馮廣京（中國土地勘測規(guī)劃院，北京100035）

土地科學發(fā)展時空錐及土地科學學科演進研究

馮廣京
（中國土地勘測規(guī)劃院，北京100035）

研究目的：研究提出土地科學學科發(fā)展時空錐模型，揭示土地科學學科發(fā)生和發(fā)展的客觀規(guī)律性。研究方法：借助廣義相對論的時空分析理論和未來光錐理論原理，分析人類發(fā)展和土地利用歷史進程，研究提出土地科學學科發(fā)展時空錐模型。研究結(jié)果：（1）土地科學學科研究域存在于四維空間之中，是一個時間的函數(shù)；（2）土地科學研究域在人類發(fā)展進程中出現(xiàn)較早，但擴張較慢；（3）土地科學學科發(fā)展時空錐是一個敞口向上不斷擴張的倒錐筒；（4）土地科學學科的交叉性源于其內(nèi)生擴張性。研究結(jié)論：（1）時空錐模型反映了土地科學學科及其研究域發(fā)生和發(fā)展的客觀事實和內(nèi)在規(guī)律，有助于認識和研究土地科學學科的獨立性；（2）時空錐模型揭示了土地科學是人類發(fā)展不可或缺的獨立“知識體系”，揭示了土地科學學科研究域擴張的本質(zhì)和驅(qū)動力；（3）時空錐模型預示著土地科學學科研究域未來仍然具有長期的擴張性，這種擴張的結(jié)果會逐漸形成土地科學學科的專用理論和技術。

學科建設；土地科學；時空錐；學科演進

1　引言

土地科學學科獨立性研究的一個重要方面是有關其研究域的發(fā)生及其擴張［1］。筆者在《土地科學學科獨立性研究——兼論土地科學學科體系研究思路與框架》（下稱《獨立性》）一文中提出了土地科學學科三維空間研究域的外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，限于篇幅，并沒有展開說明土地科學學科研究域是如何形成及其擴張的問題，而土地科學學科的演進又與其學科研究域的發(fā)生和擴張緊密相關。

《獨立性》一文有關土地科學學科研究域的形態(tài)和構(gòu)造的討論，實際上是被控制在一個確定的時間維度區(qū)間里的，因此有關土地科學學科研究域的形態(tài)和構(gòu)造是一個相對靜止的現(xiàn)勢狀態(tài)。這給人們理解和認識土地科學學科及其研究域的發(fā)生和發(fā)展帶來了一定的困難。本文提出學科發(fā)展時空錐的概念，并由此解釋土地科學學科及其研究域的發(fā)生和發(fā)展。

2　我們的世界是一個多維的時空系統(tǒng)

科學研究已經(jīng)證明，世界是一個多維的時空系統(tǒng)，但迄今為止實際上能夠為人類所認識和利用的是一個四維時空系統(tǒng)［2］，即我們?nèi)祟愄幵谝粋€四維的空間（一維時間和三維空間）之中，如圖1。

圖1　四維空間坐標Fig.1 Four-dimensional space coordinates

圖2　具有消化道的二維動物會被分成兩部分Fig.2 Two-dimensional animal with digestive tract can be divided into two parts

我們比較容易理解人類世界為什么是一維時間和三維空間系統(tǒng)而不是一維時間和兩維空間系統(tǒng)的原因。在二維空間中，“不足以允許我們這樣復雜生命的發(fā)展。例如，……如果二維動物吃東西時不能將之完全消化，則它必須將其殘渣從吞下食物的同樣通道吐出來，因為如果有一個穿通全身的通道，它就將這生物分割成兩個分開的部分，我們的二維動物就解體了。類似地，在二維動物身上實現(xiàn)任何血液循環(huán)都是非常困難的”（圖2）［2］。但是，為什么人類又不是處在一維時間和三維以上的空間系統(tǒng)里呢？廣義相對論的原理告訴我們，“其他的維被彎卷到非常小的尺度——大約為1英寸的一百萬億億億分之一的空間，人們根本無法覺察這么小的尺度。我們只能看到一個時間和三個空間的維，這里時空是相當平坦的?！倍^三維的空間中，“兩個物體間的引力將隨距離衰減的比在三維空間中更快……”，這將“使像地球這樣繞著太陽的行星的軌道變得不穩(wěn)定，地球偏離圓周軌道的最小微擾（例如由于其他行星的引力吸引）都會使它以螺旋線的軌道向外離開或向內(nèi)落到太陽上去。我們就會被凍死或者被燒死?！保?］因此，人類只能存在于一維時間和三維空間沒被卷曲得很小的時空區(qū)域里。由此也就決定了我們的思維應當具有一維時間和三維空間的時空概念。而土地科學學科研究域和我們?nèi)祟愐煌嬖谟谝痪S時間和三維空間的時空中，其外部形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也應符合一維時間和三維空間的時空系統(tǒng)的特征。

3　土地科學學科發(fā)展時空錐的形成

3.1土地科學學科研究域是一個時間的函數(shù)

由上面的討論，我們能夠認識到研究土地科學學科的發(fā)生和演進，需要從時間維度上討論土地科學學科研究域的形成過程。因為隨著時間維度的增長，土地科學學科研究域的空間也會發(fā)生不同程度的擴大，而這種擴大是以影響其研究域需要研究解決的問題的方式來實現(xiàn)的，一種是“t+1”時需要研究解決的問題對于“t”時而言是全新的，一種是“t+1”時的科學理論和技術方法對“t”時已有問題的認識和研究解決的方法是更新的，結(jié)果必然導致“t+1”時土地科學學科研究域在空間上和內(nèi)容上都超過了“t”時的空間和內(nèi)容，使得土地科學學科研究域的空間隨著時間維度的增長，出現(xiàn)了時空維度上的“層狀”疊加增長。

圖3　三維空間中土地科學學科研究域的形態(tài)示意Fig.3 A sketch map for land science discipline's study domain in three-dimensional space

3.2《獨立性》一文中的學科研究域是某一時刻的瞬時狀態(tài)

《獨立性》一文中所觀察和研究的學科研究域是一個三維空間，但實際上它是一個時間維度上某一時刻的瞬時狀態(tài)，為了易于讀者理解而暫時忽略了時間的維度（圖3）。為了容易理解這個四維時空，筆者采用一個簡單和形象的比喻來描述，即我們可以簡單的把它理解為類似是一個三維物體沿著時間維度（坐標軸）方向的運動過程或軌跡。

借助四維時空關系，我們就能夠更好地研究并解釋土地科學學科研究域的形成及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成因，由此也就能夠解釋土地科學學科的形成了。

由前面的討論能夠知道，在三維空間中研究土地科學學科研究域的不足，主要在于缺少時間維度的條件下，其結(jié)果是現(xiàn)勢的靜態(tài)結(jié)果，我們看不到其發(fā)展的軌跡，既不能回答其如何而來的疑惑，也不能“預見”其未來發(fā)展的方向，使得我們難以尋找其發(fā)展的前因后果。

但是在四維時空中研究土地科學學科研究域時，由于時間維度的存在，我們所觀察到的則是土地科學學科研究域現(xiàn)勢的形態(tài)和其發(fā)展的軌跡（圖4）。在此基礎上，我們可以追溯其形成的時期和原因，還可對其未來的發(fā)展做出“預測”。

圖4　四維空間中土地科學學科研究域的形態(tài)及其演進軌跡——土地科學學科時空錐Fig.4 The structure of land science discipline study domain and its evolution trajectory in four-dimensional space: the spatiotemporal cone of land science discipline

比較圖3和圖4中的土地科學學科研究域，可以明顯看出兩者的形態(tài)是完全不同的。在三維空間中看到的是現(xiàn)勢靜態(tài)的圓柱體，但是在四維空間中沿著時間維度的變化，土地科學學科研究域的形態(tài)則是一個敞口向上的連續(xù)擴大的時空錐（為了使讀者能夠更清楚地理解這種不同，筆者將土地科學學科研究域的錐體形態(tài)有意畫成了不連續(xù)的錐體形態(tài)）。

圖4中構(gòu)造的時空錐模型，非常形象地描繪出了土地科學學科研究域的形成過程，使我們能夠更好地研究、追溯土地科學學科的形成和演進路徑。

3.3土地科學學科發(fā)展時空錐的發(fā)生和擴張

土地對于人類而言，既是最基本的生活和生產(chǎn)資料，也是較早出現(xiàn)的制約人類生活和生產(chǎn)的重要因素。人類因為土地而出現(xiàn)，土地為人類的發(fā)展提供了重要的生活空間和物質(zhì)財富的來源。從宏觀角度看，土地對人類的貢獻遠比限制更大，但是從微觀角度看，由于土地具有的位置固定性、面積有限性、質(zhì)量差異性、功能永久性、供給稀缺性、利用方向變更相對困難性、報酬遞減可能性、利用后果社會性等特殊性質(zhì)，在局部環(huán)境里又較早地形成了對人類生活和生產(chǎn)活動的制約。因此，在人類發(fā)展歷史的長河中，土地問題出現(xiàn)較早，而且最初的土地問題可能也很具體但一定較為重要，因此有關土地“知識”的出現(xiàn)一定和人類的生活、生產(chǎn)活動密切相關，一定與人類的生活和生產(chǎn)關系重大，且表現(xiàn)較為簡單。所以追溯土地“知識”的最初形成，理論上應當是在土地成為人類生存制約因素的那一時刻，其研究域的空間也會比較小，很像圖4中構(gòu)造模型的錐頂?shù)捻敹恕?/p>

隨著時間維度的增長，土地問題對人類的生活和生產(chǎn)活動的影響逐漸增大，從而引起有關土地的問題也逐漸增多，使得有關土地“知識”的研究域也相應擴張，迫使人類不斷提高認識和研究土地“知識”的能力，結(jié)果導致土地科學學科研究域呈現(xiàn)出圖4中構(gòu)造的模型演進路徑，并最終發(fā)展至今。由此可以預見，土地科學學科研究域未來的發(fā)展仍然會隨著時間維度的增長而擴張，理論上這種擴張會一直持續(xù)到不再有新的制約因素為止。

3.4土地科學學科發(fā)展時空錐的形成機理

土地科學學科研究域的這種時空關系模型，我們并不能直接觀察到，需要我們通過時空關系的分析方法才能描述出來。這非常類似于廣義相對論中的“將來光錐”的概念。

史蒂芬·霍金在《時間簡史》中分析宇宙時空關系時，描述了光錐的概念和形成的原因，他寫道：“從一個事件散開的光在四維的時空里形成了一個三維的圓錐，這個圓錐成為事件的將來光錐”（圖5）［3］。

實際上，我們很難直接觀察到這一光錐，但借助其他一些方法可以認識到光錐的存在。比如，將一塊石頭垂直扔到一個平靜的池塘中，我們能夠發(fā)現(xiàn)池塘中水的表面會形成向四周散開的漣漪，漣漪以圓周的形式散開并越變越大。如果我們按照時間的變化和隨著時間變化出現(xiàn)的逐漸擴大的漣漪圓周，將它們放到四維時空坐標中，這些隨著時間延續(xù)逐漸擴大的漣漪圓周就畫出了一個圓錐，其頂點即為石頭擊到水面的地方和時間（圖6）［3］。

土地科學學科發(fā)展時空錐的形成與時間光錐的形成原理是十分相似的。

圖5　時空光錐示意Fig.5 A sketch map for spatiotemporal light cone

4　土地科學學科研究域的形成與擴張

我們?nèi)祟愄幵诘倪@個四維空間中，既有人類，也有各種物質(zhì)存在。如果我們把學科研究域也看作一種物質(zhì)存在的話，有關學科的研究域也處于這樣的四維空間之中，不同的學科研究域分別處在人類可見世界的四維空間的不同位置上，在不同的位置上以不同的角度和方法，研究四維空間中的某一個部分空間內(nèi)物體運動的規(guī)律，共同填充了這一四維空間。我們可以用圖7來表示這種情況。只不過有的學科因為人類在某一時間維度上的需求較大導致其研究域也較大，而有的學科因為人類在某一時間維度上的需求較小導致其研究域也較小。當科學發(fā)展較早的時期時，也就是時間維度的坐標值較低的位置階段，一方面人類對可見世界的四維空間的認識能力和認識范圍較為有限，使得人類能夠認識的這一四維空間的四至也較為有限；另一方面人類對有限的四維空間的認識也較為有限，表現(xiàn)為不同學科研究域自身的空間范圍也較小，且相互間的空間關系較為簡單，很多學科的研究域相互間都有明顯的空間距離，從科學學研究的角度看，在這個四維空間中存在著不同學科研究域間的空白空間，這時大部分學科都表現(xiàn)為單學科，只有少部分學科出現(xiàn)空間上的部分重疊，即學科間的交叉。這一點也可以從早期有關科學學科門類主要根據(jù)某一學科是否學科主體域?qū)W科的標準進行分類的情況得到佐證［4］。同時，這也導致了在人類發(fā)展歷史時間維度的早期，有關科學的發(fā)展受到了一定的制約，存在著很多科學領域上的盲區(qū)。

圖6　時空光錐形成的原理Fig.6 Formation of spatiotemporal light cone

隨著時間維度的增長，一方面人類對原來可見世界四維空間的認識能力和認識范圍開始提高，不同學科的研究域也隨之出現(xiàn)不同程度的擴張，一些學科研究域的空間距離逐漸縮小甚至在某個維度上產(chǎn)生重疊或交叉，使得不同學科也得到了不同的發(fā)展。另一方面，原來的可見世界四維空間的范圍也出現(xiàn)了擴大，人類對可見世界四維空間新增部分空間的認識和利用需求，又促生了一些新學科的出現(xiàn)或者某些原有學科的擴張，從而形成了新學科的研究域或者促使某些原有學科的研究域出現(xiàn)新的擴張。在這種擴張中，我們會發(fā)現(xiàn)有關涉及某一時間維度上人類生存和發(fā)展的某些學科研究域的范圍會出現(xiàn)較快的擴張速度和較大的擴張空間，從而引起更多的學科研究域在不同的維度上的重疊交叉。隨著這種學科研究域重疊交叉的加速和加大，一些學科的研究域由于其研究對象的重要程度、研究范疇的空間廣度、研究價值的時間維度相較另一些學科更大一些，在學科研究域發(fā)生重疊交叉的過程中，更多地轉(zhuǎn)為圍繞其學科研究域的擴張，甚至某些相對較為局限的弱小學科的研究域在這個重疊交叉的過程中被融為一體。這也是為什么會有一些新的科學學科出現(xiàn)，而又有一些老的學科逐漸萎縮甚至消失的原因。筆者用圖7來描述這種學科發(fā)展演變的過程，圖中的較大正方體是某一時刻（t）我們所能認識的可見世界的空間范圍，圖中的許多小的圓柱體是同一時刻（t）已經(jīng)形成的各種學科的研究域；而圖中較小的正方體是在t-1時我們所認識的空間范圍。

這樣我們就可以理解和解釋土地科學學科研究域的特殊性了，即土地科學學科研究域是位于可見世界四維空間中的一個具有時空關系的空間域，土地科學學科研究域與相關學科研究域的交叉是由于土地科學學科研究域是涉及人類生存發(fā)展的重要研究域，因此從時間維度上看，土地科學學科發(fā)展時空錐出現(xiàn)較早（靠近可見世界四維空間的底部）但快速擴張較晚（早期時空錐敞口較?。?。出現(xiàn)較早而沒有在相關學科研究域交叉擴張中消失，表明土地科學一定具有非常獨特的核心內(nèi)核，這一核心內(nèi)核即土地權(quán)籍理論，沒有其他相關學科的理論能夠替代土地權(quán)籍理論［1］，表現(xiàn)在學科交叉關系上在土地權(quán)籍理論的這一空間位置上沒有其他學科理論出現(xiàn)替代，由此導致了土地科學學科的獨立性，并因此具有很強的生命力。而快速擴張期出現(xiàn)較晚，則表明有關土地科學學科研究域在時間維度上對于人類生存和發(fā)展的影響存在著非線性的關系。只有當時間維度發(fā)展到某一時間臨界點時，土地科學學科研究域?qū)θ祟惿婧桶l(fā)展才會呈現(xiàn)出較大的制約性，這時土地科學學科研究域才會出現(xiàn)快速擴張，以研究解決制約人類生存和發(fā)展的問題。這也是現(xiàn)代土地科學學科為什么只是在最近的30多年間爆發(fā)式發(fā)展的原因，同樣也是土地科學學科為什么在中國率先從“后臺”走向“前臺”、由“隱學”變?yōu)椤帮@學”的原因。

圖7　可見世界四維空間中有著眾多的學科研究域Fig.7 Numerous disciplines' study domains in visible four-dimensional space

圖7反映的正是上面討論的情形，大量的相關學科伴隨著土地科學學科研究域的擴張而呈現(xiàn)出與土地科學學科研究域交叉的情形，表現(xiàn)在學科交叉關系上，在土地科學學科研究域的空間位置上出現(xiàn)了不同層次的交叉，這些交叉和土地權(quán)籍理論位于的空間位置上的不交叉，共同構(gòu)成了土地科學學科研究域的特殊性。在四維空間中，土地科學學科研究域表現(xiàn)出了與其在二維空間中截然不同的本質(zhì)特征，即土地科學學科在四維空間中表達出了“我中有你，你為我用”的特質(zhì)。

從歷史和學科的發(fā)展方面看，在過去很長的一段時期里，學科分工的趨勢是越來越細，但是隨著近代科學的發(fā)展，在微觀領域研究取得重大進展的同時，人們的認識能力和知識的傳播速度與范圍，大大超過了以往的時代，從而使人們越來越意識到學科的邊界正在逐漸接近并出現(xiàn)交叉，就像圖4和圖7 中顯示的那樣，沿著時間箭頭的方向，很多學科的空間距離越來越小甚至重合。這種學科的發(fā)展演進在當前體現(xiàn)出有越來越多的學科出現(xiàn)了交叉學科的特征，因此學科交融已成為科學發(fā)展的一種動力和需求。但是筆者敢于預言，未來的學科在越來越難以劃出邊界的同時，學科的核心屬性和特殊性也會越來越得到強化，而不具這種核心屬性和特殊性的學科將會逐漸變?nèi)?、融合而退居服務那些具有核心屬性和特殊性的學科。

正是在上面討論的背景中，以土地權(quán)籍理論、土地經(jīng)濟學理論和土地可持續(xù)利用理論為學科核心內(nèi)容和基礎內(nèi)容構(gòu)建起來的，研究因土地利用活動而引起的有關人地關系及其之上人與人開展土地利用活動關系的學科［5］——土地科學學科才得以逐漸形成和崛起。

5　土地科學學科的演進分析

我們從上面的討論分析中可以確定，早期土地科學學科發(fā)生的起點應當位于土地科學學科研究域四維空間坐標系中的0′點（圖8，為了分析方便和表述簡單，筆者暫以四方體來替代土地科學學科的柱形研究域，并將X坐標軸的方向假定為從右向左），即：土地生產(chǎn)力方向為a、土地權(quán)籍制度方向為b和土地生產(chǎn)關系方向為c的交點。另外，我們將0′對應的時間維坐標設為t。

圖8　土地科學學科研究域的出現(xiàn)（t）和向t + 1的擴張Fig.8 Existence of land science discipline's study domain （t） and its expansion towards t + 1

由圖8可以看出，在t時出現(xiàn)了土地科學研究域的起點0′，0′點的出現(xiàn)，使得制約土地利用的因素開始相應出現(xiàn)，人們需要并開始研究克服或消除這些因素的影響，然而這需要一些時間才能達到克服或消除這些因素影響的目標，即當人們經(jīng)過一段時間的研究和實踐后找到了克服或消除這些影響因素的方法，達到了研究域的一種平衡。但是，這時已經(jīng)從時間維的t時走到了t + 1的時間。經(jīng)過t到t + 1的時間，有關土地生產(chǎn)力的研究和提高并不會停滯在t的時間上，而是也會隨著時間的箭頭由t時的a點提高到t + 1時的d點，這意味著有兩種可能發(fā)生，一種是有關土地生產(chǎn)力的研究和實踐都得到了提高，一種是有關土地生產(chǎn)力的研究和實踐都保持原有水平不變。如果生產(chǎn)力研究和實踐的水平都提高了，d點就會高于a點，即d＞a。由于一定的生產(chǎn)力對應著一定的生產(chǎn)關系和土地權(quán)籍制度，有關土地生產(chǎn)力研究和實踐水平的提高也必然會引起有關土地生產(chǎn)關系和土地權(quán)籍制度研究和實踐水平的提高，使得土地權(quán)籍制度方向上出現(xiàn)e＞b和土地生產(chǎn)關系方向上出現(xiàn)f＞c的提高，土地科學學科研究域就會出現(xiàn)（d-a）×（e-b）× （f-c）的擴張。如果有關土地生產(chǎn)力的研究和實踐的水平保持不變，仍停留在a點，而有關土地生產(chǎn)關系和土地權(quán)籍制度的研究和實踐也不會發(fā)生變化，土地科學學科研究域也不會出現(xiàn)改變。但是考察人類發(fā)展史和科學發(fā)展史，這種情況發(fā)生的概率非常小。因為，即使發(fā)生戰(zhàn)爭那樣能夠影響對土地生產(chǎn)力研究和實踐水平的事件，也只能暫時影響人們開展研究和實踐的工作而不會影響人們研究提高土地生產(chǎn)力的思想和認識。因此，本文暫時只研究沿著時間箭頭的方向，有關土地生產(chǎn)力研究水平提高的情況。

我們從圖8中看到，當時間維達到t+1時，土地科學學科研究域達到了一種在t時所需要的暫時的平衡，形成了由a、b、c、d、e、f 6個點為控制點形成的立體空間域。但是從時間維t時到t + 1時的時間內(nèi)，實際上土地生產(chǎn)力的水平也出現(xiàn)了相應的提高（d），土地生產(chǎn)力水平的提高又會引起土地生產(chǎn)關系（f）和土地權(quán)籍制度方向（e）上的相應變化，使得由a、b、c、d、e、f 6個點為控制點形成的立體空間域既存在t時的平衡，也包含t + 1時的不平衡。

t + 1時出現(xiàn)的這種新的不平衡，又會促使人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)d點（t + 1）的新平衡而開始新的努力，以實現(xiàn)d點平衡的目標。因此，在時間箭頭的作用下，這又促成了土地科學學科研究域的新的擴張（圖9）。

圖9　土地科學學科研究由t + 1向t + 2的擴張Fig.9 Expansion of land science discipline's study domain from t + 1 to t + 2

在圖9中，從時間維t時到t + 1時，土地科學學科研究域發(fā)生了（d-a）×（e-b）×（f-c）的擴張，在時間維t + 1時既實現(xiàn)了時間維t時有關土地生產(chǎn)力（a）和土地權(quán)籍制度（b）、土地生產(chǎn)關系（c）三者構(gòu)成的土地科學學科研究域a×b×c的平衡，也包含了t + 1時有關土地生產(chǎn)力（d-a）和土地權(quán)籍制度（e-b）、土地生產(chǎn)關系（f-c）三者構(gòu)成的土地科學學科研究域擴張部分（d-a）×（e-b）×（f-c）的不平衡。

在土地科學學科研究域的這一擴張中，隨著土地問題的增多和復雜程度的增加，大量從不同角度研究、解決各類土地問題的相關學科的理論、技術和方法主動或被動地進入土地科學學科研究域，一方面在土地科學學科研究域中吸引了大量學科的加入，產(chǎn)生了大量為解決土地問題的學科交叉，一方面又使得一些在土地科學學科研究域中發(fā)生相關學科交叉的理論、技術和方法逐漸轉(zhuǎn)化為土地科學學科的專用理論、技術和方法，從而解決了隨著土地科學學科研究擴張后出現(xiàn)的許多新問題，實現(xiàn)了土地科學學科研究域擴張后的新平衡，同時也增強、增厚了土地科學學科。

經(jīng)過這樣的一個過程后，在時間箭頭的作用下，時間維到達了t + 2。與此同時，土地生產(chǎn)力的坐標也到達了g點，并引致土地權(quán)籍制度坐標到達了h點、土地生產(chǎn)關系坐標到達了i點，使得土地科學學科研究域進一步擴張到（g-a）×（h-b）×（i-c）的空間域。同樣的道理，在時間維t + 2時，既實現(xiàn)了t + 1時土地科學學科研究域的平衡，也出現(xiàn)了從t + 1發(fā)展到t + 2時土地科學學科研究域擴張部分（g-a）×（h-b）×（i-c）-（d-a）× （e-b）×（f-c）的不平衡。這種新的不平衡局面出現(xiàn)的結(jié)果，必然再次促使人們展開新的研究和實踐，從而又會引起土地科學學科研究域的新一輪的擴張，以實現(xiàn)新的再平衡。土地科學學科研究域的新一輪擴張，我們可以用圖10來描述。

圖10　土地科學學科研究域由t + 2向t + 3的擴張Fig.10 Expansion of land science discipline's study domain from t + 2 to t + 3

由前面對圖9的分析中，我們知道在圖10中，為了實現(xiàn)時間維t + 2時的土地科學學科研究域（g-a）× （h-b）×（i-c）擴張部分（g-a）×（h-b）×（i-c）-（d-a）×（e-b）×（f-c）的新平衡，化解并改善由于在時空發(fā)展中人口日益增長與已有土地生產(chǎn)力、土地生產(chǎn)關系和土地權(quán)籍制度間的新矛盾，滿足新的人地關系需求，人類通過不斷的科技和社會治理創(chuàng)新，提高土地生產(chǎn)力，調(diào)整土地生產(chǎn)關系，完善土地權(quán)籍制度，再次實現(xiàn)了時間維t + 2時土地科學學科研究域（g-a）×（h-b）×（i-c）的新平衡。

但是，在實現(xiàn)時間維t + 2時的土地科學學科研究域（g-a）×（h-b）×（i-c）的新平衡后，時間的箭頭已經(jīng)到達了t + 3。當時間維坐標到達t + 3時，相應的土地生產(chǎn)力坐標也已從t + 2時的g點到達了j點，也引起了土地權(quán)籍制度坐標由h點到達了k點、土地生產(chǎn)關系坐標由i點到達了l點，從而使土地科學學科研究域也由t + 2時的（g-a）×（h-b）×（i-c）的空間域發(fā)展到t + 3時的（j-a）×（k-b）×（l-c）的空間研究域。由前面的討論，我們已經(jīng)可以理解，t + 3時的土地空間研究域（j-a）×（k-b）×（l-c），既實現(xiàn)了t + 2時土地科學學科研究域（g-a）×（h-b）×（i-c）的平衡，也出現(xiàn)了從時間維t + 2時到t + 3時由土地科學學科研究域擴張部分（j-a）×（k-b）×（l-c）-（g-a）×（h-b）×（i-c）引起的新的不平衡。

毫無疑問，每一次土地科學學科研究域出現(xiàn)新的不平衡時，都會促使人們進一步的努力，繼續(xù)推進研究解決引起新的不平衡的各種制約人們提高土地生產(chǎn)力水平的問題，也必定會繼續(xù)引起土地科學學科研究域向更大范圍的空間研究域的新擴張。因此，在到達時間維t + 3時，土地科學學科研究域既已經(jīng)開始了又一次新的擴張（t + 4）之路。在這種隨時間維增長而引起土地科學學科研究域擴張的結(jié)果，導致了土地科學學科發(fā)展時空錐的形成。

由上面的討論，我們可以清楚地看到，這種為滿足人類自身生存和可持續(xù)發(fā)展的需求，必然會持續(xù)引起人類提高土地生產(chǎn)力的要求，從而也必然也會持續(xù)引起土地科學學科研究域的內(nèi)生性擴張。而且在土地科學學科研究域的內(nèi)生性擴張的過程中，還會不斷引起和發(fā)生土地科學學科“吞噬”其他相關學科的一些理論、技術和方法并轉(zhuǎn)化為土地科學學科的專用理論、技術和方法的結(jié)果，土地科學學科主動吸引相關學科研究人員的現(xiàn)象和其他相關學科研究人員主動或被動進入土地科學學科的現(xiàn)象還會像之前一樣大量發(fā)生，而且還將會持續(xù)相當長的時間。

土地科學學科的發(fā)展進程正是這樣一種由不平衡—平衡—新的不平衡—再平衡、由穩(wěn)定—發(fā)展—新的穩(wěn)定—再發(fā)展的歷史進程，土地科學學科在這一發(fā)展進程中不斷成熟和完善，表現(xiàn)出了強大的生命力和極大的發(fā)展空間。

6　結(jié)論與討論

（1）土地科學學科發(fā)展時空錐模型是土地科學學科及其學科研究域發(fā)生和發(fā)展的事實和內(nèi)在規(guī)律的一種客觀反映和描述，能夠幫助我們深刻認識和科學研究土地科學學科的本質(zhì)特征、內(nèi)涵和屬性以及學科演進等重要問題，也能用來研究和解決土地科學學科中的其他疑難問題。同時，學科發(fā)展時空錐模型也能夠幫助人們分析和研究其他學科的發(fā)生和發(fā)展。

（2）土地科學學科發(fā)展時空錐模型揭示，土地科學是人類發(fā)展史上客觀出現(xiàn)時間較早而擴張較晚，但是不可或缺的獨立“知識體系”，具有極強的學科生命力。

（3）土地科學學科發(fā)展時空錐模型揭示了土地科學學科研究域擴張的本質(zhì)和驅(qū)動力，解釋了土地科學學科與相關學科產(chǎn)生交叉的原因和機理，即土地科學學科及其學科研究域的發(fā)生和發(fā)展都源于人類生存和發(fā)展的根本需求。

（4）土地科學學科發(fā)展時空錐模型預示著土地科學學科研究域未來仍然具有長期的擴張性，多學科的交叉、融合是其具有的一種正常態(tài)，無論意識與否，學科交叉和融合的結(jié)果都會逐漸形成土地科學學科的專用理論和技術，從而使土地科學學科得到進一步發(fā)展。

（References）：

［1］馮廣京.土地科學學科獨立性研究——兼論土地科學學科體系研究思路與框架［J］.中國土地科學，2015，29（1）：20-33.

［2］史蒂芬·霍金（STEPHEN HAWKING）.時間簡史（插圖版）（THE ILLUSTRATED A BRIEF HISTORY OF TIME A BRIEF HISTORY OF TIME）［M］.許明賢，吳忠超，譯.長沙：湖南科學技術出版社，2002：220-222.

［3］同上書：36-37.

［4］劉仲林.現(xiàn)代交叉科學［M］.杭州：浙江教育出版社，1998：28-30.

［5］馮廣京.土地科學學科獨立性及學科體系研究框架［M］.北京：中國社會科學出版社，2015：第3章、第4章、第5章.

（本文責編：仲濟香）

Study on the Spatiotemporal Cone of Land Science Development and Its Discipline Evolution

FENG Guang-jing
（China Land Surveying and Planning Institute，Beijing100035，China）

The purpose of this paper is to put forward the spatiotemporal cone model of land science discipline development and to reveal objective law of land science discipline’s existence and development.The research methods go as follow：it analyzes the historical process of human development and land use as well as comes up with the spatiotemporal cone model of land science discipline development based on spatiotemporal analysis of general theory of relativity and future light cone theory.The results are：1）the study domain of land science discipline is within the fourdimensional space and it’s a function of time； 2）the study domain of land science discipline existed quite early but its expansion process is a little slower； 3）the spatiotemporal cone of land science discipline development is a continuously expanding inverted cone with an upward open-cup.It concludes that：1）the spatiotemporal cone model reflects the objective facts and inherent law about the existence and development of land science discipline as well as its study domain，which contributes to understanding and studying the independence of land science discipline； 2）the spatiotemporal cone model reveals that land science is an indispensible independent knowledge system of human development and it also elucidates essence and driving force of land science discipline’s study domain expansion； 3）the spatiotemporal conemodel indicates the long-term expansion trend on land science discipline’s study domain and the results from this kind of expansion will gradually form the specific theory and technology of land science discipline.

discipline construction； land science； spatiotemporal cone； discipline evolution

F301.2

A

1001-8158（2016）01-0023-09

10.11994/zgtdkx.2016.01.002

2015-11-05；

2015-11-29；網(wǎng)絡出版日期：2015-11-30

馮廣京（1957-），男，山西陽泉人，研究員。主要研究方向為土地經(jīng)濟與政策。E-mail：fenggj@139.com