土地系统是由大气圈、岩石圈、生物圈与水圈构成的物质基础，在太阳辐射、地球内能和人类生产力三重能量驱动下形成的动态综合体。该系统通过地质大循环与生物小循环实现物质能量交换，具有生产、能量转化、生态维持等功能。作为典型的耗散结构，土地系统的开放性体现在与外部环境持续进行的物质流、能量流和信息流交换，其演化受自然过程（如气候演变、生物多样性）与人类活动（如农业投入、政策管理）双重驱动。

土地系统包含四大物质圈层和三类作用要素：大气圈提供光温条件，岩石圈形成地貌基质，水圈调节物质循环，生物圈构成生命网络。人类活动通过基础设施建设和农业投入打破自然平衡，形成半人工生态系统。北京师范大学研究证实，该系统具有典型人地关系特征，地质特征与耕作制度共同决定耕地生产力空间分异。

作为开放系统，其边界具有渗透性特征：每平方公里耕地年均接收太阳辐射达5×10^12千焦，同时承载30-50吨化肥输入和10^8立方米灌溉用水。系统稳定性取决于负熵流的输入强度，过度人工干预将导致微生物多样性下降和土壤结构退化。张凤荣团队研究表明，现代农业通过强化生物小循环使耕地系统支撑着全球78%的粮食供给。

空间建模技术构成核心分析方法体系：CLUE-S模型可模拟多尺度土地利用竞争关系，Dyna-CLUE模型可预测20年尺度系统演化轨迹。2024年北师大课程体系显示，研究生需掌握Python编程处理多源遥感数据，构建包含自然与社会经济驱动因子的系统动力学模型。汤怀志团队2023年提出空天地网一体化监测方案，实现厘米级土壤墒情与亚米级作物长势同步感知。

系统功能呈现层级结构特征：初级功能包括光能截获和水分调节，高级功能涵盖碳封存和景观服务。调控机制聚焦熵值管理，通过法律约束（如耕地红线）减少人类活动正熵输出，借助生态补偿机制增强系统自组织能力。研究表明，实施保护性耕作可使土壤有机质年均提升0.3%，系统稳定性指数提高15%。

学科理论历经三次范式转变：1992年基础理论确立耗散结构特征，2016年GLP框架完善多模型耦合方法，2023年生成论突破传统集成研究范式。当前研究前沿聚焦三个方向：①多圈层耦合模型的深度学习优化②全球气候变化背景下系统韧性评估③人类世土地伦理重构联合国粮农组织技术指南。