现代意义上的系统论是一门运用逻辑学和数学方法研究一般系统动力规律的理论，该理论从系统的角度揭示了客观事物和现象之间的相互联系、相互作用的共同本质和内在规律性。土地生态系统是一个复杂的系统，它的预警研究必须要接受系统科学的指导。系统科学不但为土地生态系统和安全预警的研究提供了定性的理论指导，而且为研究的实现提供了定量的数学分析手段。
系统科学理论的主要创立者是美籍奥地利生物学家L·V·贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy），他于1945年在题为“关于一般系统论”的论文中对系统论的基本概念和一般原理进行了详细的论述，宣告了这门新学科的诞生。
现代系统科学为土地生态系统及安全预警研究提供的基础理论主要有SCI理论和DSC理论，前者包括贝塔朗菲的一般系统论（General System Theory）、N·维纳的控制论（Cybernetics）和C·E·申农的信息论（Information Theory）；后者包括I·普里高津的耗散结构论（Dissipative Structure）、H·哈肯的协同论（Syn-ergetics）和R·托姆的突变论（Catastrophe Theory）。
SCI理论即“老三论”，同起一源，三位一体，共同发源于“系统”概念，并相互统一、互为补充而形成不可分割的系统整体世界观和系统科学方法论。其中，一般系统论横贯“老三论”的实质和核心内容，信息论是“老三论”方法的基础和联系媒介，控制论是揭示“老三论”方法的关键和调控机制。显然，以SCI理论为基础的系统思想、系统分析和系统综合是应用系统科学方法论研究土地生态系统及安全预警的灵魂和精髓。
从SCI理论发展到DSC理论是现代系统科学综合化和一体化的新阶段，它的重要特征就是应用逻辑模型和数学模型，通过多种变量来描述系统的运动状态。DSC理论，即“新三论”，它的提出和发展把预警研究的定性分析和定量研究提高到了一个新水平。
土地科学发展到今天，各种专业知识的积累已达到相当精细的程度，各种具体的方法也比较完善。但是把土地生态系统作为一个自然、社会和经济方面耦合而成的复杂系统，其发展变化的内在规律及有效控制途径尚不清楚，其研究方法也不太系统，而一系列带有全局性的土地生态问题却时时困扰人们。因此，有必要将现代系统科学的SCI理论和DSC理论应用到土地科学中，土地生态系统及安全预警研究便是二者结合的产物。其系统科学基础如下所述。
1.1.1 一般系统论
系统是由若干相互联系、相互作用的要素组成的具有一定新功能的有机整体。一般认为系统的构成必须具备三个条件:一是系统是由若干组成成分构成；二是各组分是相互联系、相互作用的；三是系统的组分以整体的方式共同完成一定的功能。各个系统之所以存在，是由于它们的对象之间具有特殊性或个性。除系统个性之外，作为一般系统还有其共同的性质，主要概括为以下几个方面:
（1）整体性。系统的整体性是指系统内部各要素之间相互联系、相互制约，共同构成一个有机体，某种要素的变化会引起其他要素变化乃至整个系统变化的性质。
（2）层次性。系统由要素组成，要素就是该系统的“子系统”，而要素本身又是由更低一级的子系统构成，如此类推可以分出很多级子系统，产生了不同的层次。
（3）开放性。系统的开放性指系统与其环境发生物质、能量和信息交换的性能，系统从其周围环境中得到（输入）物质、能量和信息，同时系统又向环境释放（输出）物质、能量和信息。
（4）动态性。系统的动态性指系统自身及其环境处于不断运动、发展和变化之中，只不过有些系统变化明显一些，有些系统变化不很明显。
本书的研究对象土地生态系统就是一个由自然、社会和经济各方面因素组成的复合系统，这些因素之间相互联系、相互制约。整个系统及其各子系统具有整体性、层次性、开放性和动态性的特点。
1.1.2 控制论
目前一般认为，控制论是研究各类系统调节和控制规律的科学。它是自动控制、通信技术、计算机科学、数学逻辑、神经生理学、行为科学等多门学科相互渗透形成的一门学科。重点研究各种系统的控制和通信的过程，探讨它们共同具有的信息交换、反馈调节、自组织、自适应的原理，改善系统行为、使系统稳定运行的机制，并形成了一套适用于各门学科的概念、模型、原理和方法。
控制论的一个基本特征是它不仅在静态中，而且也在运动和发展中考察系统，这就从根本上改变了系统的研究方法。控制论的另一个基本特征是它用联系的观点考察系统，将系统与周围环境结合起来考虑，同时体现客观世界的层次性。
控制论的系统处理方法主要有:黑箱方法、灰箱方法和白箱方法，这些方法分别根据系统的规模、复杂程度和机制等进行系统处理。控制论的系统研究方法可分为:功能模拟法、反馈控制法和信息控制法，每一种方法又可以进行细分。
在土地生态系统及安全预警研究中，可以针对研究对象的具体情况，选用适当的控制论研究方法，揭示土地生态安全现状，研究其演化原理，从而进行系统控制，遏制其恶化趋势，使土地生态安全向稳定方向发展。
1.1.3 信息论
现代科学研究表明，物质、能量和信息是构成世界的三大基本要素。人类活动每时每刻都离不开信息。在系统内部各要素以及系统与环境相互作用的过程中，不仅存在着物质和能量的交换，而且还存在着信息交换。在一定条件下，信息交换对系统的组成、结构和功能以及系统的演化起着决定作用，是人类对系统实施干预、控制的基本手段[1]。
C·E·申农把信息看成“对事物认识不确定性的减少或消除”，信息一般都有如下的特征:信息是客观世界各种事物的反映，它反映客观世界各种事物的变化和特征，具有一定的时效性，以一定的物质作为载体进行传播，可以共享、扩充，具有使用价值和价值。
在本书的研究对象土地生态系统中，自然子系统、社会子系统和经济子系统之间通过不断交换物质、能量和信息互相联系和制约。这些信息包括气象、水文、地质、土壤、生物、人口、经济、科技和社会等各个方面。人们通过对这些信息及其反馈进行分析，对整个土地生态系统进行调控，从而减少或者消除不安全警情发生的不确定性。
1.1.4 耗散结构论
1969年，比利时物理化学家I·普里高津（I.Prigogine）在非平衡统计物理学发展的基础上，从热力学第二定律出发，正式创立了一种非平衡态开放系统的自组织理论──耗散结构（Dissipative Structure）。普里高津认为:“非平衡可能成为有序之源，而不可逆过程却导致所谓‘耗散结构’这样的新型物质动态的形成。”耗散结构论着重研究一个系统如何从混沌向有序转化的机理、条件和规律。它认为，一个远离平衡态的开放系统，如力学的、物理的、化学的、生物的，乃至社会的和经济的系统，通过不断地与外界交换物质和能量，使系统某参量变化达到一定阈值时，可能从原有的混沌无序状态转变为在时间、空间或功能上稳定有序的新状态。这种在远离平衡的非线性区，通过耗散物质和能量而维持的宏观有序结构就是耗散结构。
形成耗散结构的条件主要有:它必须是与环境不断地进行质能交换的开放系统，系统必须远离平衡性，系统内部各要素存在着非线性的相互作用。把耗散结构论引入土地生态系统，认为土地生态系统是一个非平衡、开放且具有非线性特征的有序结构，即耗散结构。
1.1.5 协同论
1973年，德国理论物理学家H·哈肯（H.Haken）创立了又一个系统自组织理论——协同论（Synergetics）。协同论基于激光发射理论的研究，是导源于现代物理学、应用统计学的动力学。它是一门关于复杂系统中各个子系统之间相互协同作用的科学，是研究和比较多元系统诸要素之间合作效应的理论。它着重探讨客体系统自身进化的真正原因，揭示出不同系统间存在的从无序到有序、从不稳定到稳定，都具有目的性的相似特征。它把研究对象从远离平衡态的开放系统推广到平衡态的封闭系统，既适用于非平衡态中形成的有序结构与功能研究，也适用于平衡态中发生的相变过程。
协同论提出的协同作用原理从系统运动微观层次上揭示了有序与无序的矛盾和辩证转化，回答了物质世界诸系统进化从简单到复杂、从低级到高级的一般规律、动力源泉的微观机制。它认为，现实系统总处在原无序到有序，再到新无序又到新有序的否定之否定的无限发展系列之中，协同作用就是客体系统从无序向有序进化的自组织能力。系统要素间的协同作用导致系统整体同一性、结构稳定性、进化有序性和功能最优化。开放性是产生有序结构的必要条件，而非线性是产生有序的基础，只有协同性才是产生有序的直接原因。总之，归纳为一句话就是“协同导致有序化”。
把协同论引入土地生态系统，认为土地生态系统子系统之间、子系统各要素之间，以及系统与环境之间普遍存在着相互联系、相互制约、相互促进、协同发展的规律，这是土地生态系统宏观有序的直接原因。
1.1.6 突变论
1972年，法国数学家勒内·托姆（Rene Thom）在《结构稳定性和形态发生学》一书中，最早提出突变论（Catastrophe Theory）的理论框架，后经E·C·齐曼和吉尔莫雷等人加以发展，形成了一门新的数学分支。
突变论原意指突然发生的灾难性变化，现已成为运用拓朴学、奇点、微分方程定性理论和稳定性数学理论，来研究自然界各种形态、结构和社会经济活动的非连续突变现象的一种数学理论和方法，它为耗散结构论和协同论提供了定量化的工具。突变论认为，可以将事物发展归结为两种演化方式，即连续性渐进和飞跃性突变。在自然界物质系统的结构和时空演化中，诸如从星云到星球，从无机到有机，从猿到人等，都存在着许多突变的分界线和关节点。这些客观物质系统中的各种不连续的突变行为，可以用一些几何模型来揭示和描述。这样就可以加深和纯化对突变现象本质和规律的认识，使人们有可能对突变现象进行预测和控制。
把突变论引入土地生态系统，认为土地生态系统发展过程中必然存在一些突变现象，这些现象可以导致土地生态系统遭受巨大破坏甚至崩溃。利用突变论来描述和预测土地生态系统的突变过程，可以帮助人们了解和控制土地生态系统的突变现象。
总之，系统科学的“老三论”和“新三论”贯穿本书中土地生态系统及安全预警研究的所有部分，虽然侧重点各不相同，但思想互相支持、内容相辅相成、方法互补互促。从系统论角度分析土地生态系统发展过程中的复杂关系，对于正确把握其演化规律，更好地开展安全预警具有重要意义。
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