現(xiàn)代巖溶學學科體系
——祝賀《現(xiàn)代巖溶學》出版六周年

蒲俊兵

（重慶師范大學地理與旅游學院/長江上游濕地科學研究重慶市重點實驗室/三峽庫區(qū)地表過程與環(huán)境遙感重慶市重點實驗室, 重慶 401331）

0 引 言

巖溶分布面積占全球無冰雪覆蓋的陸地總面積的15.2%[1]，是地球表面重要的景觀類型。國內(nèi)外科學家對巖溶區(qū)獨特的地質(zhì)地貌特征和資源環(huán)境生態(tài)問題及對區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的重要影響開展了大量的科學研究工作，取得了大量重要成果，推動了學科的發(fā)展[2-3]。巖溶區(qū)相關(guān)的景觀特征和資源環(huán)境生態(tài)問題均受控于區(qū)域地質(zhì)地貌條件，因此，長期以來巖溶學被認為是一門邊緣學科，其研究理念及方法多采用地質(zhì)學、地理學、水文學、環(huán)境學、生態(tài)學等學科及它們的分支學科的研究思路和方法。在一些領域，多學科交叉成為特點，這樣就使得巖溶學自己的學科體系淹沒于學科交叉的背景之中，引發(fā)了學科體系不全、特色不明、定位不準等問題，對學科的可持續(xù)發(fā)展造成了一定的不利影響。

巖溶學（Karstology 或者Karst science）的形成、發(fā)展具有較長的歷史，但最開始同其它地學相關(guān)學科一樣都是從對人類生活所處的自然環(huán)境的獨特現(xiàn)象的原始認知方面開始。在我國的許多古籍中均有關(guān)于洞穴、地下河、泉、石鐘乳等巖溶現(xiàn)象的描述，如《周易》、《山海經(jīng)》、《神農(nóng)本草經(jīng)》、《水經(jīng)注》、《夢溪筆談》等[4]。明朝偉大的地理學家徐霞客（1587-1641）對我國南方亞熱帶巖溶地區(qū)進行了詳細的考察，對亞熱帶巖溶、巖溶作用機制、洞穴形成等都有深刻的科學認識，提出了很多我國沿用至今的巖溶術(shù)語，如“石山”、“環(huán)洼”、“峰林”、“（叢立之峰）峰叢”、“離立”、“天生橋”等，對世界巖溶學做出了重要的貢獻，相關(guān)工作比俄國的M.B.羅蒙諾索夫早了一個世紀，比西歐學者則早了200 多年[4-7]。國外的巖溶學發(fā)展最初也是從對泉水和洞穴的利用開始，特別是古代文明較為發(fā)達的地中海沿岸地區(qū)，如古羅馬、古希臘。一些古羅馬時代的巖溶泉引水工程，迄今還發(fā)揮重要的效益[8]。19 世紀中期以前，國外一些著作對洞穴、泉水、鐘乳石、石筍、洼地等有一些具體的描述，但巖溶學多處于初步的認知階段，發(fā)展緩慢。1893 年，塞爾維亞地理學家斯維依奇（Jovan Cviji?）的博士論文《巖溶現(xiàn)象》（Das Karstph?nomen）發(fā)表[9]及1930 年W. M. Davis 的《石灰?guī)r地區(qū)的洞穴》[10]長篇論文發(fā)表以后，歐美相關(guān)國家或地區(qū)的巖溶學進入了快速發(fā)展時期，而此時處于清末民初的我國，社會動蕩，巖溶學發(fā)展滯后。20 世紀初我國地學先驅(qū)丁文江先生在云貴地區(qū)開展地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查時，對巖溶地貌進行了相關(guān)調(diào)查，隨后高振西先生對我國巖溶地形進行了初步的總結(jié)[11]。同期，我國在洞穴古生物、古人類的調(diào)查方面取得了重大成就，如周口店龍骨山北京人的發(fā)現(xiàn)等[12]。隨著新中國的成立，從解決國民經(jīng)濟建設的實際問題出發(fā)，我國的巖溶研究主要集中在巖溶找水與地下水開發(fā)、巖溶水利水電與鐵路工程地質(zhì)等方面，在區(qū)域巖溶地貌、巖溶發(fā)育規(guī)律、巖溶水文地質(zhì)等方面也有重要的進展[13-19]。20 世紀70-90 年代，大量經(jīng)典的巖溶學著作問世，國內(nèi)外巖溶學都進入了快速發(fā)展時期[20-32]。特別是80 年代以來，地球系統(tǒng)科學的學術(shù)思想和從全球視野開展的研究，以及巖溶動力學理論的創(chuàng)立，給巖溶學的發(fā)展帶來了強大的動力[2]，相關(guān)的研究領域也從傳統(tǒng)的巖溶地貌學、洞穴學、巖溶水文地質(zhì)擴展到巖溶發(fā)育的物理化學機制、巖溶生物地球化學、巖溶環(huán)境學、巖溶生態(tài)學、巖溶作用與全球變化、退化巖溶環(huán)境治理、巖溶區(qū)可持續(xù)發(fā)展等領域，形成了廣闊的研究領域。從20 世紀90 年代初以來至今，我國連續(xù)主持6 個巖溶領域的聯(lián)合國教科文組織國際地學計劃（IGCP）及2008 年聯(lián)合國教科文組織在桂林成立國際巖溶研究中心，奠定了我國在全球巖溶研究中的重要地位。

迄今為止，系統(tǒng)的巖溶學的發(fā)展已經(jīng)走過了上百年的時間，但是對巖溶學特別是現(xiàn)代巖溶學的學科體系及其在現(xiàn)代科學體系中的地位的認識還不夠，國內(nèi)外相關(guān)高校本科階段開設現(xiàn)代巖溶學相關(guān)的課程或內(nèi)容的還不多見，一些學校在研究生培養(yǎng)階段將其作為選修課進行開設，這明顯制約了學科的進一步發(fā)展和相關(guān)人才的培養(yǎng)。2016 年出版的《現(xiàn)代巖溶學》[3]是第一部以地球系統(tǒng)科學思想為指導的巖溶學學科性質(zhì)的著作，從理論與實踐相結(jié)合的角度，將巖溶學高度歸納為普通巖溶學、區(qū)域巖溶學、全球變化巖溶學和專門巖溶學四個大的分支學科，并分別闡述了每項分支學科所涉及的具體內(nèi)容，這對于巖溶學學科的發(fā)展起到了巨大的推動作用。然而，由于巖溶地質(zhì)環(huán)境的復雜性和涉及的研究方向、領域、交叉學科眾多，該專著對構(gòu)成四個大的分支學科的基礎體系方面多從研究內(nèi)容或方向方面進行構(gòu)建，但對基礎學科或者分支學科的關(guān)注還較薄弱。因此，討論現(xiàn)代巖溶學的學科體系及其分支學科的特點，構(gòu)建現(xiàn)代巖溶學學科體系就顯得十分重要且必要。

1 現(xiàn)代巖溶學的學科基礎指導理論

自20 世紀80 年代地球系統(tǒng)科學思想和概念被提出并蓬勃發(fā)展以來，根據(jù)地球系統(tǒng)多圈層相互作用思想開展科學研究逐漸成為地質(zhì)學、地理學、環(huán)境學、生態(tài)學等學科的核心研究思想，但巖溶學采用地球系統(tǒng)科學的認識論和方法論，比地學中研究其它表生地質(zhì)作用的領域較晚[33]。指導巖溶學研究的學術(shù)思想從十九世紀末二十世紀初的基于形態(tài)描述、分類與成因追溯的經(jīng)典地質(zhì)、地貌學方法，發(fā)展到地殼升降與水動力條件的相互作用思想，然后發(fā)展到水圈和巖石圈界面上的地質(zhì)作用理論即水-巖相互作用的理論，經(jīng)歷了數(shù)十年。我國巖溶學術(shù)界廣泛接受的前蘇聯(lián)學者Д.C.索科洛夫1962 年總結(jié)的巖溶發(fā)育的四個基本條件（可溶性巖石、巖石的透水性、侵蝕性的水和水的運動性）即是基于水-巖相互作用的巖溶學研究指導思想[34]。在當前許多地貌學、地理學、地質(zhì)學的教課書中仍是以該思想或理論作為涉及巖溶或喀斯特章節(jié)教學內(nèi)容的主要乃至唯一指導理論。然而，隨著地球系統(tǒng)科學思想的發(fā)展和深入，與全球碳、水、鈣循環(huán)共存的巖溶作用的研究與發(fā)展及相關(guān)重大資源環(huán)境生態(tài)問題的解決迫切需要新的科學思想或?qū)W科理論。

在地球系統(tǒng)科學思想的指導下，20 世紀80 年代末和90 年代初，袁道先[35]從全球碳、水、鈣耦合循環(huán)的思路出發(fā)重新認識了巖溶作用的過程和機制，提出巖溶作用是在碳循環(huán)及與其相偶聯(lián)的水循環(huán)、鈣循環(huán)系統(tǒng)中碳酸鹽（巖）的被溶蝕或沉積，而各種巖溶形態(tài)則是這一復雜的循環(huán)系統(tǒng)的運動在碳酸鹽（巖）上留下的軌跡的巖溶動力系統(tǒng)思想，并指出巖溶動力系統(tǒng)是控制巖溶形成演化，并常受制于已有巖溶形態(tài)的，在巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈界面上的，以碳、水、鈣循環(huán)為主的物質(zhì)、能量傳輸、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)[36]。同時在實際工作中建立了一系列捕捉巖溶動力系統(tǒng)中碳、水、鈣循環(huán)行蹤的野外和實驗室工作方法，創(chuàng)立了研究巖溶動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和運行規(guī)律及其應用的巖溶動力學理論體系[33,36]。巖溶動力學理論體系的創(chuàng)立從地球系統(tǒng)科學思想的高度革新了傳統(tǒng)巖溶研究的指導理論，使得各學科有機聯(lián)系并形成了廣泛的交叉和滲透，得到了國內(nèi)外的廣泛認可。1994 年聯(lián)合國教科文組織國際地學計劃（IGCP）執(zhí)行局主席Malcolm Brown 院士在IGCP 官方刊物Nature & Resources 專文介紹了巖溶動力學理論[37]。國際上相關(guān)的巖溶研究機構(gòu)，如斯洛文尼亞科學與藝術(shù)院巖溶研究所、美國國立洞穴與巖溶研究所、美國巖溶水研究所、美國霍夫曼環(huán)境研究中心、巴西巖溶研究所、英國洞穴研究會、塞爾維亞貝爾格萊德大學巖溶水文地質(zhì)研究中心、西班牙馬拉加大學巖溶水文地質(zhì)中心、羅馬尼亞洞穴研究所等國際巖溶研究機構(gòu)以及國際水文地質(zhì)學家協(xié)會巖溶委員會、國際地理聯(lián)合會巖溶委員會、美國洞穴基金會等國際相關(guān)巖溶學術(shù)機構(gòu)均對巖溶動力學理論進行了充分的肯定，在他們相關(guān)的教學、培訓中均對巖溶動力學理論進行介紹。2008 年聯(lián)合國教科文組織設立的第一個地學國際研究中心-國際巖溶研究中心將巖溶動力學理論作為中心指導理論寫入了中心章程。

巖溶動力學理論認為巖溶動力系統(tǒng)是一個高度開放且敏感的三相不平衡系統(tǒng)。它由固相、 液相、氣相三部分構(gòu)成，固相部分由各種以碳酸鹽巖為主的巖石及其中的裂隙網(wǎng)絡構(gòu)成，液相部分為含有以Ca2+（Mg2+），HCO3-, CO32-，H+和溶解CO2為主要成分的水流，氣相部分則為以 CO2為主的各種參與巖溶作用的氣體[2,33]。由此，巖溶動力系統(tǒng)就同地球四大圈層密切聯(lián)系起來，從以往的對巖溶作用的單因素（要素）分析發(fā)展到從地球四大圈層界面上“水-巖-氣-生”相互作用的多因素（要素）分析的新階段。經(jīng)過多年的調(diào)查研究，袁道先等[2,33,36]總結(jié)了巖溶動力系統(tǒng)的四大功能，即:①驅(qū)動各種巖溶形態(tài)的形成；②通過巖溶作用調(diào)節(jié)大氣溫室氣體（CO2）濃度，緩解環(huán)境酸化；③驅(qū)動元素遷移、富集、沉淀，形成有用礦產(chǎn)資源，影響生命；④記錄全球環(huán)境變化過程。由此可見，巖溶區(qū)的一切資源、生態(tài)、環(huán)境問題（水土資源、礦產(chǎn)資源、巖溶旅游資源、生態(tài)資源與生物多樣性、巖溶地質(zhì)災害、水土污染和石漠化等）都同巖溶動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、運行機制密切相關(guān)，巖溶動力學理論也由此成為地球系統(tǒng)科學引入巖溶研究以后發(fā)展起來的現(xiàn)代巖溶學的學科核心理論，它與地質(zhì)學、地貌學、水文學、生態(tài)學、環(huán)境學、全球變化科學等學科有著廣泛的交叉前景，對于科學解決巖溶區(qū)乃至某些全球性資源生態(tài)環(huán)境問題，實現(xiàn)區(qū)域人地和諧和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

2 現(xiàn)代巖溶學學科體系

現(xiàn)代巖溶學的學科基礎指導理論是巖溶動力學理論，其巖溶動力系統(tǒng)的四大功能即構(gòu)成了現(xiàn)代巖溶學學科體系中的“四梁”。根據(jù)這四大功能的特點及符合學科對象獨立、學科問題獨立、學科特征獨特和社會服務功能獨特[38]這四個構(gòu)成一門學科的基本要求來看，現(xiàn)代巖溶學學科可分為巖溶地質(zhì)學、巖溶地貌學、巖溶水文地質(zhì)學、巖溶環(huán)境學、巖溶工程地質(zhì)學、巖溶生態(tài)學、巖溶資源學、全球變化巖溶學、洞穴學等九個分支學科，這九個分支學科就構(gòu)成了現(xiàn)代巖溶學學科體系的主體（圖1，圖2）。九個分支學科既具有較強的獨立性和獨特性，又在實際的教學、研究過程中存在一定程度的交叉，這體現(xiàn)了利用多學科綜合手段深入認識并解決實際問題的特點。

巖溶地質(zhì)學是現(xiàn)代巖溶學中一門最基礎的學科，也屬于現(xiàn)行學科分類目錄（國家標準 GB/T 13 745-2009）中二級學科“地質(zhì)學”的一個分支。它主要研究形成各種巖溶現(xiàn)象的地質(zhì)過程及演化，主要包括各種可溶巖（碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵鹽類巖石等）巖石學和巖相古地理、含可溶巖地層形成環(huán)境以及它的形成過程、地質(zhì)構(gòu)造與地質(zhì)作用、巖溶發(fā)育史等。巖溶地質(zhì)學是現(xiàn)代巖溶學學科體系中具有統(tǒng)領性質(zhì)的學科，是深入開展巖溶發(fā)育機理、水文地質(zhì)過程、地質(zhì)災害防治與治理、退化生態(tài)修復、資源開發(fā)利用等的基礎。利用巖溶動力學理論開展巖溶地質(zhì)學研究就是要分析和揭示形成特定巖溶地質(zhì)問題、特定的地質(zhì)時期碳、水、鈣（鎂）循環(huán)條件及同當時環(huán)境的相互作用關(guān)系及地質(zhì)演化過程對碳、水、鈣（鎂）循環(huán)條件的改變和影響，找出關(guān)鍵影響因素及變化。巖溶區(qū)一切資源、環(huán)境、生態(tài)問題的產(chǎn)生、發(fā)展都是在特定的巖溶地質(zhì)背景下形成的，要解決涉及國民經(jīng)濟建設的相關(guān)難題都需要依靠深入的巖溶地質(zhì)過程及演化的相關(guān)研究。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《中國巖溶研究》[18]、《Carbonate Depositional Environments》[39]、《Processes in Karst Systems：Physics, Chemistry, and Geology》[32]、《Carbonate Sedimentology》[40]、《中國巖溶動力系統(tǒng)》[36]等。

巖溶地貌學是現(xiàn)代巖溶學中的一門基礎學科，也屬于現(xiàn)行學科分類（國家標準 GB/T 13745-2009）中三級學科“自然地理學”中地貌學的一個分支，發(fā)展歷史最為悠久。它主要研究地球表面各種巖溶地貌（或形態(tài)）的特征、成因、分布和演化規(guī)律及其與形成環(huán)境的相關(guān)關(guān)系。巖溶地貌學旨在揭示巖溶區(qū)地表、地下各種巖溶地貌（或形態(tài)）形成的物理、化學、生物學機理，區(qū)域差別，明確其發(fā)育過程和演化規(guī)律，建立各種巖溶地貌（或形態(tài)）與形成環(huán)境之間的相關(guān)關(guān)系。研究區(qū)域巖溶的形成及其發(fā)育演化必須從巖溶地貌（或形態(tài)）的分析入手。巖溶區(qū)一切資源、環(huán)境、生態(tài)問題的形成、發(fā)展都要依賴于一定的巖溶地貌（或形態(tài)），所以解決前述問題也必須充分認識和了解巖溶地貌（或形態(tài)）?，F(xiàn)代巖溶地貌學研究要求依據(jù)巖溶形態(tài)組合（karst feature complex）思想①巖溶形態(tài)組合（karst feature complex）是指一組在大致相同環(huán)境里形成的, 由地表形態(tài)和地下形態(tài)、 宏觀形態(tài)和微觀形態(tài)、 溶蝕形態(tài)和沉積形態(tài)組成的巖溶形態(tài)[41]。，克服“異質(zhì)同相、異期同位”現(xiàn)象造成的混亂。巖溶地貌學及其知識體系具有廣闊的社會應用前景，在巖溶景觀資源開發(fā)、利用與保護，世界自然遺產(chǎn)、世界（國家或地方）地質(zhì)公園申報、建設、評估與保護等方面發(fā)揮了巨大的作用。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《Karst Landforms》[20]、《Karst Geomorphology》[24]、《中國巖溶-景觀、類型、規(guī)律》[25]、《Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains》[27]、《Karst Geomorphology and Hydrology》[29]、《Karst of China (中國巖溶學)》[30]、《Karst Hydrogeology and Geomorphology》[31]等。

巖溶水文地質(zhì)學是現(xiàn)代巖溶學中兼具基礎和應用性質(zhì)的一門學科，也屬于現(xiàn)行學科分類（國家標準GB/T 13745-2009）中三級學科“水文地質(zhì)學”的一個分支，發(fā)展歷史悠久。它主要研究自然環(huán)境和人類活動影響下巖溶區(qū)的地下水儲存、分布、運動及水量和水質(zhì)時空變化及演變規(guī)律、地表水-地下水相互轉(zhuǎn)化規(guī)律、地下水資源評價、開發(fā)利用及水環(huán)境保護等內(nèi)容。巖溶水文地質(zhì)學旨在揭示賦存于巖溶介質(zhì)中的地下水與含水介質(zhì)本身相互作用的物理、化學、生物學規(guī)律及其對巖溶水文系統(tǒng)補給、徑流、蓄積、排泄的影響，建立相關(guān)的勘查技術(shù)和研究方法，提出巖溶地下水開發(fā)利用和保護方案。巖溶水文系統(tǒng)最重要的特征是存在溶洞、管道、裂隙、孔隙共存的現(xiàn)象，具有不均質(zhì)性、多級次性和水力聯(lián)系的各向異性，因此巖溶地下水多存在層流與紊流共存、水位和流量變幅大、開發(fā)利用難度大、對環(huán)境變化響應敏感等特征。在裸露型巖溶區(qū)，由于覆蓋層薄、地下水-地表水轉(zhuǎn)換頻繁，巖溶水文系統(tǒng)十分脆弱，易受人類活動影響誘發(fā)水質(zhì)退化、地下水污染等問題，且治理恢復難度大。巖溶區(qū)特有的地質(zhì)災害問題的發(fā)生，如巖溶塌陷、內(nèi)澇等往往同特殊的巖溶水文地質(zhì)條件或系統(tǒng)原有的水文地質(zhì)條件被改變相關(guān)，要解決這些問題也需要深入開展巖溶水文地質(zhì)學的研究。因此，巖溶水文地質(zhì)學及其知識體系具有廣闊的國民經(jīng)濟運用前景，在巖溶地下水開發(fā)利用、巖溶區(qū)水利水電工程建設、巖溶區(qū)道路交通建設、污染巖溶含水層修復、巖溶地質(zhì)災害防治等方面發(fā)揮了巨大作用。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《巖溶地區(qū)供水水文地質(zhì)工作方法》[17]、《Karst Hydrology and Physical Speleology》[21]、 《 Karst Hydrogeology》[22]、《Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains》[27]、 《 Karst Geomorphology and Hydrology》[29]、《Karst Hydrogeology and Geomorphology》[31]、《Methods in karst hydrogeology》[42]、《巖溶水文地質(zhì)學》[43]等。

巖溶環(huán)境學是現(xiàn)代巖溶學與環(huán)境科學進行學科交叉研究中形成的一門基礎學科，也屬于現(xiàn)行學科分類目錄（國家標準 GB/T 13745-2009）中三級學科“環(huán)境學其他學科”的一個分支，是二十世紀八十年代以來，隨著國內(nèi)外環(huán)境科學學科的發(fā)展和解決巖溶區(qū)特有的環(huán)境問題的需要而形成的新興學科。巖溶環(huán)境學是研究巖溶環(huán)境系統(tǒng)的科學，主要研究圍繞著人類的受巖溶條件制約的巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈的特征、相互作用關(guān)系和物質(zhì)、能量循環(huán)演化規(guī)律，以及產(chǎn)生的各種環(huán)境問題并針對性提出解決方案。巖溶環(huán)境系統(tǒng)是由可溶巖及其上覆風化殘余的土壤、巖溶形態(tài)、巖溶水文系統(tǒng)、巖溶區(qū)的地表地下空氣層和巖溶生物群落組成的一種富鈣的碳酸鹽三相不平衡的環(huán)境系統(tǒng)，其大氣圈、水圈和生物圈都具有地表、地下雙層結(jié)構(gòu)[26]。巖溶環(huán)境學的形成、發(fā)展主要是由于巖溶環(huán)境的特殊性及其帶來的特殊的環(huán)境問題驅(qū)動的。在地球系統(tǒng)科學思想和巖溶動力學理論指導下，要充分認識巖溶環(huán)境特殊性和解決特殊的巖溶環(huán)境問題就需要現(xiàn)代巖溶學與現(xiàn)代環(huán)境科學進行深度學科交叉。在學科發(fā)展的過程中，巖溶區(qū)的社會人文環(huán)境變化及與自然環(huán)境的相互作用也逐漸成為巖溶環(huán)境學研究的一部分。巖溶環(huán)境學及其知識體系在巖溶區(qū)環(huán)境保護、規(guī)劃、管理與治理、巖溶退化環(huán)境修復、巖溶區(qū)國土空間規(guī)劃、巖溶區(qū)資源環(huán)境承載力評價、巖溶區(qū)環(huán)境地質(zhì)災害防治等方面具有廣闊的應用前景。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《Karst Hydrology and Physical Speleology》[21]、《巖溶環(huán)境學》[26]、《Sinkholes and Subsidence》[44]等。

巖溶工程地質(zhì)學是現(xiàn)代巖溶學中具有較強應用性質(zhì)的一門學科，是在巖溶地區(qū)進行工程建設實踐中發(fā)展起來的一門學科，也屬于現(xiàn)行學科分類目錄（國家標準 GB/T 13745-2009）中二級學科“工程地質(zhì)學”的一個分支。它是研究巖溶區(qū)的工程建設活動與地質(zhì)環(huán)境相互作用和相互影響，并運用現(xiàn)代巖溶學及其他相關(guān)學科的技術(shù)方法解決工程地質(zhì)問題，保障建設工作順利進行和工程安全運營的科學。巖溶工程地質(zhì)問題主要發(fā)生在裸露型和覆蓋型巖溶區(qū)。碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵鹽類巖石等可溶性巖類是孔隙、裂隙、管道、溶洞相互交織的復雜的巖溶巖體和水文地質(zhì)單元，給前期工程地質(zhì)勘察、評價和選址帶來較大困難，同時可誘發(fā)巖溶滲漏、地基失穩(wěn)、地面塌陷、涌水（泥）、危巖崩塌等工程問題，給相關(guān)工程建設和安全運營帶來較大威脅。巖溶工程地質(zhì)學通過對巖溶系統(tǒng)組成、巖溶發(fā)育規(guī)律、水文地質(zhì)條件與水動力特征、巖土工程力學性質(zhì)等的分析和研究，評價區(qū)域工程地質(zhì)條件，防治和處治各種巖溶工程地質(zhì)問題，保障工程建設順利進行和安全運行[45]。新中國成立后，我國巖溶學的快速發(fā)展即是得益于制約巖溶地區(qū)大規(guī)?；A設施建設的工程地質(zhì)問題的解決。巖溶工程地質(zhì)學及其知識體系在巖溶區(qū)水利水電工程建設、道路交通工程建設、城市地下空間開發(fā)利用、地下水庫建設、隧道工程建設等領域具有十分廣闊的運用前景并能發(fā)揮巨大的作用。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《水利水電巖溶工程地質(zhì)》[46]、《Water Resources Engineering in Karst》[47]、 《 Sinkholes and Subsidence》[44]、《Engineering Karstology of Dams and Reservoirs》[48]、《巖溶工程地質(zhì)學》[45]等。

巖溶生態(tài)學是現(xiàn)代巖溶學與生態(tài)學進行學科交叉研究中形成的一門基礎學科和新興學科，也屬于現(xiàn)行學科分類目錄（國家標準 GB/T 13745-2009）中三級學科“生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學”的一個分支。它主要研究受巖溶環(huán)境制約的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、運行機制及其與人類活動的相互影響。受巖溶環(huán)境制約的生態(tài)系統(tǒng)也叫巖溶生態(tài)系統(tǒng)，它由無機環(huán)境和生命兩個部分組成，后者受前者制約，并受到無機方面的“巖溶動力系統(tǒng)”和生命方面的“遺傳信息傳遞系統(tǒng)”聯(lián)合作用驅(qū)動[49]。巖溶生態(tài)學通過研究主要由巖溶水文地質(zhì)系統(tǒng)組成的無機環(huán)境和在無土、缺水、富鈣、偏堿的地面環(huán)境及無光、潮濕、相對恒溫的地下環(huán)境受遺傳信息傳遞系統(tǒng)控制的特殊生產(chǎn)者、消費者和分解者群落的形成和演化來揭示巖溶生態(tài)系統(tǒng)的特征、運行規(guī)律并加以保護和合理開發(fā)利用。巖溶生態(tài)系統(tǒng)對人類健康也有特殊影響。此外，由于巖溶水文地質(zhì)系統(tǒng)本身的脆弱性加之不合理的人類活動干擾，一些區(qū)域巖溶生態(tài)系統(tǒng)退化，誘發(fā)生物多樣性喪失、旱澇災害頻發(fā)、水土污染和石漠化等嚴重問題，巖溶生態(tài)學的理論和相關(guān)技術(shù)方法是解決這些問題的重要科技支撐。巖溶生態(tài)學及其知識體系同生態(tài)文明建設密切相關(guān)，在巖溶生態(tài)系統(tǒng)保護、退化巖溶環(huán)境治理、石漠化綜合治理、生物多樣性保護、地下生物群認識與保護等方面發(fā)揮了重要作用。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《Rock Desertification in the subtropical karst of south China》[50]、《On the Karst Ecosystem》[51]、《受地質(zhì)條件制約的中國西南巖溶生態(tài)系統(tǒng)》[52]、《The Biology of Caves and Other Subterranean Habitats》[53]等。

全球變化巖溶學是現(xiàn)代巖溶學與全球變化科學、氣候?qū)W、生態(tài)學、環(huán)境學等進行學科交叉研究中形成的一門新興學科、特色學科，在現(xiàn)行學科分類目錄（國家標準 GB/T 13745-2009）中還無相關(guān)性學科。全球變化巖溶學是地球系統(tǒng)科學思想引入巖溶學研究以后，從全球碳、水、鈣物質(zhì)循環(huán)的角度研究巖溶與環(huán)境變化的關(guān)系而發(fā)展起來的。它主要研究巖溶動力系統(tǒng)運行過程與全球溫室氣體（主要是CO2）源匯的關(guān)系和解譯巖溶沉積物中高分辨率全球或區(qū)域環(huán)境變化的信息。CO2和水是巖溶作用的主要驅(qū)動力，在形成巖溶溶蝕形態(tài)的過程中快速消耗大氣CO2，產(chǎn)生碳匯效應。另一方面，在形成各種巖溶沉積形態(tài)的過程中又快速釋放出CO2，這一吸收與釋放共存的作用過程，調(diào)節(jié)著大氣CO2的濃度，成為調(diào)控巖溶碳循環(huán)過程和提高并穩(wěn)定巖溶碳匯的重要研究對象。此外，一些與斷裂活動、熱液活動有關(guān)的巖溶作用（深部巖溶動力系統(tǒng)）在地表伴隨碳酸鈣的沉積常釋放大量深部來源CO2，成為碳源。巖溶洞穴沉積物敏感的記錄了環(huán)境變化的信息，且分辨率高、定年準確、代用指標豐富、分布廣，成為繼深海沉積、黃土、冰芯記錄后全球變化研究的重要支柱。全球變化巖溶學是目前的國際研究熱點和前沿領域，其知識體系在碳匯效應評價、固碳增匯能力提升、氣候環(huán)境變化預測及應對極端氣候、環(huán)境演化與人類適應等方面發(fā)揮了重要作用，具有廣闊的發(fā)展和應用前景。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《The carbon cycle in karst》[54]、《A high-resolution absolutedated late Pleistocene monsoon record from Hulu Cave,China》[55]、《中國巖溶動力系統(tǒng)》[35]、《碳循環(huán)與巖溶地質(zhì)環(huán)境》[56]、《Timing, duration, and transitions of the Last Interglacial Asian Monsoon》[57]、 《 Ice age terminations》[58]、《Speleothem Science：From Process to Past Environments》[59]、《The Asian monsoon over the past 640000 years and ice age terminations》[60]、《Large and active CO2uptake by coupled carbonate weathering》[61]等。

巖溶資源學是現(xiàn)代巖溶學與資源科學進行學科交叉研究中形成的一門基礎性、應用性學科，在現(xiàn)行學科分類目錄（國家標準 GB/T 13 745-2009）中還無相關(guān)性學科。它主要是研究與巖溶系統(tǒng)相關(guān)的各種資源（主要是自然資源）的形成、賦存、演化、分布的理論、規(guī)律和相關(guān)資源的保護、開發(fā)與可持續(xù)利用的理論、技術(shù)和方法。巖溶資源包括水資源、空氣資源、景觀資源、礦產(chǎn)資源、油氣資源、地熱資源、特殊的生物資源等。巖溶系統(tǒng)的構(gòu)成基礎-可溶巖本身就是一種重要的礦產(chǎn)資源。地表、地下相關(guān)的巖溶形態(tài)為各種資源提供了賦存或運移空間。合理開發(fā)、利用和保護巖溶資源需要系統(tǒng)的研究地質(zhì)時期和現(xiàn)代巖溶動力系統(tǒng)運行規(guī)律，揭示各種資源與巖溶形態(tài)之間的匹配關(guān)系和演變，為提高資源開發(fā)利用效率和可持續(xù)利用提供支撐。巖溶資源學及其知識體系在國家能源資源安全與保障、鄉(xiāng)村振興、生物多樣性保護等方面具有廣闊的發(fā)展前景。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《Paleokarst》[62]、《Paleokarst Related Hydrocarbon Reservoirs》[63]、《Cave minerals of the world》[64]、 《 Water in Karst:Management, Vulnerability, and Restoration》[65]等。

洞穴學是現(xiàn)代巖溶學的一門獨有和古老的學科。它是研究人可進入的洞穴的科學，主要研究洞穴成因、洞穴地貌和地質(zhì)過程、洞穴沉（堆）積物及各種形態(tài)成因、過程和環(huán)境意義、洞穴物理、化學、水文和氣象過程、洞穴生物與微生物、洞穴古生物和考古、洞穴文化藝術(shù)、洞穴勘測與制圖技術(shù)、洞穴開發(fā)利用和保護、洞穴旅游、洞穴醫(yī)療等，在現(xiàn)行學科分類目錄（國家標準 GB/T 13745-2009）中還無相關(guān)性學科。現(xiàn)代巖溶學注重從多圈層相互作用的角度研究可溶性巖類（碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵鹽類巖石等）分布區(qū)洞穴系統(tǒng)的物質(zhì)、能量循環(huán)過程、機理與環(huán)境的關(guān)系及對洞穴特殊生態(tài)系統(tǒng)、微生物生物地球化學過程的影響。在一些火成巖、砂巖分布區(qū)形成的洞穴，也可借鑒現(xiàn)代巖溶學的相關(guān)研究思路和手段開展相關(guān)研究工作。在巖溶地區(qū)的一些人工開鑿洞穴，為研究其地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的影響和開鑿后的環(huán)境變化也可借鑒洞穴學的研究方法和手段。一些由地下熱液形成的深部（深成）洞穴，其同表生巖溶作用形成的洞穴不一樣，但也屬于洞穴學的研究范疇，需采用現(xiàn)代巖溶學、油氣地質(zhì)、地球化學等綜合性的研究手段。洞穴學的知識體系在洞穴景觀資源開發(fā)、利用和保護、區(qū)域環(huán)境演變研究、生態(tài)系統(tǒng)及生物多樣性保護、地下空間開發(fā)利用等方面具有十分廣闊的運用前景。這一分支學科的代表性或重要性論著主要是《Karst Hydrology and Physical Speleology》[21]、《桂林巖溶地貌與洞穴研究》[28]、《應用巖溶學與洞穴學》（1985）[66]、《Speleogenesis： evolution of Karst Aquifers》 [67]、《Cave Geology》[68]、 《 Speleothem Science： From Process to Past Environments》[59]等。

3 結(jié) 語

構(gòu)建現(xiàn)代巖溶學學科體系，并不是標新立異的提法，而是依據(jù)國內(nèi)外為解決巖溶地區(qū)面臨的獨特資源、環(huán)境、生態(tài)等問題所提出的科學理論、建立的相關(guān)技術(shù)方法而形成的，是科學研究的成果、解決實際問題的效果而孕育的，也是學科發(fā)展的必然。需要特別說明的是，從便于進行科學體系分類和開展教學實踐活動的角度，對現(xiàn)代巖溶學學科進行了科學的分類。但是，上述各個分支學科在保持各自獨立性的同時，在實際研究、調(diào)查中也不是截然分開的，而是為深入認識和解決某一問題，不同學科間經(jīng)常進行交叉和滲透，這也是現(xiàn)代科學研究的基本思路和手段。從支撐服務國家重大需求來看，現(xiàn)代巖溶學也大有用武之地，并能做出重大貢獻。巖溶面積占我國國土面積的1/3，在美麗中國建設、退化生態(tài)修復、各種交通線路建設、油氣和礦產(chǎn)資源開發(fā)利用、南海海島開發(fā)與利用、鄉(xiāng)村振興等涉及國民經(jīng)濟的重要行業(yè)領域中不可避免的會遭遇巖溶問題或與巖溶相關(guān)的問題?！耙粠б宦贰毖鼐€是世界巖溶集中分布區(qū)，約占全球巖溶總面積的 60%，共同面臨生態(tài)退化、石漠化、缺水、旱澇頻發(fā)等重大生態(tài)環(huán)境問題。聯(lián)合國2015-2030 年17 項可持續(xù)發(fā)展目標中消除貧困、清潔飲水、清潔能源、氣候行動、陸地生物等也同巖溶環(huán)境密切相關(guān)。要解決這些問題或?qū)崿F(xiàn)相關(guān)目標，都需要依靠現(xiàn)代巖溶學的理論、技術(shù)和方法。此外，現(xiàn)代巖溶學中關(guān)于巖溶碳循環(huán)與全球變化的知識體系能在國家“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略中區(qū)域碳循環(huán)的調(diào)控和碳匯效應評價方面發(fā)揮重要作用?？傊?，時代在召喚現(xiàn)代巖溶學學科的建立，現(xiàn)代巖溶研究也以其豐碩的成果回應時代的召喚，兩者相互哺育，共同培育了現(xiàn)代巖溶學學科體系。

致謝：僅以此文獻給我尊敬的導師、國際著名巖溶學家、現(xiàn)代巖溶學和巖溶動力學理論的創(chuàng)始人袁道先院士九十華誕！