生態(tài)地質(zhì)研究進(jìn)展與展望

聶洪峰， 肖春蕾， 任偉祥,2,3， 劉建宇， 戴蒙

(1.中國(guó)自然資源航空物探遙感中心，北京 100083； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083； 3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037)

0 引言

山水林田湖草沙一體化的國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)是新時(shí)代提升人們生活品質(zhì)與幸福感的一項(xiàng)重要工作舉措[1-3]； 采用系統(tǒng)性、綜合性研究視角，統(tǒng)籌考慮自然生態(tài)各要素，全方位全過(guò)程開(kāi)展山水林田湖草沙的耦合研究是實(shí)現(xiàn)上述目的的重要手段[4-6]。這一系列工作以人為核心，涉及與人生存相關(guān)的地下-地表-地上多重環(huán)境要素，旨在研究巖石圈、水圈、生物圈、土壤圈等多圈層內(nèi)部與圈層之間物質(zhì)的發(fā)生、遷移、轉(zhuǎn)化、歸宿過(guò)程，各系統(tǒng)之間的響應(yīng)關(guān)系，以及對(duì)人們生產(chǎn)生活產(chǎn)生的影響[7-9]。上述研究涉及的學(xué)科包括生態(tài)學(xué)、環(huán)境地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)等等，但都沒(méi)有完整地覆蓋這一命題的研究范圍。例如： 生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的學(xué)科，是生物學(xué)與地理學(xué)的交叉學(xué)科，它的研究范圍多集中在地球表層生態(tài)系統(tǒng)，并沒(méi)有深入考慮巖石圈帶來(lái)的發(fā)生學(xué)影響； 環(huán)境地理學(xué)是以人類與地理環(huán)境的關(guān)系為對(duì)象，研究地理環(huán)境的發(fā)生和發(fā)展、組成和結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)和控制、改造和利用的學(xué)科，也有類似生態(tài)學(xué)研究的不足[10-11]； 地質(zhì)學(xué)是以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的一門自然科學(xué)，其研究?jī)?nèi)容主要包括地球的物質(zhì)組成、構(gòu)造及其演化歷史等，但涉及地質(zhì)與生態(tài)響應(yīng)的研究不足； 地球化學(xué)則更多關(guān)注元素、物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，雖然有地下-地上的溝通，但是很少涉及生物環(huán)境的影響。因此，拓寬上述學(xué)科的研究范圍，形成新的交叉學(xué)科——生態(tài)地質(zhì)學(xué)來(lái)支撐山水林田湖草沙整體保護(hù)與系統(tǒng)修復(fù)是十分必要的。

較系統(tǒng)地研究和使用“生態(tài)地質(zhì)”這一概念的是俄羅斯學(xué)者Trofimov等[12]，國(guó)內(nèi)有王長(zhǎng)生等[13]、汪振立等[14]。但我國(guó)地學(xué)界對(duì)生態(tài)地質(zhì)學(xué)的概念理解、研究范圍與對(duì)象劃定等存在差異，目前尚未形成系統(tǒng)的、統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。本文基于前人的研究成果，初步總結(jié)了生態(tài)地質(zhì)的相關(guān)研究進(jìn)展，展望了生態(tài)地質(zhì)學(xué)的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)，為服務(wù)山水林田湖草沙整體保護(hù)、系統(tǒng)修復(fù)和生態(tài)地質(zhì)學(xué)科體系的研究提供借鑒與參考。

1 國(guó)際生態(tài)地質(zhì)研究

俄羅斯(包括前蘇聯(lián))學(xué)者較早提出了生態(tài)地質(zhì)的有關(guān)概念并展開(kāi)相應(yīng)的研究，其研究為生態(tài)地質(zhì)的學(xué)科發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[12]。Troll和Trofimov分別于20世紀(jì)30年代和90年代提出了“生態(tài)地質(zhì)學(xué)”的有關(guān)概念，指出生態(tài)地質(zhì)主要研究自然地質(zhì)環(huán)境與作用及人為地質(zhì)作用對(duì)生物及人類的影響，這是俄羅斯(包括前蘇聯(lián))的生態(tài)地質(zhì)萌芽研究[12,15]。21世紀(jì)初，Trofimov又進(jìn)一步指出在地質(zhì)學(xué)的四大研究任務(wù)中，為生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行作地質(zhì)論證是生態(tài)地質(zhì)的主要任務(wù)，即論證生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)前提下的巖石圈資源合理利用，確定巖石圈近地表的人為污染對(duì)生物群的影響，針對(duì)生物群落或整體生態(tài)系統(tǒng)的管理，為制定和調(diào)整解決方案進(jìn)行地質(zhì)論證[16]。2006年，俄羅斯學(xué)者Vartanyan出版了《The Geological Environment and Ecosystems》一書，進(jìn)一步論述了地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)之間的相互關(guān)系[17]。之后，以Trofimov、Korolev等為代表的俄羅斯學(xué)者對(duì)生態(tài)地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容、系統(tǒng)類型、學(xué)科分類、學(xué)科地位以及與工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等相似學(xué)科之間的關(guān)系與區(qū)別展開(kāi)了研究，為生態(tài)地質(zhì)學(xué)的學(xué)科建立與發(fā)展提供了寶貴基礎(chǔ)與先驗(yàn)資料[18-21]。目前，俄羅斯已經(jīng)建立了生態(tài)地質(zhì)學(xué)研究體系，開(kāi)展了一系列生態(tài)地質(zhì)調(diào)查及填圖、生態(tài)地質(zhì)監(jiān)測(cè)(國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng))、生態(tài)地質(zhì)模擬和生態(tài)地質(zhì)功能分析評(píng)價(jià)等工作。

生態(tài)-地質(zhì)系統(tǒng)是多圈層、多尺度高度耦合的綜合系統(tǒng)，當(dāng)前國(guó)際上與之十分契合的一類研究是地球關(guān)鍵帶(Earth’s Critical Zone)研究。關(guān)鍵帶的概念首次由德國(guó)物理化學(xué)家Tsakalotos于1909年在描述兩類流體的混合區(qū)域時(shí)提出，1962年被應(yīng)用于地球科學(xué)領(lǐng)域[22-23]。目前所使用的地球關(guān)鍵帶的概念及含義是由美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)(National Research Council，NRC)所提出，并確定為21世紀(jì)地球科學(xué)的前沿研究方向和亟需深入研究的重點(diǎn)領(lǐng)域[24]。地球關(guān)鍵帶是耦合了巖石圈、土壤圈、水圈、生物圈的地球表層系統(tǒng)，是自然地理環(huán)境整體性與差異性的集中體現(xiàn)帶，是與人類活動(dòng)息息相關(guān)的綜合系統(tǒng)，能夠直接影響生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程與結(jié)構(gòu)[25-27]。地球關(guān)鍵帶要素豐富，范圍寬廣，結(jié)構(gòu)與過(guò)程復(fù)雜多樣，目前其研究多集中在對(duì)其結(jié)構(gòu)、過(guò)程進(jìn)行調(diào)查研究，建立關(guān)鍵帶地質(zhì)框架模型[28-29]。朱永官等按關(guān)鍵帶作用的性質(zhì)將這些過(guò)程分為生態(tài)過(guò)程、水文過(guò)程、生物地球化學(xué)過(guò)程3類，并進(jìn)行綜合性分析評(píng)價(jià)研究[30]； Goldhaber等對(duì)草原坑洞地區(qū)的地質(zhì)與水文地球化學(xué)過(guò)程進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵帶是地下水和濕地發(fā)生作用的重要地帶，黃鐵礦的氧化作用直接驅(qū)動(dòng)了硫酸鹽類物質(zhì)在草原坑洞地區(qū)的積累[31]； Akob和Küsel總結(jié)了陸地原核生物和微真核生物在地質(zhì)環(huán)境影響下的生存特征，深層地下的微真核生物豐度很低，那里的微生物依賴于沉積有機(jī)質(zhì)和化學(xué)自養(yǎng)代謝來(lái)獲得能量，形成了獨(dú)立于地上系統(tǒng)的食物網(wǎng)[32]； Reiss和Chifflard系統(tǒng)分析了泉水作為地下水-地表水和陸地-水生生態(tài)系統(tǒng)的橋梁作用、對(duì)地下無(wú)脊椎動(dòng)物群落生存的貢獻(xiàn)以及在地球化學(xué)循環(huán)中扮演的角色，它既是宏觀景觀尺度地上和地下的集水區(qū)，也是微觀斑塊尺度上的水流出口[33]。

2 國(guó)內(nèi)生態(tài)地質(zhì)研究

2.1 生態(tài)-地質(zhì)相互作用研究

生態(tài)-地質(zhì)之間的相互關(guān)系是目前生態(tài)地質(zhì)學(xué)范疇內(nèi)最主要的研究?jī)?nèi)容，包括研究生態(tài)-地質(zhì)的相互作用機(jī)理、地球化學(xué)特性和地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的生態(tài)作用與生態(tài)功能等[13-14,34]。例如李正積研究了巖土植物大系統(tǒng)的特色和現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了巖石→土壤→果樹(shù)多維動(dòng)態(tài)特征，形成了農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景系統(tǒng)及植物(果樹(shù))大生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用方向研究的新認(rèn)識(shí)[35]； 汪振立較系統(tǒng)地研究總結(jié)了自然植被、作物、微生物、動(dòng)物以及人與地質(zhì)環(huán)境的相互控制、制約響應(yīng)關(guān)系，并討論了生態(tài)地質(zhì)環(huán)境修復(fù)方法技術(shù)[14]； 陳樹(shù)旺等以遼寧鐵嶺地區(qū)為研究對(duì)象，深入開(kāi)展了該地區(qū)的生態(tài)地質(zhì)調(diào)查、研究和評(píng)價(jià)工作，取得了創(chuàng)新性認(rèn)識(shí)[36-37]； 張慈等使用2003—2018年MODIS數(shù)據(jù)研究青藏高原東部地區(qū)地質(zhì)環(huán)境對(duì)植被覆蓋的影響，結(jié)果顯示地形起伏、坡向坡度和地質(zhì)條件復(fù)雜度能很好地解釋了植被覆蓋與變化狀況，中等地質(zhì)復(fù)雜度的區(qū)域有更好的植被覆蓋度，靠近斷層的地方更有利于植被發(fā)育[38]； 曾銳等從蒙自斷陷盆地地質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)出發(fā)，研究巖溶斷陷盆地地區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)需水問(wèn)題，研究劃定了需要人工補(bǔ)水的地區(qū)以及不同地區(qū)適宜種植的作物類型與種植模式，如萬(wàn)壽菊和玉米適合在該區(qū)域的高原地區(qū)合種，研究結(jié)果為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)結(jié)構(gòu)改善與規(guī)范耕作模式提供了參考[39]。

目前有大量研究針對(duì)脆弱區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)和土壤地質(zhì)環(huán)境之間的關(guān)系展開(kāi)，尤其是關(guān)于區(qū)域草場(chǎng)退化的研究，是脆弱生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與治理的重要先驗(yàn)理論研究[40]。這一系列研究表現(xiàn)出地質(zhì)條件與生態(tài)系統(tǒng)之間的雙向作用，尤其是變化的生態(tài)環(huán)境如何反作用于地質(zhì)環(huán)境，說(shuō)明生態(tài)-地質(zhì)系統(tǒng)是一個(gè)深度耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。馮瑞章等對(duì)高寒地區(qū)草地退化造成的土壤理化性質(zhì)及生物特性改變展開(kāi)研究，結(jié)果表明土壤含水量、水穩(wěn)定性團(tuán)聚體百分?jǐn)?shù)、全鉀、速效氮、土壤酶活性、有機(jī)質(zhì)、過(guò)氧化氫酶等均隨草地退化程度的提升而下降，土壤容重則相反，其他如全氮、全磷等的變化分布規(guī)律更加復(fù)雜，它們與土壤微生物的關(guān)系也十分密切[40]； 干友民等對(duì)輕度、中度和重度3種退化程度的草地土壤狀況進(jìn)行研究，得出草地退化對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的影響較大，而與全鉀變化關(guān)系不密切，且對(duì)表層土壤的影響大于對(duì)深層土壤的影響，對(duì)速效成分的影響大于對(duì)全價(jià)成分的影響[41]； 楊軍等選取拉薩市當(dāng)雄縣不同退化程度的高山嵩草草甸研究草場(chǎng)退化與土壤性質(zhì)和植物群落變化之間的關(guān)系，結(jié)果顯示隨著退化程度增加，豆科生物量增加而莎草科下降，禾本科先下降后增加，各類生物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)均在中度退化條件下達(dá)到最大[42]。若爾蓋地區(qū)由于受人為活動(dòng)的影響出現(xiàn)了大面積的草場(chǎng)退化，陳秋捷等針對(duì)其植被覆蓋變化研究土壤養(yǎng)分和團(tuán)聚體的變化特征，結(jié)果顯示土壤團(tuán)聚體的平均重量、幾何均徑隨沙化程度的增加而顯著降低，土壤養(yǎng)分也隨之減少，處理好土壤結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系對(duì)草地退化防治十分重要[43]。

在人類利用自然的漫長(zhǎng)歷史中，逐漸總結(jié)出了不同地質(zhì)條件、地理單元中適宜生長(zhǎng)的生物類群，按需求類型包括地方性畜產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品和道地性中藥材等，針對(duì)這一方面的研究也是生態(tài)地質(zhì)學(xué)應(yīng)用性研究的一個(gè)重要方面[14]。地質(zhì)環(huán)境作用于生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要因素是土壤地球化學(xué)特性[44]。陳敬忠對(duì)米槁果實(shí)的道地地質(zhì)環(huán)境與產(chǎn)品品質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行研究，對(duì)云貴地區(qū)的米槁生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行劃分，貴州大部分地區(qū)均適宜其生長(zhǎng)，而云南西南一帶則不適宜，適宜的全氮濃度為0.08～0.33 g/100g、全磷含量為0.15～1.17 g/kg[44]； 汪振立總結(jié)指出不同藥用功效的中藥材有不同的微量元素富集帶譜，例如有明目功效的中藥材往往富含鋅、錳、銅等元素，而具有補(bǔ)血益氣功效的藥材中鐵、錳、鋅的含量較高，相應(yīng)的也會(huì)選擇在這些元素富集的地質(zhì)環(huán)境下生存[14]； 周志等對(duì)武夷山優(yōu)質(zhì)茶葉的生長(zhǎng)條件展開(kāi)研究，證明土壤養(yǎng)分狀況顯著影響了茶葉的生長(zhǎng)，各成分的最適范圍為pH值介于4.5～5.0之間、有效磷介于10～100 mg/kg之間、有機(jī)質(zhì)介于20～40 g/kg之間[45]。

另外，也有一些研究在原位條件下開(kāi)展控制實(shí)驗(yàn)，以更強(qiáng)的目的性和針對(duì)性了解生態(tài)-地質(zhì)間的作用關(guān)系。如有研究探討了不同營(yíng)養(yǎng)元素條件下植物根-土復(fù)合體的抗剪切能力，得出了營(yíng)養(yǎng)元素含量高的區(qū)域，植物體根-土復(fù)合體的抗剪切能力也越強(qiáng)，這為高寒地區(qū)水土流失等問(wèn)題的治理措施提供了參考[46]。

2.2 地質(zhì)環(huán)境影響下的生態(tài)修復(fù)研究

國(guó)土空間的綜合整治和生態(tài)修復(fù)是當(dāng)前社會(huì)著力解決的一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題，統(tǒng)籌山水林田湖草沙系統(tǒng)治理，需要從自然地理單元的發(fā)生性出發(fā)，系統(tǒng)入手[47]。區(qū)域的自然地理、地質(zhì)環(huán)境是影響區(qū)域生態(tài)過(guò)程與結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它可以通過(guò)控制土壤成分與結(jié)構(gòu)、區(qū)域水文特性等調(diào)控局地生態(tài)系統(tǒng)，探討地質(zhì)環(huán)境影響下的生態(tài)修復(fù)問(wèn)題也是生態(tài)地質(zhì)的研究重點(diǎn)。

生態(tài)脆弱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境相對(duì)惡劣，由于地質(zhì)環(huán)境與氣候環(huán)境的綜合影響更容易進(jìn)一步惡化，基于區(qū)域地質(zhì)條件的生態(tài)修復(fù)措施研究能夠?yàn)楫?dāng)?shù)厝嗣裆钆c發(fā)展帶來(lái)幫助[48]。例如，云貴高原部分地區(qū)由于自然地理?xiàng)l件的影響，水土流失嚴(yán)重、基巖裸露，石漠化普遍發(fā)育，制約了當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展。段華超等針對(duì)石漠化地區(qū)的地質(zhì)條件、氣候條件、生物活動(dòng)等的差異性進(jìn)行石漠化區(qū)域劃分，針對(duì)不同片區(qū)特點(diǎn)分析適宜的生態(tài)修復(fù)方法，形成共4類23種治理模式[48]； 肖林穎等以云南省2個(gè)典型巖溶斷陷盆地地區(qū)為對(duì)象，基于2007—2017年Landsat系列影像數(shù)據(jù)等研究石漠化盆地的治理效果[49]，均取得了明顯成效； 王京彬等在“承德市國(guó)家生態(tài)文明示范區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查”中總結(jié)了研究區(qū)的生態(tài)地質(zhì)調(diào)查方法，分析了自然資源優(yōu)勢(shì)，評(píng)價(jià)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，提出生態(tài)修復(fù)策略[50]。

礦山開(kāi)采是人們利用地質(zhì)資源的直接手段之一，而開(kāi)采后礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)問(wèn)題是生態(tài)地質(zhì)學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容[51]。礦山開(kāi)采往往造成土地的破壞、生態(tài)環(huán)境的退化和地下水資源的破壞等等，針對(duì)這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者進(jìn)行了卓有成效的調(diào)查研究，研發(fā)了源頭管控、過(guò)程阻斷、末端修復(fù)的礦山生態(tài)修復(fù)模式，形成了不同地質(zhì)條件與氣候條件下礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)與典型修復(fù)案例[52-54]。崔瀟等以平朔的露天礦區(qū)為對(duì)象，研究復(fù)墾土壤母質(zhì)的源頭性狀，為露天煤礦復(fù)墾與修復(fù)提供參考[52]； 周金余等對(duì)黃河流域各礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)措施作了總結(jié)，劃分了高寒區(qū)、黃土區(qū)、風(fēng)沙區(qū)、沖積區(qū)、采空區(qū)等區(qū)域類型，分析保護(hù)凍土、保護(hù)水資源、恢復(fù)管理植被、濕地構(gòu)建等理論技術(shù)的適宜方向，提出目前面對(duì)的問(wèn)題與不足之處[53]； 周智勇利用遙感技術(shù)對(duì)新疆北部的礦山區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分層分析并構(gòu)建了該區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)該區(qū)礦山綜合可持續(xù)發(fā)展[54]； 殷亞秋等利用國(guó)產(chǎn)高分辨率影像對(duì)長(zhǎng)江沿線的廢棄礦區(qū)的土地?fù)p毀與生態(tài)修復(fù)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示上游地區(qū)的廢棄礦坑更多引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，中下游地區(qū)更多引發(fā)原料性污染，針對(duì)各區(qū)域提出綜合使用降坡削坡等物理方法和引進(jìn)耐受植物、增引微生物等生物方法進(jìn)行修復(fù)[55]。

3 “生態(tài)地質(zhì)調(diào)查工程”研究進(jìn)展

為了服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)，促進(jìn)人與自然和諧共生，科學(xué)推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)整體保護(hù)和系統(tǒng)修復(fù)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于2019年設(shè)立了“生態(tài)地質(zhì)調(diào)查工程”。該工程在全國(guó)范圍內(nèi)以不同的空間尺度開(kāi)展了生態(tài)地質(zhì)調(diào)查，獲取了大量第一手資料，如： 森林、草原、濕地等生態(tài)類型的空間分布格局與變化，土地沙化、鹽堿化、水土流失、石漠化、湖泊濕地萎縮等生態(tài)問(wèn)題，成土母巖、水文地質(zhì)要素、土壤、地形地貌等生態(tài)地質(zhì)條件分布，以及生態(tài)地質(zhì)垂向剖面測(cè)試分析等數(shù)據(jù)； 分析了生態(tài)-地質(zhì)之間相互制約影響關(guān)系，剖析了主要生態(tài)問(wèn)題的成因機(jī)理，提出了相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)修復(fù)對(duì)策建議； 建立了不同尺度生態(tài)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)體系，劃分了全國(guó)生態(tài)地質(zhì)單元，建立了典型生態(tài)地質(zhì)圖譜，總結(jié)了不同地區(qū)生態(tài)-地質(zhì)相互作用模式，探索了用地球系統(tǒng)科學(xué)理論解決重大生態(tài)問(wèn)題的新路徑，為國(guó)內(nèi)的生態(tài)地質(zhì)調(diào)查研究提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)[2]。

3.1 生態(tài)問(wèn)題成因機(jī)理研究

采用空-天-地相協(xié)同的調(diào)查技術(shù)，建立了遙感先行摸清生態(tài)問(wèn)題變化特征-地上地下一體化調(diào)查研究成因機(jī)理-綜合分析評(píng)價(jià)提出因地制宜生態(tài)保護(hù)修復(fù)對(duì)策建議的技術(shù)模式。探索了土地沙化、湖泊濕地萎縮、人工林退化、石漠化等生態(tài)問(wèn)題與賦存地質(zhì)條件的耦合關(guān)系及其成因機(jī)理。調(diào)查研究結(jié)果表明，這些生態(tài)問(wèn)題的分布變化受到了地形地貌條件、區(qū)域成土母巖(質(zhì))特性、水文條件等的基礎(chǔ)性控制制約作用。

在青海共和盆地龍羊峽地區(qū)廣泛分布的沖洪積物和風(fēng)積物質(zhì)地松散，在強(qiáng)風(fēng)蝕作用下，表層沙質(zhì)土層結(jié)構(gòu)破壞形成風(fēng)蝕坑，就地起沙導(dǎo)致土地沙化程度加??； 在鄂爾多斯高原北部和晉陜峽谷地區(qū)，砒砂巖的廣布奠定了該區(qū)水土流失程度加深的物質(zhì)基礎(chǔ)，砒砂巖結(jié)構(gòu)松散，礦物成分組成主要為長(zhǎng)石、石英、方解石和蒙脫石，抗侵蝕能力差，水土流失嚴(yán)重，治理難度大，成為黃河粗泥沙的主要來(lái)源； 毛烏素沙地因其有利的垂向地層結(jié)構(gòu)，形成地下水埋深淺、水量豐富、水質(zhì)較好、土壤中全碳含量達(dá)到1.5%的適宜基礎(chǔ)條件，在年降水量350～500 mm、相對(duì)濕度51%的氣候背景下，有利于植被恢復(fù)，該區(qū)生態(tài)修復(fù)效果顯著； 壩上高原地區(qū)存在多個(gè)受斷層控制的山間凹陷盆地，盆地周邊的花崗巖、玄武巖風(fēng)化析出了大量K+、Na+、Ca2+、Mg2+等離子，這些離子在降水和徑流的作用下向凹陷洼地匯聚，使得該地區(qū)的土壤更容易形成鈣積層，對(duì)植被生長(zhǎng)造成負(fù)面影響，同時(shí)該區(qū)地表水截流工程多，錯(cuò)峰蔬菜種植面積和水澆地面積大，地下水超采嚴(yán)重，導(dǎo)致地表水和地下水入湖量大幅減少。研究認(rèn)為，上述自然與人類的綜合作用，是出現(xiàn)高原湖淖萎縮、草原退化、人工林退化等生態(tài)問(wèn)題的主要原因，因此提出了堅(jiān)持節(jié)水優(yōu)先、自然恢復(fù)為主，以保持流域水平衡為前提，充分考慮生態(tài)地質(zhì)條件的差異性，量水而行，因地施策的整體生態(tài)保護(hù)修復(fù)對(duì)策。

西南巖石山地區(qū)石漠化發(fā)育，成土母巖的巖性差異造成風(fēng)化速率及其風(fēng)化產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)元素含量具有明顯差異，導(dǎo)致石漠化發(fā)育程度不同、植被的自然恢復(fù)能力各異。泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層泥巖、粉砂巖、砂巖等巖性組合區(qū)，由于碎屑巖成土能力較強(qiáng)，發(fā)育輕度石漠化; 厚層灰?guī)r、白云巖、大理巖化灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r等巖性組合的碳酸鹽巖區(qū)域，發(fā)育中度及以上石漠化，降水條件差異影響了植被可恢復(fù)潛力。此外，石漠化程度還受到構(gòu)造控制，構(gòu)造發(fā)育地區(qū)巖石破碎程度更高，利于風(fēng)化，石漠化程度較低。對(duì)西南巖溶地區(qū)的生態(tài)地質(zhì)研究使用了(Ca+Mg)/(Si+Al)比值來(lái)衡量區(qū)域成壤能力，(Ca+Mg)/(Si+Al) 比值越大，難溶組分含量越高，成壤能力就越強(qiáng)。同時(shí)，研究中也發(fā)現(xiàn)坡度等地形因素也會(huì)對(duì)生態(tài)問(wèn)題的形成與發(fā)展產(chǎn)生影響，如坡度較大的區(qū)域更容易發(fā)生石漠化。

3.2 生態(tài)地質(zhì)單元?jiǎng)澐峙c技術(shù)體系研究

在生態(tài)地質(zhì)區(qū)劃和生態(tài)地質(zhì)調(diào)查方法方面，綜合考慮地質(zhì)要素、地形地貌、氣象氣候和生態(tài)狀況等4種因子的相互響應(yīng)關(guān)系，建立了全國(guó)生態(tài)地質(zhì)單元分類分級(jí)指標(biāo)體系，按照綜合性與主導(dǎo)因素、差異性與典型性、相對(duì)一致性及區(qū)域共軛性原則，全國(guó)陸域共分了7個(gè)一級(jí)單元、52個(gè)二級(jí)單元和240個(gè)三級(jí)單元，總結(jié)了三級(jí)單元的生態(tài)地質(zhì)基本特征，建立了典型生態(tài)地質(zhì)圖譜和生態(tài)-地質(zhì)相互作用模式。建立了遙感解譯—路線調(diào)查—剖面測(cè)量—測(cè)試分析與綜合研究相協(xié)同的生態(tài)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)體系，研究形成了礦物成分與粒徑熱紅外光譜反演方法和林草濕信息遙感解譯方法，探索了成土母巖(質(zhì))圖、土壤地質(zhì)圖和生態(tài)地質(zhì)圖的表達(dá)方式，編制了《生態(tài)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求(1∶50 000)(試行)》，對(duì)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查的流程，調(diào)查內(nèi)容、方法和成果表達(dá)形式作了梳理和規(guī)范。

4 生態(tài)地質(zhì)研究展望

生態(tài)地質(zhì)學(xué)作為一門新興交叉學(xué)科，目前仍有很大的發(fā)展空間，生態(tài)地質(zhì)學(xué)研究任務(wù)內(nèi)容、方法技術(shù)及生態(tài)地質(zhì)學(xué)科體系構(gòu)建等仍需要進(jìn)一步討論。

4.1 生態(tài)地質(zhì)學(xué)涵義與研究?jī)?nèi)容需要明晰

筆者認(rèn)為，生態(tài)地質(zhì)學(xué)是研究生態(tài)問(wèn)題或生態(tài)過(guò)程的地學(xué)機(jī)理、地質(zhì)作用過(guò)程及其環(huán)境條件的一門交叉學(xué)科，它是將生態(tài)空間分布格局、生態(tài)問(wèn)題及其變化規(guī)律與地質(zhì)作用過(guò)程作為一個(gè)整體，分不同層級(jí)和維度進(jìn)行研究，完整地獲取地上地下一體化的生態(tài)-土壤-水-風(fēng)化殼(或包氣帶)-巖石信息，識(shí)別與診斷重大生態(tài)問(wèn)題及其成因機(jī)理，科學(xué)評(píng)估生態(tài)狀況，進(jìn)而提出生態(tài)保護(hù)修復(fù)基于自然的解決方案。作為研究生態(tài)系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境之間關(guān)系的交叉學(xué)科，這一概念強(qiáng)化了地質(zhì)學(xué)與生態(tài)學(xué)的融合，能夠更好地表達(dá)生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)性過(guò)程，突出了生態(tài)-地質(zhì)系統(tǒng)之間地上地下一體化的相互作用與響應(yīng)。

生態(tài)地質(zhì)研究目的是尋求人與自然和諧共生和可持續(xù)發(fā)展，提高生態(tài)系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境相互作用認(rèn)知程度，讓受損的生態(tài)系統(tǒng)得到保護(hù)恢復(fù)和治理，提高生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量與穩(wěn)定性，從而為科學(xué)編制生態(tài)保護(hù)修復(fù)規(guī)劃、合理部署生態(tài)修復(fù)工程、高效輔助國(guó)土空間利用和生態(tài)保護(hù)修復(fù)管理決策提供技術(shù)支持，因此生態(tài)地質(zhì)學(xué)具有研究?jī)?nèi)容廣泛和多層級(jí)、多尺度、多維度及交叉融合的特性。研究?jī)?nèi)容應(yīng)該包括： ①學(xué)科理論。生態(tài)地質(zhì)學(xué)將地質(zhì)學(xué)(地貌及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)等)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、地理學(xué)等融為一體，應(yīng)注重學(xué)科交叉融合理論研究，在地球系統(tǒng)科學(xué)的大框架下研究生態(tài)系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境的耦合機(jī)制，尤其是在現(xiàn)代地質(zhì)作用下(包括人類活動(dòng))產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題與地質(zhì)環(huán)境的相互響應(yīng)機(jī)制。②生態(tài)系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境客觀實(shí)體(巖石、風(fēng)化殼或包氣帶、土壤、地下水和地表水、植被群落、生物多樣性等)時(shí)空狀況與演變特征?？臻g上包括生態(tài)系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境的組成、結(jié)構(gòu)、功能及其相互作用關(guān)系； 時(shí)間上包括生態(tài)地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題的歷史演變歷程、現(xiàn)狀及其變化和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。③科學(xué)生態(tài)保護(hù)修復(fù)策略、模式、技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與典型案例。

4.2 生態(tài)地質(zhì)學(xué)研究方法技術(shù)需要?jiǎng)?chuàng)新

生態(tài)地質(zhì)學(xué)研究?jī)?nèi)容廣泛，應(yīng)以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，突出山水林田湖草生命共同體理念，從國(guó)家、區(qū)域或流域、景觀、生態(tài)系統(tǒng)、場(chǎng)地或典型地段等不同層級(jí)開(kāi)展研究，并注重工作的相互銜接，強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空演替規(guī)律與內(nèi)在機(jī)理研究。在研究過(guò)程中應(yīng)充分應(yīng)用現(xiàn)代遙感技術(shù)、物探鉆探化探技術(shù)、野外調(diào)查技術(shù)、定位觀測(cè)技術(shù)、測(cè)試分析技術(shù)、GIS與綜合評(píng)價(jià)技術(shù)等等。重點(diǎn)研發(fā)重大生態(tài)問(wèn)題快速識(shí)別、生態(tài)要素智能化提取、生態(tài)質(zhì)量信息定量反演和風(fēng)化殼、包氣帶結(jié)構(gòu)探測(cè)等技術(shù)，創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)與區(qū)域生態(tài)水平衡分析評(píng)價(jià)方法、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力與適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法，以及生態(tài)修復(fù)效果評(píng)估指標(biāo)體系與方法等，研發(fā)源頭防護(hù)、過(guò)程控制、末端修復(fù)等生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，建立生態(tài)地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測(cè)-定量評(píng)價(jià)-預(yù)測(cè)預(yù)警-修復(fù)示范-動(dòng)態(tài)監(jiān)管技術(shù)體系，提高生態(tài)地質(zhì)研究的工作效率和質(zhì)量。

4.3 生態(tài)地質(zhì)學(xué)科體系需要構(gòu)建

生態(tài)地質(zhì)學(xué)是研究生態(tài)系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境之間關(guān)系的一門交叉新興學(xué)科，它在學(xué)科門類設(shè)置中的學(xué)科地位與層級(jí)尚未確定，從重點(diǎn)研究任務(wù)內(nèi)容和服務(wù)應(yīng)用前景看，屬于地質(zhì)學(xué)的學(xué)科分支比較合理。隨著生態(tài)地質(zhì)學(xué)的研究理論、任務(wù)內(nèi)容、方法技術(shù)及其應(yīng)用服務(wù)逐漸深入與完善，需要系統(tǒng)整理生態(tài)地質(zhì)分支學(xué)科，構(gòu)建生態(tài)地質(zhì)學(xué)科體系。