fā)、保護(hù)區(qū)域等進(jìn)行空間耦合分析，驗證觀測網(wǎng)絡(luò)布點的代表性。實際工作中，觀測研究基地選址涉及的因素很多，各地的科研基地建設(shè)意愿、科研基礎(chǔ)條件、管理制度、資金支持等因素往往是科研基地選址中需要考慮的現(xiàn)實因素，但在空間抽樣模型中不易量化體現(xiàn)?；亟ㄔO(shè)實踐中，要以基于空間抽樣模型形成的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)為科學(xué)依據(jù)，根據(jù)擬建基地實際情況，不斷優(yōu)化調(diào)整基地布局，兼顧選址科學(xué)性和可行性。

5 結(jié)論與討論

土地系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)應(yīng)成為中國科技基礎(chǔ)條件建設(shè)的重要內(nèi)容。當(dāng)前，國土資源部野外科研觀測基地建設(shè)已經(jīng)啟動，目前土地領(lǐng)域已批準(zhǔn)建設(shè)了16個基地［21］。從金壇、徐州、鄂爾多斯、都江堰、新鄭、榆中6個基地的調(diào)研情況來看，上述基地初步具備了基礎(chǔ)的土地系統(tǒng)觀測能力，各種功能初步顯現(xiàn)。盡管如此，鑒于這是一項新興、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，還需結(jié)合建設(shè)實踐，從理論、技術(shù)、體制機(jī)制方面進(jìn)一步深入研究和探索。

（1）土地系統(tǒng)科學(xué)理論是CLSORN建設(shè)的基礎(chǔ)。土地系統(tǒng)基本內(nèi)涵［18］、土地系統(tǒng)科學(xué)特征及獨特研究域［22］等基本理論直接關(guān)系CLSORN觀測對象的界定、指標(biāo)選擇和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。因此，相關(guān)基礎(chǔ)理論是CLSORN 建設(shè)的根基，亟需強(qiáng)化基礎(chǔ)理論研究，夯實CLSORN建設(shè)的理論基礎(chǔ)。

（2）“天—空—地”多視角集成的土地系統(tǒng)多級綜合觀測技術(shù)是CLSORN建設(shè)的關(guān)鍵。下一步，要突破土地系統(tǒng)多級觀測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、土地系統(tǒng)多級觀測指標(biāo)體系構(gòu)建、基于多元數(shù)據(jù)協(xié)同的土地信息快速獲取等關(guān)鍵技術(shù)；建設(shè)基于互聯(lián)網(wǎng)的快速自動化觀測平臺，強(qiáng)化土地系統(tǒng)觀測智能化水平；基于實體觀測網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)支撐下的大數(shù)據(jù)分析平臺，制定跨層級土地協(xié)同調(diào)控對策。

（3）多級多元協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制是CLSORN持續(xù)發(fā)展的保障。構(gòu)建多元主體的差異化目標(biāo)協(xié)同機(jī)制，既要服務(wù)于科研目標(biāo)，又要支撐土地管理和地方發(fā)展，實現(xiàn)參與各方協(xié)同共贏。通過項目集中示范、政策先行試點、資源優(yōu)先共享等方式，帶動基地科研能力建設(shè)，助力地方發(fā)展。今后，要進(jìn)一步完善多級跨界協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，通過共同申報研究項目等方式，提升土地科技協(xié)同創(chuàng)新水平。加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、政、研協(xié)同合作，優(yōu)化科研資源配置，加大科研成果轉(zhuǎn)化，提升土地科技領(lǐng)域的原始創(chuàng)新能力。另外，探索多級多元資金保障機(jī)制，拓展財政與市場相結(jié)合的融資渠道；逐步健全數(shù)據(jù)共享機(jī)制，挖掘數(shù)據(jù)價值，提升數(shù)據(jù)使用效率；進(jìn)一步加大開放力度，逐步實現(xiàn)與國內(nèi)相關(guān)行業(yè)觀測網(wǎng)絡(luò)乃至全球觀測網(wǎng)絡(luò)的交流與合作。

（4）凸顯學(xué)科特色，滿足行業(yè)需求是CLSORN持續(xù)發(fā)展的前提。CLSORN建設(shè)初期要面向?qū)W科特點與行業(yè)需求，立足有限目標(biāo)，精選土地系統(tǒng)獨特性指標(biāo)進(jìn)行觀測，為土地系統(tǒng)科學(xué)研究和土地利用決策提供有價值的數(shù)據(jù)。CLSORN重點服務(wù)于人地關(guān)系的全面認(rèn)知與系統(tǒng)優(yōu)化，為持續(xù)提升運行效率，降低投入風(fēng)險，觀測內(nèi)容要突出這一特色，避免監(jiān)測指標(biāo)的重復(fù)、泛化和觀測數(shù)據(jù)冗余。對于其他行業(yè)觀測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開展的觀測內(nèi)容，原則上不再重復(fù)觀測，避免重復(fù)建設(shè)；同時，要優(yōu)化觀測網(wǎng)絡(luò)布局，各基地、站點的選擇要基于充分的科學(xué)論證，避免盲目、過量選點造成低效浪費。此外，要注意標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)與特色化建設(shè)的兼容，避免“一刀切”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)使基地失去特色和生命力。

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（本文責(zé)編：仲濟(jì)香）

Strategic Framework of China Land System Hierarchical Comprehensive Observation and Research Network

ZHANG Yan-yu1，2，GUO Xu-dong1，2，CHEN Mei-jing1
（1. China Land Surveying and Planning Institute， Beijing 100035， China； 2. Key Laboratory of Land Use， Ministry of Land and Resources， Beijing 100035， China）

The purpose of this study is to define the functions， organizational framework and cooperative innovation mechanism of China Land System Observation and Research Network （CLSORN） based on land system science theories，and to put forward general ideas of land system observation technologies system， data management system， land system observation and research bases construction and network distribution， and to construct the framework for land systemcomprehensive observation theory， technology， platform and mechanism innovations as well as to build the strategic framework for CLSORN. The methods include literature research， expert interview and fieldwork. The results show that: 1）Land system is a spatiotemporal system of human-land relationship， which is composed of human and natural factors. The core of the land system research is the dynamic changes of land system factors， interaction mechanism among factors and the coupling and control mechanism between human and land. Land system is hierarchical， dynamic and comprehensive， and implementing continuous observation is an effective way to enhance the land system scientific cognition. 2）The functions of CLSORN are land system data observation， scientific research， policy innovation， scientific research resource sharing，staff training， education， and popularization of land science. The contents of CLSORN construction focus on: building hierarchal， synergetic organization framework to link land science and technology innovation among national-regionalcounty-town/village levels； innovating mechanisms of joint construction， staff exchange， synergic research， sustainable investment， data sharing， and joint investigation to formulate CLSORN operation management policies； against key scientific and research fields， developing indicators and technologies system and web-based data system for land system integrated observation； and optimizing distribution of scientific observation and research bases to form the hierarchal network with above levels. The conclusion is that， through land system science synergetic innovation framework， CLSORN can give great supports to land science and technology collaborative research， to land system scientific cognition， to land system science development and to scientific， systematic， ganged and effective land management decision.

land management； land system science； land system observation and research bases； land system observation and research network； collaborative innovation； land system comprehensive observation technology； data management platform

F301.2

A

1001-8158（2016）07-0004-10

10.11994/zgtdkx.20160816.093336

2016-05-18；

2016-06-18

國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（201211050）。

張衍毓（1981-），男，山東濟(jì)寧人，博士，副研究員。主要研究方向為土地系統(tǒng)科學(xué)、空間規(guī)劃、土地利用戰(zhàn)略。E-mail: zhangyanyu@mail.clspi.org.cn