2021年土地科學(xué)研究重點(diǎn)進(jìn)展評(píng)述及2022年展望
——土地工程與信息技術(shù)分報(bào)告

胡振琪，張子璇，孫 煌，李 坤，宋德云，劉 欣

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究所，北京100083；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

2021年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)土地工程與信息技術(shù)開展了大量的研究，并取得一定進(jìn)展。本文采用文獻(xiàn)調(diào)研法，通過對(duì)2021年國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索，在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）、萬方、維普、Elsevier、Springer、ProQuest 等電子期刊數(shù)據(jù)庫(kù)，梳理分析2021年國(guó)內(nèi)外土地工程與土地信息技術(shù)研究進(jìn)展，并結(jié)合科技發(fā)展需求，展望了2022年研究趨勢(shì)。研究以“土地開發(fā)”（land development）、“土地整治”（land renovation）、“土地整理”（land consolidation）、“土地復(fù)墾”（land reclamation）、 “全域土地綜合整治”（comprehensive land consolidation）、“國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)”（ecological restoration of national space）、“生態(tài)重建”（ecological restoration）、“污染土地”（contaminated land）、“InSAR”、“無人機(jī)”（unmanned aerial vehicle）、“GIS”等主題詞進(jìn)行檢索，根據(jù)研究?jī)?nèi)容匹配度，篩選出學(xué)術(shù)文獻(xiàn)89篇，其中中文文獻(xiàn)48篇，英文文獻(xiàn)41篇。基于土地科學(xué)中土地工程分支學(xué)科的定義以及《土地整治術(shù)語》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合篩選出的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將土地工程劃分為土地開發(fā)、土地整理、土地復(fù)墾和國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)4個(gè)部分；土地信息技術(shù)劃分為土地信息采集、土地信息處理和土地信息動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)3個(gè)部分。所選擇文獻(xiàn)主要分布在《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》、《中國(guó)土地科學(xué)》、《自然資源學(xué)報(bào)》、《生態(tài)學(xué)報(bào)》、《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》、《生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)》、Science of the Total Environment、Journal of Environmental Management、Remote Sensing等期刊，遴選文獻(xiàn)分布情況見表1。

表1 2021土地工程與信息技術(shù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)分布情況Tab.1 Domestic and international literature on land engineering and land information technology in 2021

1 2021年土地工程與信息技術(shù)重點(diǎn)問題研究進(jìn)展

1.1 國(guó)內(nèi)土地工程與信息技術(shù)重點(diǎn)問題研究進(jìn)展

2021年，國(guó)內(nèi)土地工程與信息技術(shù)研究聚焦土地開發(fā)、土地整理、土地復(fù)墾、國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)和土地信息獲取、處理與監(jiān)測(cè)等方面。其中，土地工程方面，以土地開發(fā)強(qiáng)度、農(nóng)用地整治、土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)、國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)為關(guān)注熱點(diǎn)；土地信息技術(shù)方面，主要聚焦土地利用和土地覆蓋信息獲取，多源遙感技術(shù)和信息化模型與算法的發(fā)展趨勢(shì)，以及多尺度、高精度的土地信息處理與監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展。

1.1.1 土地工程

（1）深化國(guó)土綜合整治與生態(tài)修復(fù)基礎(chǔ)理論。生態(tài)文明思想強(qiáng)調(diào)生態(tài)環(huán)境問題歸根結(jié)底是解決資源利用和保護(hù)問題， 2021年，國(guó)內(nèi)研究延續(xù)國(guó)土綜合整治與生態(tài)修復(fù)基礎(chǔ)理論研究，通過國(guó)家需求引領(lǐng)土地整治和修復(fù)方法與制度創(chuàng)新，始終將生態(tài)環(huán)境保護(hù)放在優(yōu)先位置，統(tǒng)籌 “山水林田湖草”等不同生態(tài)要素，推進(jìn)整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理[1]。此外，進(jìn)一步深化土地綜合整治的綜合化、綠色化和生態(tài)化基礎(chǔ)屬性，豐富國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)的系統(tǒng)性、綜合性、整體性和全域性等理論內(nèi)涵，推動(dòng)新形勢(shì)下國(guó)土綜合整治與生態(tài)修復(fù)共同服務(wù)于鄉(xiāng)村振興的戰(zhàn)略目標(biāo)及滿足人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求[2-3]。

（2）土地開發(fā)強(qiáng)度、模式與治理機(jī)制的耦合。為促進(jìn)土地資源充分利用，協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地供給、空間分異等關(guān)系，我國(guó)在土地資源管理方面更加注重土地開發(fā)強(qiáng)度、模式和治理機(jī)制的理論分析和驅(qū)動(dòng)機(jī)理研究。學(xué)者通過構(gòu)建開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)度模型、空間計(jì)量模型等方法，為合理控制區(qū)域開發(fā)強(qiáng)度、內(nèi)涵式經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與土地資源的緊湊式開發(fā)提供依據(jù)[4]；采用熵指數(shù)、辛普森指數(shù)與相異指數(shù)對(duì)土地混合現(xiàn)狀進(jìn)行微觀層面量化分析，針對(duì)土地開發(fā)強(qiáng)度提出中心區(qū)用地結(jié)構(gòu)調(diào)整與空間優(yōu)化策略[5]；探討土地開發(fā)模式的生成機(jī)制，論證村莊社會(huì)結(jié)構(gòu)對(duì)于土地開發(fā)行為的嵌入作用，深入農(nóng)村工業(yè)化進(jìn)程中的土地開發(fā)模式研究[6]；建立土地開發(fā)度與利用效益測(cè)度指標(biāo)體系相結(jié)合的治理機(jī)制，并運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)模型，系統(tǒng)剖析二者多年的耦合協(xié)調(diào)程度及時(shí)空演變[7]；基于對(duì)土地利用空間均衡的內(nèi)涵界定與理論分析，解析土地供給能力與需求強(qiáng)度的空間匹配關(guān)系，判斷土地利用空間均衡狀態(tài)，為合理評(píng)價(jià)土地利用過程、制定管理政策提供科學(xué)支撐[8]。

（3）土地整理模式及功能創(chuàng)新。在國(guó)土空間規(guī)劃的背景下，土地整理模式和功能的創(chuàng)新成為重點(diǎn)研究方向。農(nóng)用地整治依然得到重視，科學(xué)構(gòu)建農(nóng)村土地整治模式體系，完成土地整治功能創(chuàng)新，必須遵循土地整治與保護(hù)的基本屬性和目標(biāo)，不少學(xué)者采用大田模擬試驗(yàn)，評(píng)估整治農(nóng)田土壤質(zhì)量環(huán)境驅(qū)動(dòng)效應(yīng)[9]；土地整治的目標(biāo)開始由注重“新增耕地”向注重“區(qū)域功能”轉(zhuǎn)變，土地整治內(nèi)涵由此得到延伸，有學(xué)者針對(duì)我國(guó)土地整理分區(qū)管理的需求，基于自然地理背景的差異及地域功能的定位、土地整治內(nèi)涵的演變開展土地整治功能分區(qū)，進(jìn)一步反映了區(qū)域功能及其關(guān)系對(duì)土地整治分區(qū)的引導(dǎo)作用，有利于提升區(qū)域功能及加強(qiáng)土地利用功能的聯(lián)系和互動(dòng)，為分區(qū)管控和引導(dǎo)提供理論依據(jù)[10]；此外，針對(duì)農(nóng)村土地整理模式[11]、全域綜合整治與村莊規(guī)劃融合[12]、鄉(xiāng)村振興目標(biāo)下的土地整治項(xiàng)目全流程監(jiān)測(cè)監(jiān)管與績(jī)效評(píng)價(jià)[13]、土地整治驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)變化機(jī)制[14]、土地資源優(yōu)化配置方法[15]以及土地利用沖突協(xié)調(diào)機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題開展了大量研究，進(jìn)一步推動(dòng)了土地整治模式及功能創(chuàng)新。

（4）土壤重構(gòu)過程研究及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)意義上的土地復(fù)墾以損毀土地的再利用為導(dǎo)向，耕地復(fù)墾為目標(biāo)，土壤質(zhì)量作為土地生產(chǎn)力的重要影響因素，使得土壤重構(gòu)過程成為土地復(fù)墾的核心內(nèi)容，其中土壤重構(gòu)過程中土壤改良材料和方法的選擇和優(yōu)化得到了更多的關(guān)注。有學(xué)者在表土稀缺露天礦區(qū)，利用表土、煤矸石、巖土剝離物及粉煤灰等原材料，按照不同配比進(jìn)行土壤重構(gòu)，以不同條件下的生物炭作為土壤改良劑，開展了改良材料對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)及植物抗旱性的影響研究[16]。另外，生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)是土地復(fù)墾不可或缺的步驟，不少研究通過不同壓實(shí)密度復(fù)墾土壤中菌根作用機(jī)理及生態(tài)效應(yīng)分析，可達(dá)到提高植物在不同密度水平的復(fù)墾土壤中生長(zhǎng)的適宜程度的效果[17]；強(qiáng)化土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建成為生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)研究中的重要視角之一，研究通過不同年限復(fù)墾地表層土壤微生物數(shù)量與酶活性特征及其二者差異性分析，利于實(shí)現(xiàn)土壤改良狀況及生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)情況反映時(shí)效性的增強(qiáng)[18]。

（5）礦區(qū)復(fù)墾土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)。土地復(fù)墾的基礎(chǔ)是再造良好的土壤剖面構(gòu)型，為植物生長(zhǎng)提供必備的土壤環(huán)境條件[19]。因此，土地復(fù)墾后重構(gòu)土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)與分析得到更多關(guān)注。學(xué)者以露天礦區(qū)黃土母質(zhì)為對(duì)照，評(píng)價(jià)不同類巖土理化性狀差異，進(jìn)行造地的源頭控制，優(yōu)選重構(gòu)復(fù)墾土壤的備選材料，為露天煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)[20]；通過對(duì)大型露天煤礦典型植被恢復(fù)模式下土壤碳、氮組分特征的探究，深度剖析礦區(qū)高壓實(shí)復(fù)墾土壤碳、氮固持過程及復(fù)墾土壤成土過程，得到最優(yōu)植被組合并揭示土壤組分含量的限制現(xiàn)象[21]；不少學(xué)者在進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)，注重權(quán)重確定、分析方法及評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建，通過優(yōu)化評(píng)價(jià)因子體系和增加探索年限來實(shí)現(xiàn)土壤質(zhì)量的分層評(píng)價(jià)[22]。

（6）生態(tài)修復(fù)基礎(chǔ)內(nèi)涵與固化實(shí)現(xiàn)。在新時(shí)代背景下，深刻理解生態(tài)修復(fù)內(nèi)涵，完善土地生態(tài)修復(fù)理論，構(gòu)建符合時(shí)代背景的新修復(fù)模式和新規(guī)劃體系依然是我國(guó)土地生態(tài)修復(fù)的難點(diǎn)與焦點(diǎn)[23]。學(xué)者通過確定不同土地利用類型、地貌風(fēng)格、植被區(qū)域化和地理分區(qū)的景觀比例，探究大規(guī)模生態(tài)修復(fù)流域的空間侵蝕模式的影響機(jī)制[24]；探討歸納游憩導(dǎo)向下的生態(tài)修復(fù)模式類型、特征與問題，以期加強(qiáng)修復(fù)效果的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)估[25]；通過差異化分析我國(guó)不同時(shí)期國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)目標(biāo)、手段及區(qū)域，提出當(dāng)前生態(tài)修復(fù)的應(yīng)對(duì)策略，進(jìn)一步開展針對(duì)性國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)工作[26]。此外，不少學(xué)者將視角放到大規(guī)模景觀恢復(fù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空動(dòng)態(tài)影響上[27]，城市群生態(tài)用地利用與恢復(fù)之間的空間耦合和因果效應(yīng)[28]也得到了深入研究，整體結(jié)合景觀、土地利用和土壤[29]等，實(shí)現(xiàn)土地生態(tài)修復(fù)的宏觀與微觀層面的多尺度研究。

（7）國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)及關(guān)鍵區(qū)識(shí)別。生態(tài)修復(fù)區(qū)劃作為國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)的重要基礎(chǔ)之一，關(guān)鍵區(qū)識(shí)別和分區(qū)模擬等方向逐步成為生態(tài)修復(fù)研究核心[30]。國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)分區(qū)有助于推動(dòng)生態(tài)修復(fù)工作的整體性和系統(tǒng)性，有學(xué)者通過耦合土地利用景觀格局，構(gòu)建國(guó)土空間生態(tài)安全格局基本框架，劃分生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)、調(diào)節(jié)區(qū)和雙修區(qū)等多種類型[31]；針對(duì)國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)的識(shí)別，有學(xué)者依據(jù)“生態(tài)安全格局—關(guān)鍵區(qū)—保護(hù)修復(fù)策略”思路，通過識(shí)別生態(tài)源地和破碎生態(tài)空間等關(guān)鍵區(qū)數(shù)量及空間分布，提出生態(tài)保護(hù)修復(fù)類型區(qū)及其相應(yīng)措施，有助于以資源枯竭型城市為主的生態(tài)系統(tǒng)向山水林田湖草系統(tǒng)修復(fù)推進(jìn)[32]。

1.1.2 土地信息技術(shù)

（1）土地利用與土地覆蓋信息提取與分析。2021年，國(guó)內(nèi)土地信息的采集與分析技術(shù)在土地利用與土地覆蓋信息方面呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)，得到了更深入研究。學(xué)者基于探地雷達(dá)獲得的頻譜數(shù)據(jù)，定性分析重構(gòu)土壤容重相對(duì)大小[33]；將U-Net算法或與殘差網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合方法應(yīng)用于高分辨遙感影像土地利用分類中[34]，實(shí)現(xiàn)高精度的地面典型地物信息提??；將機(jī)器學(xué)習(xí)引入不同層次的對(duì)象目錄分類，分類后結(jié)果的聯(lián)合優(yōu)化有利于提高分類結(jié)果精度[35]；此外對(duì)城市群的土地利用研究中，矢量道路網(wǎng)變化信息識(shí)別和提取成為重要視角，路網(wǎng)變化與土地利用的相關(guān)性進(jìn)一步被驗(yàn)證[36]；借助遙感影像與GPS軌跡提取人口流動(dòng)數(shù)據(jù)的研究結(jié)果得出二者結(jié)合推斷城市土地利用類型更為精準(zhǔn)[37]；根據(jù)IPCC清單法進(jìn)行碳排放時(shí)空特征及碳排放效應(yīng)的分析也得到了學(xué)者們持續(xù)上升的關(guān)注度[38]。

（2）土地信息化計(jì)算模型與方法。大數(shù)據(jù)背景下，計(jì)算模型與算法的技術(shù)應(yīng)用與土地信息化結(jié)合更為緊密。不少學(xué)者利用強(qiáng)度分析模型，系統(tǒng)、定量分析流域內(nèi)土地利用變化強(qiáng)度的時(shí)空分布動(dòng)態(tài)特征、人類活動(dòng)所引起的土地覆被和景觀格局的改變，以及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生的影響[39]；通過建立精細(xì)到每一個(gè)地理實(shí)體（圖斑）的精準(zhǔn)土地利用生產(chǎn)線系統(tǒng)[40]，利用隨機(jī)森林算法進(jìn)行區(qū)域內(nèi)作物種植結(jié)構(gòu)的分析也呈現(xiàn)出可觀研究結(jié)果[41]；此外基于遙感數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型、土地覆蓋信息和城市可達(dá)性數(shù)據(jù)建立并優(yōu)化綜合貧困指數(shù)（IPI）進(jìn)一步展示了技術(shù)應(yīng)用與土地信息化的緊密關(guān)系[42]。

（3）基于不同視角的土地信息多尺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。土地信息的多尺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)得到了廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)學(xué)者基于不同視角，結(jié)合多源遙感數(shù)據(jù)和地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)土壤、景觀、土地覆被等土地信息的不同尺度、長(zhǎng)時(shí)序監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)?；谕恋乩靡暯?，結(jié)合多時(shí)序多光譜土地利用影像與相關(guān)數(shù)據(jù)集，采用深度學(xué)習(xí)與利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣與動(dòng)態(tài)量相結(jié)合進(jìn)行定量動(dòng)態(tài)分析土地利用變化與影響[43]；基于三角洲土壤和景觀格局視角，結(jié)合多年的黃河三角洲土地利用變化情況，揭示黃河三角洲在水文氣候與人類活動(dòng)影響下的土壤鹽分變化特征[44]，開展黃河三角洲景觀格局脆弱性的研究[45]，揭示黃河三角洲景觀格局時(shí)空演變規(guī)律；基于土地覆被和土壤視角，統(tǒng)計(jì)多時(shí)序影像的解譯結(jié)果的面積信息，監(jiān)測(cè)土地?fù)p毀與恢復(fù)治理的變化信息[46]，分析土地利用時(shí)空變化特征及原因[47]，建立土地利用與土壤有機(jī)碳的非線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)碳的分布空間格局、年際變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[48]。

1.2 國(guó)外土地工程與信息技術(shù)重點(diǎn)問題研究進(jìn)展

2021年，國(guó)外土地工程研究方面，主要進(jìn)行了城市化背景下土地開發(fā)模式及功能創(chuàng)新、土地整理的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效應(yīng)、以礦區(qū)為主的土壤重構(gòu)效應(yīng)評(píng)價(jià)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的探索，研究重點(diǎn)更關(guān)注于土地整理的區(qū)域劃分，以及基于土地利用分類和景觀尺度對(duì)生態(tài)修復(fù)的影響。土地信息技術(shù)方面，聚焦多源數(shù)據(jù)融合，探討土地信息提取精度的提高，同時(shí)革新信息處理的模型和方法優(yōu)化，強(qiáng)調(diào)了土地利用與土地覆蓋信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，在定性和定量相結(jié)合與多元視角下，推進(jìn)高精度、多尺度的土地信息新技術(shù)。

1.2.1 土地工程

（1）城市化背景下的土地開發(fā)模式。國(guó)外學(xué)者面對(duì)土地供需矛盾的問題，提出土地合作開發(fā)模式，研發(fā)土地開發(fā)政策工具CULD，有效保障未利用地建設(shè)的同時(shí)促進(jìn)了城市社會(huì)的融合[49]。面對(duì)城市化帶來的土地供應(yīng)的挑戰(zhàn)，應(yīng)合理考慮土地開發(fā)過程中與范圍變化相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，并提高土地開發(fā)承包商的項(xiàng)目管理技能[50]；研究表明了解土地開發(fā)過程中社會(huì)經(jīng)濟(jì)和空間因素之間的耦合與作用驅(qū)動(dòng)，有助于提高區(qū)域規(guī)劃及土地環(huán)境領(lǐng)域信息決策的有效性[51]；此外，開發(fā)過程中的土地利用程度[52]、水—能源—糧食關(guān)系和土地可持續(xù)開發(fā)模式[53]以及選區(qū)、項(xiàng)目距離對(duì)區(qū)域開發(fā)的響應(yīng)[54]均得到了廣泛研究。

（2）土地整理區(qū)劃與“經(jīng)濟(jì)—環(huán)境”可持續(xù)發(fā)展。分區(qū)管控和重新配置土地的過程是土地管理的重要內(nèi)容，土地整理在一定程度上能夠促進(jìn)土地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。針對(duì)土地整理區(qū)劃，相關(guān)學(xué)者基于土地整理的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)和多標(biāo)準(zhǔn)分析，提出并優(yōu)化土地整理行政區(qū)域排序和優(yōu)先級(jí)排序方法[55]；也有研究利用土地整理區(qū)劃及相關(guān)措施可以改善土地破碎化程度，實(shí)現(xiàn)土地重新配置[56-57]。針對(duì)土地整理的“經(jīng)濟(jì)—環(huán)境”可持續(xù)發(fā)展，據(jù)國(guó)外研究統(tǒng)計(jì)，土地價(jià)值的變化影響著土地整理項(xiàng)目的執(zhí)行[58]；土地整理可以顯著實(shí)現(xiàn)與糧食安全、減貧和景觀管理相關(guān)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)[59]。此外，有學(xué)者通過地塊數(shù)量和形狀的測(cè)算來評(píng)估土地整理[60]，不少研究將重點(diǎn)放在通過布設(shè)灌溉排水措施降低成本的策略與方法的優(yōu)化上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)土地集中整理[61]。

（3）礦區(qū)重構(gòu)土壤的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。高度退化的礦地復(fù)墾土壤質(zhì)量已成為國(guó)外響應(yīng)可持續(xù)環(huán)境政策的關(guān)切問題。近年來國(guó)外礦區(qū)復(fù)墾土壤質(zhì)量發(fā)生了顯著變化，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、陽離子交換能力、基面飽和度、土壤有機(jī)碳、速效磷等關(guān)鍵性狀得到了全面改善，復(fù)墾后土地的植被存活率可觀[62]；但金屬礦復(fù)墾土壤研究表明，復(fù)墾層不能充分隔離環(huán)境污染，植物吸收污染元素的風(fēng)險(xiǎn)仍然很高[63]。國(guó)外學(xué)者通過探究修復(fù)技術(shù)方法進(jìn)行廢棄礦山土地復(fù)墾，其中利用植物修復(fù)技術(shù)在改善土壤質(zhì)量、降低PTE生物有效性和增加生物多樣性方面取得了積極成果[64]。此外，土地復(fù)墾材料和項(xiàng)目管理至關(guān)重要，木條覆蓋物是退化土地恢復(fù)的首選侵蝕控制材料，木材材料的原生性使其具備在徑流減少、土壤流失防護(hù)和泥沙濃度平衡方面的有效性[65]。

（4）土地修復(fù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。土地修復(fù)在解決若干環(huán)境問題方面具有巨大潛力。據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，土地修復(fù)生物措施、環(huán)境變化和土地利用對(duì)生態(tài)恢復(fù)和人口恢復(fù)有顯著影響[66]。土地修復(fù)效果較為可觀的是木基生物炭的使用能夠減少土壤、水和氣體介質(zhì)中的污染物，起到改善碳封存和土壤溫室氣體排放的生態(tài)作用[67]；但生物多樣性、清潔水等環(huán)境服務(wù)同被視為農(nóng)業(yè)和放牧的副產(chǎn)品，因人口壓力和從農(nóng)村向城市周邊地區(qū)的遷移正在改變土地利用方式，減少了上述服務(wù)加速并加劇了土地退化[68]。不少研究表明通過增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前景可能會(huì)通過生態(tài)恢復(fù)得到改善，同時(shí)農(nóng)業(yè)用地的景觀規(guī)?；謴?fù)可能會(huì)增加農(nóng)田對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和就業(yè)的貢獻(xiàn)[69]，因此國(guó)外農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的土地修復(fù)可基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，采用景觀規(guī)?；謴?fù)及土地利用服務(wù)方式的優(yōu)化，使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)成為減少毀林和恢復(fù)受干擾生態(tài)系統(tǒng)的有效政策工具[70]，最終實(shí)現(xiàn)土地修復(fù)和土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合。

（5）土地利用及景觀治理與可持續(xù)土地生態(tài)恢復(fù)。土地退化是可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一，景觀恢復(fù)倡議作為可持續(xù)的土地管理模式往往有可能帶來環(huán)境收益，相關(guān)研究顯示，基于景觀和土地利用層面共同開發(fā)的恢復(fù)措施下，土壤水分儲(chǔ)存能力得到提高，玉米和飼料產(chǎn)量增加[71]；農(nóng)業(yè)地區(qū)的退化土地通過景觀治理恢復(fù)，也推進(jìn)了農(nóng)作物生產(chǎn)研究目標(biāo)的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)[72]；因此地方、國(guó)家和全球不同層面可制定可持續(xù)的退化土地恢復(fù)戰(zhàn)略，以期實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)生態(tài)恢復(fù)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)[73]。

1.2.2 土地信息技術(shù)

（1）基于多源數(shù)據(jù)的土地信息提取。多源數(shù)據(jù)融合提升土地覆蓋特征信息采集精度得到國(guó)外更多學(xué)者的關(guān)注，隨著各種遙感技術(shù)獲取地表信息精度的不斷提高，不少學(xué)者更關(guān)注無人機(jī)技術(shù)的多方結(jié)合，主要包括無人機(jī)搭載多源傳感器對(duì)地表信息的獲取與融合，如景觀和不同土地利用類型等地表信息[74]；無人機(jī)技術(shù)與光學(xué)衛(wèi)星遙感技術(shù)衛(wèi)星影像相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地表植被信息的分級(jí)、分類提取[75]。此外光學(xué)衛(wèi)星與其他數(shù)據(jù)的結(jié)合也成為土地信息提取的熱點(diǎn)，其中合成孔徑雷達(dá)（SAR）和光學(xué)衛(wèi)星傳感器的數(shù)據(jù)融合利于研究區(qū)地表數(shù)據(jù)的多尺度獲取[76]；而多源數(shù)據(jù)融合精度得到保障的前提下，有學(xué)者將衛(wèi)星影像圖與點(diǎn)云數(shù)據(jù)二者融合，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行地表退化與土地復(fù)墾的概況評(píng)估工作，為土地整治提供科學(xué)依據(jù)[77]。

（2）基于地物分類的信息化計(jì)算模型與方法優(yōu)化。土地信息的分類與評(píng)估對(duì)于自然資源的管理和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要[78]，提升地物分類的精度與效率依然是土地信息處理的熱點(diǎn)[79]。學(xué)者通過基于像素與基于對(duì)象的分類方法的對(duì)比進(jìn)行土地利用/覆蓋（LULC）集成紋理信息的評(píng)估，最終實(shí)現(xiàn)Google Earth Engine開發(fā)Landsat系列數(shù)據(jù)組成與分類方法的優(yōu)化[80]。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)模型開發(fā)的不斷發(fā)展，不少國(guó)外學(xué)者開始研究訓(xùn)練集的大小對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于土地覆蓋分類中的影響[81]；逐步量化深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在土地利用方面的應(yīng)用中產(chǎn)生的偏差[82]；同時(shí)優(yōu)化衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的適用及敏感波段來創(chuàng)建合成圖像的研究也在持續(xù)展開[83]。

（3）基于土地利用和土地覆蓋的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)。土地利用和土地覆蓋信息的監(jiān)測(cè)可對(duì)土地的復(fù)墾與開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持，推進(jìn)土地資源相關(guān)政策的制定與實(shí)施。學(xué)者對(duì)各類地表信息變化的監(jiān)測(cè)與驅(qū)動(dòng)因素分析進(jìn)行了大量研究。通過長(zhǎng)時(shí)序遙感影像分析區(qū)域內(nèi)的地表形態(tài)與土地利用/覆蓋（LULC）的變化實(shí)現(xiàn)景觀的多尺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[84]；通過遙感數(shù)據(jù)與實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)相結(jié)合量化區(qū)域內(nèi)水土流失與產(chǎn)沙量，確定易侵蝕區(qū)域，推進(jìn)財(cái)政資源分配的優(yōu)化[85]；對(duì)土地覆蓋制圖與變化的監(jiān)測(cè)算法進(jìn)行改進(jìn)與開發(fā)[86]以及地表監(jiān)測(cè)指數(shù)適宜性的評(píng)估與創(chuàng)新均有力推進(jìn)了土地信息技術(shù)的內(nèi)在發(fā)展[87]；而結(jié)合地質(zhì)地貌、GPS和InSAR等多源數(shù)據(jù)，在實(shí)現(xiàn)地表監(jiān)測(cè)的同時(shí)對(duì)其形變產(chǎn)生的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)因素分析起到了重要作用[88-89]。

2 國(guó)內(nèi)外土地工程與信息技術(shù)重點(diǎn)問題對(duì)比及重點(diǎn)進(jìn)展評(píng)述

2.1 國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)問題對(duì)比

2021年國(guó)內(nèi)外土地工程與信息技術(shù)研究理論、技術(shù)方法和應(yīng)用方面逐步深入，其中土地開發(fā)模式、土地資源優(yōu)化配置、以礦區(qū)為主的復(fù)墾土地質(zhì)量評(píng)價(jià)、土地生態(tài)修復(fù)的理念深化以及土地信息技術(shù)應(yīng)用等均得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注。但由于國(guó)內(nèi)外學(xué)科建設(shè)及理論基礎(chǔ)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系、科研技術(shù)水平以及土地制度等存在較大差異，研究側(cè)重點(diǎn)也不同：國(guó)內(nèi)學(xué)者主要聚焦鄉(xiāng)村振興目標(biāo)下的國(guó)土綜合整治、國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)理念與模式、土地信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新及多尺度監(jiān)測(cè)等；國(guó)外研究注重工業(yè)化、城市化背景下的土地開發(fā)、整理，探索土地生態(tài)恢復(fù)的可持續(xù)發(fā)展，重點(diǎn)從土地信息技術(shù)的多源視角切入分析。國(guó)內(nèi)外主要關(guān)注重點(diǎn)詳見表2。

表2 國(guó)內(nèi)外土地工程與土地信息技術(shù)研究關(guān)注重點(diǎn)比較Tab.2 The comparison of the research focuses of land engineering and land information technology in China and overseas

2.2 2021年重點(diǎn)進(jìn)展評(píng)述

2021年土地工程與信息技術(shù)研究緊扣學(xué)科基礎(chǔ)理論與技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用的需求，內(nèi)容基本覆蓋了土地復(fù)墾學(xué)、土地整治學(xué)及土地資源信息技術(shù)等方面，主要研究進(jìn)展如下：

（1）在國(guó)內(nèi)外生態(tài)環(huán)境相關(guān)政策的引領(lǐng)下，進(jìn)一步探究土地開發(fā)強(qiáng)度、模式與治理機(jī)制的耦合，分析以農(nóng)用地為主的全域土地綜合整治模式及功能創(chuàng)新途徑，評(píng)價(jià)以礦區(qū)為主的復(fù)墾土地的適宜性及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，討論重構(gòu)土壤的原理和關(guān)鍵技術(shù)，探索生態(tài)修復(fù)分區(qū)優(yōu)化與模擬，豐富土地信息技術(shù)的革新理論與方法，整體推進(jìn)以土地資源為研究對(duì)象的土地工程與信息技術(shù)的發(fā)展與完善。

（2）在國(guó)內(nèi)外土地整治與修復(fù)相關(guān)理論的推動(dòng)下，全域土地綜合整治和土地生態(tài)修復(fù)基本原理與方法取得進(jìn)展，進(jìn)一步強(qiáng)化了生態(tài)性、綜合性和系統(tǒng)性的特征，充分考慮高強(qiáng)度人類活動(dòng)對(duì)景觀格局、土地利用變化等的潛在影響，推動(dòng)生態(tài)修復(fù)相關(guān)政策更有利于土地生態(tài)安全格局塑造目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（3）在國(guó)內(nèi)外土地利用相關(guān)理論和技術(shù)應(yīng)用協(xié)同發(fā)展的導(dǎo)向下，加強(qiáng)了不同研究領(lǐng)域的層次性，拓寬了空間和時(shí)間尺度，通過對(duì)開發(fā)模式下土地利用的量化分析、土地利用空間均衡的狀態(tài)判斷、土地覆被信息提取精度的方法優(yōu)化、基于景觀和土地利用類型的生態(tài)修復(fù)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)探究，實(shí)現(xiàn)了研究主題多元化的有機(jī)結(jié)合，以期系統(tǒng)性地得出土地資源相關(guān)研究的機(jī)理、運(yùn)行機(jī)制和時(shí)空動(dòng)態(tài)分布規(guī)律。

（4）在國(guó)內(nèi)外信息化方法和遙感技術(shù)的趨勢(shì)順應(yīng)下，推進(jìn)了土地開發(fā)、復(fù)墾、整理與修復(fù)中的技術(shù)方法與應(yīng)用研究，拓寬了新型材料研發(fā)、精確指標(biāo)評(píng)價(jià)及學(xué)習(xí)模型創(chuàng)新等多視角、多層次的研究思路。

總體來看，2021年土地工程與信息技術(shù)研究雖取得上述進(jìn)展，但在以下方面仍存在一定不足：（1）國(guó)內(nèi)土地工程領(lǐng)域研究的理論基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，目前研究進(jìn)展的突破性不強(qiáng)，應(yīng)進(jìn)一步拓寬相關(guān)領(lǐng)域的交叉、融合研究；（2）國(guó)內(nèi)土地信息技術(shù)領(lǐng)域研究多以借鑒國(guó)外土地信息提取、處理及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的熱點(diǎn)案例為主，相對(duì)缺乏社會(huì)經(jīng)濟(jì)及制度發(fā)展驅(qū)動(dòng)下研究區(qū)適宜性較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)踐與應(yīng)用；（3）國(guó)外土地工程領(lǐng)域研究在相關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)應(yīng)用的融合與協(xié)同關(guān)注度不夠，應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化二者的相關(guān)性分析探討，特別優(yōu)化土地復(fù)墾及修復(fù)研究，更為注重機(jī)理探索；（4）國(guó)外土地信息技術(shù)領(lǐng)域研究在技術(shù)革新上速度快，信息處理模型應(yīng)用、信息動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)卻未能得到可靠的實(shí)質(zhì)性驗(yàn)證與多尺度探索，應(yīng)更重視優(yōu)化信息處理與監(jiān)測(cè)后的實(shí)踐應(yīng)用，強(qiáng)化研究運(yùn)行規(guī)則和可持續(xù)性。

3 土地工程與信息技術(shù)研究展望

3.1 主要科技需求

2021年，國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)政策法規(guī)主要聚焦國(guó)土空間規(guī)劃與生態(tài)修復(fù)、生態(tài)保護(hù)與發(fā)展、社會(huì)資本參與礦山生態(tài)修復(fù)等方面，涉及土地工程與信息技術(shù)研究的主要科技需求包括：（1）生態(tài)保護(hù)修復(fù)要強(qiáng)調(diào)國(guó)土空間規(guī)劃的引領(lǐng)作用，實(shí)現(xiàn)多規(guī)合一，提高土地資源配置效率；（2）要求遵循自然規(guī)律，踐行國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)理念，整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)、綜合治理，通過國(guó)家需求引領(lǐng)科技創(chuàng)新、制度創(chuàng)新，將目標(biāo)導(dǎo)向和問題導(dǎo)向相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間安全格局的優(yōu)化和生態(tài)安全屏障的穩(wěn)固；（3）生態(tài)保護(hù)與發(fā)展要堅(jiān)持與自然和諧共處理念進(jìn)行生物多樣性等相關(guān)研究，為實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)提供了理論保障和技術(shù)支撐；（4）積極推進(jìn)生態(tài)保護(hù)修復(fù)的市場(chǎng)化機(jī)制等專項(xiàng)規(guī)劃，探索市場(chǎng)化運(yùn)作、科學(xué)性修復(fù)、開發(fā)式治理，引導(dǎo)和支持社會(huì)資本參與生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施，進(jìn)一步推動(dòng)從地區(qū)國(guó)土空間保護(hù)格局的整體謀劃與綜合考量。

3.2 重點(diǎn)研究問題

在綜合分析2021年土地工程與信息技術(shù)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前主要科技需求，遵循土地科學(xué)發(fā)展基本規(guī)律，展望2022年土地工程與信息技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)研究問題。

（1）土地資源開發(fā)利用低碳轉(zhuǎn)型。推動(dòng)土地資源高效利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)，重點(diǎn)關(guān)注土地資源的合理開發(fā)及可持續(xù)利用，城鎮(zhèn)化開發(fā)中土地資源、空間布局、生態(tài)環(huán)境等要素的協(xié)同互動(dòng)，土地供給能力與需求強(qiáng)度的空間匹配關(guān)系及土地利用轉(zhuǎn)型等。

（2）鄉(xiāng)村振興背景下的村莊綜合整治。支撐全面鄉(xiāng)村振興和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)施，重點(diǎn)關(guān)注村莊類別的科學(xué)有序劃分，滿足三產(chǎn)融合發(fā)展的村莊綜合整治理論與方法，耕地資源利用約束下的村莊整治理論與治理體系構(gòu)建等。

（3）土地復(fù)墾理論方法與評(píng)價(jià)。深化土地復(fù)墾內(nèi)涵，推進(jìn)土地復(fù)墾質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)多元化和評(píng)價(jià)機(jī)制系統(tǒng)化，重點(diǎn)關(guān)注復(fù)墾技術(shù)方法應(yīng)用，復(fù)墾質(zhì)量評(píng)價(jià)影響因素及方法優(yōu)化，土壤重構(gòu)理論創(chuàng)新， 表土剝離、移土培肥等復(fù)墾新技術(shù)新措施等。

（4）國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)理論與技術(shù)。構(gòu)建高質(zhì)量的生態(tài)安全格局，重點(diǎn)關(guān)注國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域的識(shí)別、分區(qū)、模式、監(jiān)測(cè)和管理體系，鄉(xiāng)村振興和“雙碳”國(guó)家戰(zhàn)略下的國(guó)土空間綜合整治和生態(tài)修復(fù)的理論方法和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，以市場(chǎng)化機(jī)制為切入點(diǎn)的土地資源配置新模式等。

（5）土地工程技術(shù)體系轉(zhuǎn)型和信息技術(shù)創(chuàng)新。立足適應(yīng)性管理，重點(diǎn)關(guān)注土地工程技術(shù)研發(fā)和大數(shù)據(jù)、人工智能等國(guó)土信息化，實(shí)時(shí)自然資源信息的使用及更新，新型地理信息系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)于土地領(lǐng)域的適配性及創(chuàng)新性，多源遙感及地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信息的融合應(yīng)用與實(shí)踐驗(yàn)證等。

3.3 《中國(guó)土地科學(xué)》重點(diǎn)關(guān)注方向

2022年，《中國(guó)土地科學(xué)》將繼續(xù)關(guān)注土地工程與信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論學(xué)科建設(shè)以及學(xué)科領(lǐng)域中相關(guān)熱點(diǎn)和前沿議題。主要包括：（1）土地資源開發(fā)利用低碳轉(zhuǎn)型；（2）鄉(xiāng)村振興背景下的鄉(xiāng)村綜合整治；（3）以礦區(qū)為主的土壤重構(gòu)理論及實(shí)踐；（4）國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)的轉(zhuǎn)型及可持續(xù)發(fā)展；（5）土地信息技術(shù)、方法的創(chuàng)新及適宜性應(yīng)用。