山地是中国自然生态保护与经济社会发展问题交织、矛盾突出的区域。山地水资源受气候变化和人类活动综合影响发生演变,进一步影响到其与区域气候资源、土地资源以及经济社会之间的协调匹配,研究这些问题对辨识山地发展关键短板、提供山地问题解决思路具有基础意义。根据自然环境特点和经济社会发展状况,选择太行山、横断山和黔桂喀斯特三大典型山地开展研究,基于全国水资源调查评价成果及土地利用、经济社会数据,采用Mann-Kendall检验等方法分析1956-2015年山地降水和径流时空演变特点;采用匹配距离和不平衡指数对山地的水（降水和径流）、热（积温和辐射）、地（面积和耕地）以及社会经济（人口和GDP）等4类要素匹配性进行综合对比分析。结果表明：三大典型山地中,太行山水资源禀赋最差,且2000年以来径流显著衰减,而横断山和黔桂喀斯特降水、径流丰富,且无明显变化趋势;从“水—热—人—地”对比来看,太行山以缺水问题为主,横断山多数地区土地与热资源偏少且水热空间差异大,黔桂喀斯特整体来说土地资源偏少;综合来看,水与其他要素的匹配性最差,特别是在太行山区,水的时空分布及其均衡匹配是保障山地可持续发展的关键。

土地变化科学是理解人类—自然耦合系统的交叉学科研究方向。多主体模型（ABM）作为过程导向模型,对揭示土地变化驱动力,理解土地变化过程有重要作用。本文从理论、应用与建模框架三方面出发,总结了ABM理论基础和相关概念;阐述了ABM在城市和农业土地系统两方面的应用与发展,进一步介绍了横断山区退耕还林ABM研究案例;在梳理ABM建模协议的基础上,提出了主体视角的土地系统ABM建模框架和实施流程。在城市土地利用方面,ABM研究从最初基于景观研究城市扩张,到研究城市内部居住分隔,规划分区,生态功能等多方面;在农业土地利用方面,ABM应用则呈现出更加多样化和个性化的特征,包括农民行为、农户决策、种植系统、农业政策等。相比于传统模型,ABM因其依靠本地知识与数据而使得其构建更为复杂,且不易推广;但因其独特的自下而上模型构架,在探究土地变化驱动力、刻画人类行为对自然环境影响等方面具有不可或缺的作用。

水土资源是人类生存的基础,山地水土要素耦合性与“三生空间”的功能性密切相关,其耦合的时空过程及规律关乎山区的生态服务与经济社会可持续发展。通过构建更加科学的水土要素耦合指数对太行山地、横断山地、黔桂喀斯特山地水土要素耦合特征进行大尺度、长时序的分析,并采用地理探测器方法分析了各时期水土耦合的影响因素。结果表明：① 三大山地水土要素耦合空间差异十分显著。太行山地以缺水区为主,横断山地以平衡区为主,黔桂喀斯特山地平衡区和充沛区兼有。② 垂直分异上,三大山地水土要素耦合指数分别在1300 m、1800~3400 m、500~1500 m处发生变异。各山地水土要素耦合指数在生态功能亚区表现为,林地生态亚区>林草复合生态亚区>农业生态亚区。③ 三大山地水土要素耦合的空间异质性是自然要素和人文要素综合作用的结果。其中,气候要素为主导驱动,地形地貌和土地利用居次,人为作用叠加在自然作用之上,加剧了水土要素耦合的时空复杂性和变异性。本文构建的水土要素耦合指数,加深了山地水土要素相互作用的时空过程研究,可为促进变化环境下的山区可持续发展提供决策依据。

地形、降雨等环境因子决定了泥石流的时空分布特征,理解泥石流与这些因子的关系有助于区域泥石流灾害风险评估与防灾减灾工作。以横断山区为研究区域,选取降水、气候、地貌、地质、土地覆盖、土壤厚度、高差势能以及湿度指数等因子,利用地理探测器和灰度关联分析等方法,探讨了环境因子与泥石流沟空间分布的关系以及降水特征与泥石流灾害的时间关联性。结果表明,湿度指数是决定泥石流沟空间格局的最主要因子,其次是高差势能和土壤厚度,多年平均分布的降水特征对泥石流沟分布的影响较小。泥石流灾害事件与降水特征的时间关联具有较大的区域异质性。泥石流发生地的激发雨量、湿度指数、高差及土壤厚度的统计分布在不同地貌、地质和气候单元中有明显差异。这表明泥石流预警不仅需要考虑雨量等激发因子,还必须考虑其他影响因素的空间差异性。