1. 区域水循环与生产力布局变化。本研究方向试图通过大数据和模型模拟的方式探讨生态系统和经济系统的生产力及经济贸易与区域水循环的交互作用，分析多尺度上的耦合模式，评估地理空间格局水系统新结构生成过程及有序流动的可持续发展路径。

2. 生态建设、城镇化与农业生产之间的复杂关系。本研究方向试图通过解析人口、土地、资源和环境的变化理解理城镇化、生态建设及农业的发展如何通过土地管理来实现低碳、绿色和高质量发展。

3. 生态-食物-能源-水耦合系统的可持续。本研究方向通过构建地学大数据驱动的区域间相互竞争和合作的多层网络动力模型，探讨未来国际和国内大循环模式在多尺度对物质能量信息流动的影响规律，制定区域尺度上国土空间治理优化方案，为生态-食物-能源-水耦合系统可持续发展提供理论依据。

4. 地理环境变化的政治生态学解析。本研究方向聚焦自然和社会的关系，重点考虑资本、权力嵌入地方后物质与文化景观发生局域特点的生产与转化及远程多级反馈，探讨地理不平等、多极化和多中心的网络演化模式，发现国家-社会-市场耦合结构与资源环境的互馈演化机制，为人与自然和谐共生现代化提供基于中国特色区域政治生态学调控理论。

5. 人地系统智能原理与方法。本研究方向试图将区域地理系统视作具有生命特征的复杂开放系统，通过Multi-Agent系统建模和大数据理解人地系统的网络结构与流塑造系统功能的智能机理，为可进化的数字孪生智能+系统研发和政府和企事业单位数字转型提供科学支撑。 

6. 未来数字元生教学研究及教育教学系统数字治理。本研究方向基于过去20多年的教学创新实践，面向未来教育的新挑战，通过人-地-机耦合的复杂知识动力系统理解知识组织及其知识流网络形成发育与演化机理，实现创新人才的精准滴灌化个性培养。

 在以上理论研究和模型方法创新的支持下，通过多年来面向地理治理的实践，长期与多家科研机构、大型灌区、水土保持、林业草原、自然资源、科技信息技术等政府事业企业组织开展深入的科技服务合作，在超大规模流动性资源（水、油、气）可靠性管理、气候变化和人类投入生态系统服务能力监测与多维调控、智慧农业水资源管理与适土改水节能、水土保持大数据治理、中国西北地区自然与社会开放科学服务等方面有一定进展；受邀在英国洛桑实验站、中科院多个院所中心等开展交流，并担任多家大型信息工程建设的甲方项目咨询顾问。