陆域水文生态耦合过程深刻地影响着地球表层物理、化学和生物作用，与地表水分和能量分配、水资源形成与转化密切相关。由于陆域下垫面的多样性和水文生态过程的复杂性，使得相关科学认知还存在很大的不确定性，成为认识水文、生态、资源和环境科学问题的瓶颈。当前，面临全球气候变化和人类活动所引起的一系列生存环境问题，比以往任何时候都更需要深化对陆域水文生态耦合过程的研究。针对当前地球系统科学的发展态势，亟需集中优势力量，从多元素耦合循环、能量循环和生物过程等角度，深入研究不同陆域水文生态过程多尺度耦合机理，系统剖析陆域水文生态过程多尺度变化机制，定量阐释其气候与资源环境效应，提升整体研究水平和国际影响力，引领该领域的研究，为全球变化应对和社会经济可持续发展等国家重大需求提供重要科学支撑。

　　从多元素耦合循环、能量循环和生物过程等角度，揭示不同陆域水文生态过程多尺度耦合机理，研发蒸散发等水文生态关键参量监测方法，发展陆域水文生态过程耦合模拟技术，阐明全球变化背景下陆域水文生态过程变化的资源环境效应及其社会经济风险，为水资源合理利用、生态环境保护和全球变化应对提供科学基础。

　　(一)陆域水文生态过程多尺度耦合机理与测算理论：揭示不同下垫面条件下陆域水文生态耦合过程机理，解析从多元素耦合、样地、坡面、流域、区域到全球尺度的水文生态过程尺度转换规律;发展多源观测数据融合方法，研发基于国产卫星资料的蒸散发等水文生态关键参量监测方法;建立陆域水文-土壤-植被-人类活动全过程多要素耦合数值模型。

　　(二)陆域水文生态过程多尺度变化机制：揭示不同时空尺度水文和生物地球化学循环过程的分异特征及变化规律;阐释不同区域水热条件和下垫面水文生态过程对全球变化的响应;定量解析人类活动与自然变化对陆域水文生态过程多尺度变化的贡献及影响机制。

　　(三)陆域水文生态过程变化的效应：研究陆域水文生态过程变化对典型生态系统功能和服务的影响;揭示陆域水文生态过程变化对区域气候及水资源的影响机理;评估陆域水文生态过程变化给社会经济系统带来的风险。

　　(一)申请书的附注说明选择“陆域水文生态过程多尺度变化机理与效应”，申请代码1选择D01的下属代码。

　　“人地系统协同观测与乡村地域系统转型”重大项目指南人地系统是地理学研究的核心对象。人地系统所具有的动态性、开放性和复杂性，决定了对其观测和演化机理的解析必须通过人文地理学、自然地理学和信息地理学的交叉融通，攻克其中存在的共性难题。面向我国目前城乡发展不平衡、乡村发展不充分的现状，亟待通过人地关系地域系统理论与人地系统科学的重大理论创新和路径创新，发展大数据、人工智能支撑下，以多元数据融合为核心的人地系统协同观测技术与方法，将现有以城市为重点人地系统研究转向更大地域范围的乡村为重点的领域拓展，深入探讨从单向的增长型区域向衰退区域到增长型转化的拐点、机理和路径，为乡村地域系统转型发展提供系统平台支撑，提升人地系统耦合与城乡融合研究的整体水平，为落实新时代乡村振兴与城乡融合国家战略提供重要科学支撑。

　　围绕乡村地域系统转型前沿科学问题和服务乡村振兴与城乡融合国家战略，发展乡村人地系统协同观测的技术手段，建立多源数据融合的方法体系，精细刻画乡村地域系统的时空演变过程;创新乡村地域系统理论体系，揭示乡村地域系统转型机理与转型过程;模拟乡村地域系统未来情景，研制乡村振兴与城乡融合管理的标准规范体系，为服务支撑乡村振兴与城乡融合战略决策提供科学依据。

　　(一)人地系统协同观测与融合计算：研究建立遥感、物联网、无人机等协同观测技术体系，发展乡村人地系统复杂要素观测和多源数据融合方法，建立定性-定量相结合、多模型组合的多源地理空间信息计算模型，创新多层次、度、多时相的乡村地域系统场景化建模技术方法。

　　(二)乡村地域系统转型机理与过程：揭示乡村衰退向乡村振兴的转型机理，探明其结构优化、功能提升与价值实现的动力机制，揭示乡村地域自然-社会-技术多要素交互作用过程，研制乡村地域系统转型发展测度模型，研究创建乡村地域系统理论体系和乡村振兴基础科学体系。

　　(三)乡村振兴情景动态模拟与分析：开发不同尺度城乡融合状态评估模拟系统，选择京津冀、长三角、珠三角、黄河流域、东北地区等典型区域，对未来30-50年我国城乡耦合与乡村振兴的情景进行动态情景分析，研制乡村振兴与城乡融合管理的标准规范体系。

　　(一)申请书的附注说明选择“人地系统协同观测与乡村地域系统转型”，申请代码1选择D01的下属代码。

　　“大地幔楔的物质属性与深部过程”重大项目指南地球深部是驱动地球系统运行的发动机，深刻塑造了地球表层系统的演变。地球深部物质在高温高压条件下可以具有超常规的物理化学属性，这不仅引发了一系列地球物理现象，而且控制着地球深部的动力学过程，进而影响了整个地球系统的演化。

　　大地幔楔作为板片-地幔相互作用的一种重要形式，不仅控制了表层与深部圈层的物质循环和能量传输，而且导致了复杂多样的地质与地球物理效应，对地球演化具有重要影响。以高温高压实验模拟为主，结合地质、地球化学与地球物理观测和数值模拟，研究大地幔楔物质属性与深部过程，是阐明地球内部物质状态和地球内部与表层的耦合机制，回答“地球内部如何运行”这一重大前沿问题的关键。

　　查明大地幔楔的物质属性，建立大地幔楔的结构;揭示大地幔楔的物质循环、元素迁移和富集，理解板片-地幔相互作用及其效应;构建大地幔楔深部动力学过程，理解地球内部运行机制。

　　(一)大地幔楔物质的物理属性及其地球物理效应：大地幔楔条件下板片和地幔矿物的弹性、电导率、热物理、扩散等物理性质;滞留板片在地幔过渡带的波速;上地幔的波速结构、电导结构和波速各向异性。

　　(二)大地幔楔的流变结构及其动力学效应：大地幔楔深部矿物在不同水含量条件下的流变学性质;板片在地幔过渡带滞留的机制和时间;俯冲带中深源地震的成因。

　　(三)大地幔楔重要挥发分的赋存及其效应：重要挥发分(如氢和碳)在典型地幔矿物中的赋存、储量及共存相间的分布;氢在典型深俯冲板片矿物中的赋存和储量以及特殊含碳相的稳定性及其在流体中的溶解行为;大地幔楔不同层圈重要挥发分的平衡与交换。

　　(四)大地幔楔壳幔岩浆-热液体系金属元素的分配及其成矿效应：地幔楔条件下关键成矿元素(如Mo、Au)在不同介质间的分配系数及其地球化学行为;壳内岩浆分异和流体出溶过程中关键成矿元素的地球化学行为;关键成矿元素稳定的T-P-x范围及其成矿的主控因素。

　　(五)大地幔楔深部结构与动力学过程：以典型大地幔楔为例，研究大地幔楔中熔/流体的三维空间分布;俯冲/滞留板片与地幔相互作用过程与机制;俯冲/滞留板片空间变异与新生代板内火山作用之间的成因联系;构建大地幔楔深部地球动力学模型。

　　(一)申请书的附注说明选择“大地幔楔的物质属性与深部过程”，申请代码1选择D02的下属代码。

　　“地球系统演变中的矿物-微生物共演化”重大项目指南自从地球上出现生命以来，矿物与微生物一直发生着交互作用，深刻影响了地球物质循环、生命起源与进化、环境演变。矿物在生命的起源与进化过程中发挥了决定性作用，微生物也促进了矿物的形成与演化;众多矿物、岩石、地层和矿床的成因均与生命活动有关。在我国面临资源短缺和全球变化的今天，揭示地球系统演变中矿物-微生物共演化机制及其资源环境效应，具有重要的理论和现实意义。

　　以物质与能量基础为切入点，揭示矿物-微生物共演化的机制，阐明矿物-微生物共演化驱动地球系统演变的规律以及资源环境效应。

　　(一)关键地质历史时期矿物-微生物共演化的地质记录：采用矿物学、地质微生物学、地层学、地球化学等手段，围绕关键地质历史时期(古太古代微生物岩的出现、大氧化事件、新元古代氧化事件等)，探寻反映矿物-微生物共演化能量与物质条件的地质记录。

　　(二)矿物与微生物共演化的能量基础：探讨微生物利用铁锰矿物价电子的分子机制，发现微生物利用半导体矿物光电子能量的新途径，构建矿物-微生物交互作用的能量转化模型。

　　(三)矿物结构与微生物功能共演化的物质基础：解析微生物代谢关键酶的金属活性中心/辅基与矿物配位结构的成因联系，探究微生物获取矿物金属离子的分子机制，揭示微生物金属酶与矿物晶体化学的共演化过程。

　　(四)矿物-微生物共演化的资源环境效应：探讨关键地质历史时期微生物促进铁、锰、磷等矿化作用的资源效应，揭示微生物调控碳酸盐和硅酸盐矿物固碳作用的环境效应。

　　(一)申请书的附注说明选择“地球系统演变中的矿物-微生物共演化”，申请代码1选择D02的下属代码。

　　“黑碳物质的地球化学行为与效应”重大项目指南黑碳物质是现代环境总有机碳的重要组成部分，影响全球碳循环，并可能造成严重的环境与健康危害。目前，黑碳的地球化学行为和效应研究仍很薄弱，缺乏精确刻画黑碳形成机制和跨介质传输的方法体系，黑碳的转化过程和相应的气候效应作用机制认识不清，无法构建黑碳生物地球化学循环模型和准确评估黑碳-污染物复合体的生态环境效应。开展黑碳的环境地球化学过程与效应机制研究，为服务气候变化和环境健康等领域的国家重大需求提供基础理论支撑。

　　阐明黑碳物质的生成机制，建立统一的跨圈层介质中黑碳的量化表征方法，揭示不同圈层介质中黑碳的地球化学行为、演化机制及其气候和环境效应。

　　(一)黑碳物质的生成机制：通过模拟实验和理论计算等手段，构建不同燃烧母质和燃烧条件下黑碳生成机制的理论框架，确定其中的关键制约因素。

　　(二)跨圈层介质中黑碳的量化表征方法：建立地表系统不同圈层介质中黑碳的一致性定量表征和示踪方法，实现不同圈层和介质中地球化学通量的估算。

　　(三)黑碳的跨圈层地球化学行为和演化机制：结合典型区域，揭示黑碳在大气、水体、土壤等介质中的驻留时间、降解速率和转化机制，阐明黑碳与环境其他组分的交互作用和演化规律。

　　(四)黑碳的气候与环境效应：建立黑碳的源解析技术方法，全面评估黑碳的辐射强迫效应。研究黑碳-污染物复合体在地表不同圈层中的迁移、转化与降解过程，揭示黑碳同成因/原生携带污染物演化与环境归趋。

　　(一)申请书的附注说明选择“黑碳物质的地球化学行为与效应”，申请代码1选择D03的下属代码。

　　“地球重大氧化事件及其资源效应”重大项目指南地球宜居环境的形成过程是地球科学的核心问题之一，其中表生系统氧浓度的升高是宜居地球形成的关键。古元古代和新元古代两次重大氧化事件与生物演化、巨量成矿和火山活动等有明显的时间对应关系,形成了全球资源储量最大的铁、锰等沉积型矿床。阐明重大氧化事件的形成机制、演化规律及其与铁、锰等成矿的内在联系，对理解地球层圈相互作用和战略性矿产资源的形成机制具有重要意义。

　　阐明地球两次重大氧化事件的基本特征和演化规律，揭示大气增氧事件的形成机制，构建地球系统多圈层相互作用的理论框架，探明大氧化事件与铁、锰等元素巨量富集成矿的内在联系。

　　(一)重大氧化事件的表征：阐明太古宙-古元古代大氧化事件(GOE)与新元古代氧化事件(NOE)的基本特征与演化规律，重建地球氧化-还原状态演化历史。

　　(二)地球大气增氧事件的机制：研究表层作用、生物活动以及深部过程在大气增氧过程中的作用，揭示多圈层作用对大气增氧事件的制约关系。

　　(三)大氧化事件的资源效应：研究大氧化事件过程中铁、锰等元素的地球化学行为，揭示生物-环境协同演化对元素富集巨量成矿的控制作。