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地理学是研究陆地表层自然、人文要素及区域系统的时空格局、变化过程和动力机制的学问（宋长青，2016）。
地理学研究核心关注陆地表层自然和人文要素构成的有机系统，并将与人类活动关系密切的海岸带纳入陆地表层的空间范畴。从20世纪后半叶始，一批科学先驱开始倡导用系统科学的思维开展地理学研究（钱学森，1991；吴传钧，1991；黄秉维，1996）。回顾地理学的发展过程，不难发现，就研究对象而言，地理学经历了单一自然和人文要素的研究、多种自然和人文要素的研究以及把陆地表层作为一个完整系统开展研究的三个阶段（图1-1）。地理环境单要素可分为自然要素和人文要素两大类，其中自然要素主要包括陆地表层水、土壤、气候、生物要素，人文要素主要包括人口、经济、政治、文化、历史等具有明显空间特色的要素（宋长青，2016）。
图1-1 地理学多层级研究对象的构成
早期的地理单要素研究以要素的属性特征测量为基础，开展要素的空间分异规律研究，如土壤地理学是以土壤本身的物理、化学和生物属性特征测量为基础，开展土壤分区研究。单要素研究的目的是理解要素的陆地表层行为，把研究要素视为因变量，其他地理要素和非地理要素视为解释变量，并建立因果关系。
地理多要素研究是将陆地表层的自然和人文多个要素作为整体开展研究。如土壤—水文、生态—水文、社会—文化、生态—水文—经济等。多要素研究更多强调陆地表层多个要素相互作用过程，采用地理区域要素耦合的理念，通过模型模拟实现对多要素相互作用过程的认识。如生态—水文模型的目的是刻画生态、水文两个方面相互作用的行为及其各自要素的时空行为过程。
事实上，陆地表层是一个无法分割的有机整体，即陆地表层系统。陆地表层系统与其他的机械系统存在本质区别，它是一个开放系统，无法简单地用动力学方程描述。因而可以认为：陆地表层系统是一个多尺度耦合、组织结构复杂、驱动关系交织、演化具有高度不确定性的复杂的巨系统（宋长青等，2018b；程昌秀等，2018）。从系统的视角开展地理学研究是地理科学观的一次革命，地理学将开启以认识区域整体行为为目标、以系统科学以及复杂性的方法为手段的探索地理世界的新征程。
无论是自然科学还是人文科学都以研究自然现象或人文现象的发生、发展以及变化规律为目的。地理学是研究陆地表层自然和人文要素发生、发展、变化规律的科学。与其他科学相比地理学研究表现出三方面的不同：①面对诸多陆地表层自然和人文要素，地理学对独立要素、要素群以及全要素构成的系统开展研究，即研究单要素的个体行为、多要素的作用关系，同时研究全要素的系统行为；②地理学强调陆地表层单要素、多要素和全要素系统的区域或空间状态特征和过程特征，探讨区域或空间上的自然和人文要素的分异规律、区域或空间上的要素相互作用方式与强度以及不同尺度空间的叠加效应，这是地理学科的核心特征之一；③地理学空间分异规律通过区域或空间的梯度变化来表达，地理状态随时间的变化体现了地理过程。总体而言，地理过程是地理要素的时间过程、地理空间随时间的变化过程、地理要素的相互作用过程、地理系统的时空演化过程。因而，不难看出地理学是以要素、要素群、系统为对象，以空间为核心特征，以时间演化为特色的独特的自然、人文和社会领域的综合、交叉学科。
以还原论为主导的自然科学在状态、结构、运动研究中取得了巨大成就。早期的地理学也沿用这一思维模式，将陆地表层系统的要素进行结构拆解，分别建立针对水、土、气、生的研究体系，并形成了相应的分支学科，作为地理学的亚级学科存在，构成了现有的地理学科体系。然而，还原论思维指导下的地理研究割裂了地理要素的内在联系，忽视了地理作为有机系统的本源特征，因而无法理解陆地表层的本质。随着系统思想的诞生以及系统科学工具的逐渐完善，地理学在接受还原论思维的同时，从实验科学的研究方式开始构建整体论的思维逻辑，开展大量要素群的耦合研究，探索陆地表层系统，进而提出将陆地表层系统视为复杂系统来开展研究（程昌秀等，2018）。