方向一：亚热带环境变化的区域响应及趋势预测

本研究方向以洞庭湖流域及亚热带季风区为研究对象，以水循环和环境变化为核心，研究亚热带季风区环境变化的区域响应以及人类活动对区域环境变化影响的机理，揭示该区域环境对全球变化的响应方式、响应途径、作用过程、动力机制及未来变化趋势，为典型区域在全球变化背景下的可持续发展提供对策和决策依据，为环境优化、减轻灾害等重大问题提供科学与技术的支持。

具体的研究内容包括：

⑴亚热带典型区古环境恢复及其与全球环境变化关系研究。着重探讨数万年来环境变化及重大环境突发事件、季风环境的形成与重大转型事件的时代和形成的原因等。其创新性表现在：亚热带季风区环境在不同时间尺度上的演化历史及其驱动机制、海-陆-气相互作用对亚热带季风区水循环的影响、全球变化对亚热带季风区环境的影响等方面。

⑵冰川系统结构的变化规律及其对水循环、海平面变化、及区域生态环境的影响。根据中国冰川系统主要结构特征，建立冰川系统的变化模型，预测在气候变化条件下，冰川系统结构的变化规律及其对水循环、海平面变化以及区域生态环境的影响。通过研究，将为我国典型区域水资源合理利用，灾害评估、预测、防治和生态环境的保护决策等提供科学依据。

⑶洞庭湖流域资源环境效应与地球动力学及全球变化响应。该研究作为切入全球变化科学发展背景下的研究前沿问题，研究内容包括：地球场效、集成演化、水面位精细层序学的研究；湖泊遥感的多层次迭加和大区域动态地学的分析；水资源及环境事件演化趋势分析。

⑷长江中上游流域历史环境变迁研究。基于自然地理学原理和先进的分析测试手段，对传统的历史自然地理学研究方法进行改革创新。在传统的历史文献记载分析、考证方法的基础上，借助第四纪地质学、地貌学、考古学、沉积学等研究方法、手段，来提升历史自然地理学问题的研究深度与精度，深化长江中上游流域历史环境变迁研究问题的研究，甄别区域自然作用过程，演绎历史事件，形成新的学术体系，并为区域发展提供决策参考。

方向二、亚热带典型地区土地资源可持续利用

本研究方向所开展的研究主要集中于三个方面。一是土地资源评价与土地利用优化研究。红足1世77814是我国最早开展本领域研究的单位之一。1984年，程伟民教授等人参加中国1:100万土地类型图编制研究工作，主持完成《中国1：100万土地类型图（长沙幅）》编制，获得中国科学院自然科学二等奖。其后，本研究方向的科研人员先后主持或参与完成了“湖南省国土开发整治规划研究”、“湖南省土地利用总体规划研究”等20余项省级重大项目的研究工作，先后获得湖南省科技进步奖5项，国土资源部优秀成果奖5项，在土地资源评价、土地利用规划领域产生较大影响。二是土地定级与土地估价研究。20世纪90年代以来，先后完成了湖南省近10个市（州）和一批县（市）的基准地价评估，建立了“市（州）、县（市）级土地定级与估价信息系统”，产生了良好的社会经济效益。三是区域土地可持续利用研究。先后承担“西南喀斯特区域环境移民与持续发展研究”、“中亚热带东部地区农业生态系统成因及其发展机制研究”等一系列中科院和省级重大项目，对区域自然资源利用、生态环境恢复重建等进行了较为系统深入的研究。

本研究方向将在既有工作基础上，以地理学和资源科学基本原理为指导，重点开展城市化背景下的土地利用结构变化规律及其动力机制、土地资源可持续利用评价指标体系、区域土地可持续利用优化模式设计等方面的研究，力争取得新的突破，为促进亚热带典型地区土地资源可持续利用和优化配置提供决策依据，进一步拓展地理学在资源利用和生态保护中的应用领域。

方向三、洞庭湖流域水资源与水问题研究

洞庭湖是国际重要湿地，是我国的第二大淡水湖，具有不可替代的调蓄洪水和生物多样性等功能；洞庭湖流域是我国的重要商品农业基地和工业原料供应基地，其生态、经济和社会地位十分重要。

本研究方向的主要特色表现在：一是鲜明的地域特色。洞庭湖纳湘、资、沅、澧“四水”，吞吐长江，集水面积达130万平方千米（其中四水流域面积26万平方千米），流域内物质、能量和信息交流频繁且强烈，河湖关系、堤垸关系、水沙关系复杂，水问题（包括洪涝灾害、水质污染、血吸虫病、水资源短缺、水土流失、水生态失衡等）突出、典型和复杂。洞庭湖流域自然驱动力与人为驱动力的耦合作用的复杂性、存在问题的典型性与多样性等决定了研究的地域特色。二是综合应用地理学及其相关学科的新理论、新方法和“3S”技术手段进行研究。如对洞庭湖区洪灾综合风险分析中，综合运用了地理学、水文学、水力学、土力学、混沌动力学、灰色系统理论、模糊数学、概率统计、遗传算法、博弈论、GIS、RS等理论方法。

本研究方向的优势体现在：一是对洞庭湖流域水资源与水问题的系统综合研究，在洞庭湖流域洪灾综合风险分析及风险综合管理研究、水沙灾害耦合机理及其模拟研究、山洪灾害和洪水资源化研究、水污染问题的特征、成因与防治研究、水生态环境的演化与调控研究、水资源评价与规划研究等方面已经取得了系列成果。二是成果丰富、具有较强的创新性。表现在取得的系列成果已在《Water Resources Research》、《Journal of Hydrology》、《自然灾害学报》、《地理学报》、《水利学报》等十余种国际、国家一级刊物上发表，并出版专著、教材共10余部。三是学术梯队年龄结构、学缘结构、职称结构合理，为本研究方向的可持续发展奠定了坚实基础。

方向四、洞庭湖流域陆地表层水土过程及其机理

人口，粮食和环境安全是贯穿21世纪我国的三大突出问题。特别在我国亚热带地区，农业集约化程度相对较高，基本形成了与发达国家类似的以高投入为特征的“石油农业”体系。但红壤与黄壤及其衍生土类所存在的土壤有机质含量低，为了维持高产以满足生活的需要，使用了大量的化肥和激素，在现有技术条件下最大限度内掠夺性利用土地，显示了暂时的繁荣。其实亚热带地区降雨丰富，植被生长较好，产生了大量有机质，但由于耕地面积的无限扩大，丰富的降雨在有利于生长的同时产生径流带走绝大部分有机物质和化肥，从而使有机物质利用率极低，这种受水分运动驱动的过程与土壤性质及其利用有着密切的关系。

本研究方向进行以下三个层次探索：

(1)坡面水分运动过程与养分迁移规律的研究坡面径流产仅冲刷土壤表层破坏其可耕性，同时带走地表土壤及其中的有机物质，降低土壤的生产潜力，要采取合理的治理措施必须研究径流的动力学特征。为了测量坡面径流的水流速度，本学科组成员在示踪法的基础上研制了具有自主知识产权的电解质脉冲法及其自动化测量系统，为进一步研究坡面径流动力学模型提供了较好的工具。

(2)土壤水分运动规律的研究降雨一部分产生径流，还有一部分入渗到土壤中，成为驱动土壤物质迁移的动力。土壤是一个复杂的有机体，尽管土壤动力学已进行了大量的研究工作，但主要是针对黄土高原而言。黄土高原土层较深，质地均匀，而在亚热带地区植物生长较好，根系发达，砾石较多，土壤容重变化较大，而且土壤水分含量较高，其流动性较强。基于这些特点，对变容重下的土壤水分特征曲线进行了测量，用动力学模型定量分析了变容重对水分运动的作用，并以此实验结果及边界层理论对溶质运移的有关参数进行了计算。这些成果为进一步研究含砾石土壤中的水分运移规律提供实验经验，为提高土壤养分的利用率提供理论参考。

(3)陆地碳循环与养分调控的研究碳是有机物质的主要成份，其含量与其在土壤中所占比例是决定有机物质性质的重要因素，同时其循环变化影响着气候变化和环境质量。在国外数学模型的基础上，通过大量的长期定位和室内实验，改进了测量各种养分的方法，结合微生物转化与活化的机理分析，建立了适合我国农业生态系统的C、N、P等养分循环的预报模型（SCNC模型）；精确模拟了各种耕作措施下土壤有机质的变化规律；发现水稻田是亚热带地区主要的碳汇之一，对减少的大气层CO2有不可估量的作用，这将有助于进一步研究大气变化与陆地碳循环的相互作用关系，准确预测我国陆地生态系统对大气变化的贡献以及中国在全球大气环境治理中应分担的责任。