生态地质学

更新时间:2024-05-21 11:18

生态地质学(ecological geology)是研究各种生态问题或生态过程产生的地质学机理、地质作用过程及其背景的一门学科。生态地质学尚处于探索阶段,大多采用植被地理学、地质学、水文地质学的方法和遥感技术研究植物(生物)与地质因子之间的相互作用。今后的理论发展将更侧重于地学与生态学的渗透与融合,在植物(生物)与地质因子之间建立沟通的桥梁,突出两者的协同效应。

渊源

生态地质学是地质科学的一门新兴的分支学科,它以生态学、环境科学与地质科学相结合为特点,属新近创立的边缘学科。其产生既有当代全球环境问题挑战的需要,也有其历史渊源;既受现代生产实践的驱动,也是科学发展进入新时期,各学科针对新的实际问题进行交叉、融合,从而形成新的前缘学科的必然结果。环境地质学是地质科学与环境科学相交叉的产物,属地质科学的分支学科;环境科学以“人类生存环境是一个自然—社会—经济复合生态系统的基本原理”为基础,以“人类—环境系统”为研究对象,主要研究“环境的负效应,特别是次生环境问题”,因此又把生态环境地质学视为环境科学的重要组成部分。

生态地质学不仅研究自然环境自身变化所引起的次生环境问题,也研究人类活动作用于周围环境所引起的次生环境问题。其次,它不仅研究生态系统、生物多样性等内容,也从地学角度研究生物多样性减少等生态问题。同时,它不仅研究环境地质学所包括的内容,也与运用生态学的观点方法相近。此外,还包括自然资源学的部分内容。因此,生态地质学是一门综合性较强的学科

基本概念

环境地质学是研究生态地质环境系统的组成和结构、历史演变、现状及其运动变化与未来发展趋势,研究在自然和人为因素双重作用下引起地质环境和生态环境变异以及生态环境与地质环境彼此间相互作用、相互影响、相互刺激、相互反馈所产生的生态环境地质问题与效应的人为因素与地球动力作用、地球化学作用和其他现代地质作用的机制、模式,进而寻求正确解决生态环境地质问题、确保人类社会与生态地质环境之间协调演化、可持续发展的具体途径的科学。

历史及现状

尽管生态地质学的产生已孕育了较长的过程,但过去地质学家在这一领域中所做的工作却是有限的,研究历史及现状仅仅通过数篇论文反应出来。生态地质学的研究历史可以划分为两个发展阶段。

萌芽阶段

20世纪30年代,泰勒对生态地质学的定义是“作为环境系统构成部分和生物圈的物质基础的地质圈,在自然和人类活动成因因素影响下发生变化的科学”,这一定义界定了生态地质学涉及的研究内容和对象要包括以下3个方面:一是把由岩石圈各种形态构成的地质环境作为环境系统重要组成部分;二是明确了生态地质学研究的主要对象并非岩石圈的全部,而是作为生物圈物质基础的那一部分客观实体;三是生态地质学的研究内容是在自然和人类活动成因因素影响下,作为生物圈物质基础的那一部分岩石圈所发生的变化。

探索阶段

我们专攻生态地质学方面的研究起步较晚,国外专攻生态地质学方面的文章也不多。在国内,陈梦熊发表的“论生态地质环境系统与综合性生态环境地质调查”和林景星(1999)发表的“生态环境地质学概述”,基本表达了目前生态环境地质学研究的现状。

陈梦熊(1999)从环境地质学的观点出发,把地质环境作为一个独立的非生物系统,提出在自然生态环境与社会生态环境双重影响下,研究地质环境与人类和生存环境之间的关系,即生态地质环境系统的新概念。建议把传统的水文地质学、工程地质学以及灾害地质、城市地质、农业地质等内容,概括称为生态环境地质。他强调地质环境系统、自然环境系统和社会经济系统三者之间存在相互影响、相互制约的紧密关系,且把三者之间错综复杂的演变机制,视作一个动力系统,称之为生态地质环境系统。对人类社会起主导作用的地质环境,在自然环境与社会经济环境的双重影响下,既可向良性循环发展,也可向恶性循环发展。他建议把研究生态地质环境系统的科学称为生态环境地质学。

林景星以城市生态环境为研究原型,从环境污染角度提出:“生态环境地质学是一门研究人类地质活动所引起的地球最表层(含生物圈、水圈)的物质移动和能量转换规律及其所产生的正面效应和负面效应对人类生存环境影响的科学”。他认为生态环境地质学应以生物体为主体,研究其对各类环境地质条件的反映,并着重研究有史以来人为地质作用(特别是大规模的经济活动)对人类生存环境的影响。

内涵

依据生态伦理学和人类生态学原理,定义中“人类”具三重性。首先,生态环境地质以人类为主体;其次,认为人类仅是自然生态系统中的普通一员,强调人类一切活动应遵循生态学规律与自然和谐发展;第三,将人类活动作为现代地质作用之一,并认为现代地质作用由内外动力地质作用(自然地质作用) 、人为地质作用及生物地质作用等组成。

把人类的立足之本,并被大气圈围绕的岩石土壤圈、水圈等构成的地质环境作用研究主体,着力寻求生态环境恶化的地质原因,研究在自然—人为双重作用下,生态地质环境良性和恶性反馈的机制与模式。

生态地质学基础研究包括两个重点。一是学科理论研究;二是具客观实体性质的生态地质环境的时空研究。空间研究的内容是生态地质环境的组成、结构与功能;时间上包括生态地质环境的历史演变历程、现状及其运动变化和未来发展趋向。

生态地质学将地质学(地貌及第四纪地质学、水文地质学、工程地质学等) 、土壤学、环境科学、生态学、灾害学、地理学、自然资源学、社会学及其分支学科如环境地质学、人类生态学等熔为一炉,以地质学的理论、方法为主线,生态学的思想观点为依托,在地球系统科学的大框架下研究岩石、土壤、地下水和地表水、植被群落及其在现代地质作用下产生的生态环境地质问题与效应。

生态地质环境具演化性。生态地质环境是地球历史演化过程的产物。人类的出现,物质文化环境的形成,意味着生态地质环境发展到了成熟的阶段。各圈层之间相互作用、相互影响,始终处于不断演化中,且任何一个因素的变化或改动,都会打破系统的动态平衡,驱使整个系统发生变化与重新调整。开展生态地质环境演变研究,不仅是为了了解过去和现代,更重要的是为了预测未来。

内容任务

生态环境地质学主要是研究具客观实体性质的生态地质环境与生态环境地质问题的学科,重点是生态环境地质问题。目的是寻求受损生态地质环境系统的恢复、保护和治理对策,求得人与自然和谐相处和可持续发展。主要包括:研究生态地质环境的组成、结构与各要素功能、历史演化、现状及其运动变化与未来发展趋势;生态环境地质问题产生的现代地质作用、地球动力作用与地球化学作用以及与其他因素的相互作用机制与模式;生态地质环境保护、治理、调节控制的技术措施。

以时间为主线,生态环境地质学主要研究生态地质环境的过去、现状与未来发展趋向。所谓过去,即古生态地质环境演变,主要研究其在时间上的变化规律和引起这些变化的原因。通过信息提取,重建古生态地质环境演化历史,寻求其演变的准周期规律,以预测生态地质环境未来变化趋势,为经济、社会可持续发展服务。生态地质环境现状观测与研究的重点是在揭示较小时间尺度生态地质环境变化规律的基础上,着力探讨(或阐明)生态环境地质问题与生态地质环境恶化的机理与地质原因。生态地质环境变化预测研究,应通过高度思维、把复杂的生态地质环境系统予以抽象化,在保留其主要特性的同时,抓住生态地质环境系统本质上的特征,建立概念模型,再采用数学工具进行分析,以地质学、生态学、生态伦理学地球系统科学与可持续发展理论为科学技术观,建立预测、预警的数学模型和目标,进而提出切实可行的防治对策。

按与生态环境地质学有关学科的研究对象划分,研究内容包括地质学(地貌及第四纪地质学、水文地质学、工程地质学、环境地质学、地球化学……)、土壤学、生态学、地理学、自然资源学、环境科学等与之相关的内容,重点是岩石土壤圈的岩石与土壤、水圈中的地下水与地表水、生物圈中的植被与生物多样性减少。不仅如此,还应采用生态环境地质学的理论与方法,将上述零散的研究内容纳入生态地质环境的组成、结构、能流、物流、信息流和价值流的统一框架下进行研究。

热点难点

陆地水环境变化

陆地水环境的变化对淡水资源的供应有直接的影响,与国民经济、生态环境有着密切的联系。河湖洪水泛滥与河湖、沼泽湿地干涸都会对工、农、牧业生产、人民生活、生物多样性带来很大的危害,乃至产生其他生态环境地质问题。这些变化主要有河川径流减少或断流、水循环变异、冻土萎缩与区域地下水水位下降、泉口下移、流量减少、湖泊和沼泽湿地减少或干涸、水体污染等,其结果是淡水资源短缺。

荒漠化与土地资源退化

荒漠化除造成土地资源丧失外,还和全球水资源短缺一样,已成为人类面临的最主要的生态环境地质问题。这是因为一方面荒漠化是生态环境恶化的综合表征;另一方面荒漠化会失去粮食、奶、毛、皮等农、林、牧生活与生产资料的来源,也影响全球碳的固定和生物多样性。

干旱、半干旱地区生态系统十分脆弱,所以对地壳内、外动力地质作用、气候变化和人类活动的影响非常敏感,由此造成的水土流失与土壤侵蚀、土壤盐渍化、沼泽湿地减少、牧草地日益被蚕食缩小,已成为严重困扰经济、社会发展的障碍。目前荒漠化与土地资源退化的研究多限于地理学及生态学等专业中,从地质学角度研究荒漠化已成为生态环境地质学研究的迫切任务。

生态环境恶化的地质及人为原因

地质环境与地壳内、外动力作用的历史、强度、质量明显地制约着生态环境的演化,而生态环境在很大程度上又依赖于地质环境,在一定条件下又会改变地质环境。因此,生态环境的恶化与地质环境变化密切相关。在环境地质学中,将人为作用看作地质作用的一部分,则日趋明确。如B. H. 维尔纳茨基在20世纪40年代就指出, “地球上出现了新地质现象,即智慧圈。在智慧圈内,人类已成为强大的地质力量”。毛同夏(1991)认为,人为地质作用是环境地质学的重要研究内容。并将人为地质作用归纳为人为剥蚀作用、人为搬运作用、人为堆积作用、人为塑造地形作用和人类活动的其他地质作用。

古生态地质环境演变研究

5种时间尺度下,能反映古生态地质环境演变可定时、定位信息的提取。据史培军(1991)研究,它们分别是: ①十年至几十年,由科学仪器及历史文献记录,如不同时段遥感图像、气象水文观测记录、历史文献记录所反映的古生态 地质环境演变的信息; ②100~1000a,由树木年轮、沉积物化学元素、孢粉分析、古水文地质现象、地层、地貌、考古、历史文献等所反映出的古生态地质环境演变方面的信息; ③1000~10000年,由季候泥、湖相地层及14C测年、孢粉分析、地层中动植物群、考古发现等反映的古生态地质环境变化的方面的信息; ④10000~100000年,由各种成因类型第四纪沉积物气候层、事件层、地貌、动植物化石及孢粉资料、同位素分析等所反映的古生态地质环境演变方面的信息; ⑤100000~1000000年,由第四纪沉积物物理、化学分析与地貌、孢粉、动植物化石、古地磁、热释光裂变径迹等测年技术反映演变的信息。

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