地质-生态学科交叉的国内外研究动态
一、地质-生态理论认识和体系的形成
国际上现阶段地质-生态学研究与环境地质研究有相当程度上的相似性，但已经逐步体现出其研究特色，并有逐渐强化地质生态研究的发展趋势。但到目前为止相关研究成果还不够丰富，还不能认为系统的地质生态学作为独立学科已经建立。许多理论问题和应用技术方法尚不够完善。由于社会需要的推动，地质-生态学作为新兴的交叉学科发展方向，正在逐步成为研究热点和活跃点，但其内涵和研究范畴还没有形成广泛共识，地质生态指示性指标的研究、多目标的评价技术方法、地质生态设计与治理系统工程技术等许多方面需要进一步研究。
虽然地质-生态学作为一门独立存在的学科尚未成立，但作为一种学科交叉现象具有很大的发展空间，将来能否产生独立的地质生态学科，取决于能不能取得合理的、有广泛认可的学科定位。但无论形成独立学科，还是保持学科交叉的混合特色，都需要就其理论基础、研究范畴取得一定的共识，否则又会出现如同环境地质学形成后的“广义”概念与“狭义”概念的争论，难以在学科认同上统一。因此，需要对地质-生态理论认识和学科体系进行研究和讨论。
卢耀如先生将地质-生态环境的研究方向根据目的的不同分成如下几个方向：
综合性研究方向：该方向主要研究地质-生态环境的演变，需要在探索自然界存在的有利与不利这两方面的条件与因素的基础上，密切结合人类活动影响与工程效应，而加以综合的研究，这是研究地质-生态环境的最基本的准则与最重要的研究方向。
全球性的研究方向：地质-生态环境问题涉及到地球的自然演化、各种灾害的发生与发展，以及人类活动对环境的效应，这样，就需全球性的研究方向。
宇宙性的研究方向：对地球这一生态系统的演化与起源还不很了解，所以应用现代科学技术以研究宇宙中星球，特别是太阳系的起源和演化，这对探索和研究地球自身的形成与演化，也是非常主要的研究途径。
石建省认为，地质-生态学的系统发展应考虑在如下几个方面推进：基础地质-生态学理论研究、区域地质-生态学与比较地质-生态学研究、实验地质-生态学研究、专门地质-生态学（脆弱带地质-生态学、农业地质-生态学、城市地质-生态学等）研究、地质-生态经济与规划研究、地质-生态系统控制研究与工程实践。
二、地质环境-生态系统相互关系研究和剖析
水-土-生态三大要素（三个子系统）的存在形式、利用现状、形成演化规律、要素之间的相互作用以及对人类社会经济发展的制约和影响是地质-生态研究的主要对象。但目前对地质要素的生态意义和生态保护的地质依据都缺乏系统和科学的认识。地质环境-生态系统的相互作用应是地质-生态学研究的重要内容。
以地下水为例，以往的水文地质研究主要揭示地下水的来源、运移演化规律，地质-生态学研究则要探讨水对生态系统的控制，即“生态水位”的问题。“生态水位”是维持区域生态系统稳定所需的地下水位区间，高于这个水位区间上限临界值，地表土壤就会发生盐渍化，低于这个水位区间下限临界值，就很容易触发沙漠化。但这一水位区间又是一个复杂要素集合的函数，同时是一个时空动态变化的函数，它受到地质结构、地貌单元、气候条件、土壤类型、种植结构、植物种群特性、人为影响程度等的影响，需要进行系统相应分析。
三、地质一生态指标体系研究
脆弱性判别的实施是建立在利用科学的指标体系对脆弱地质生态环境进行结构表述的基础上的。指标体系选取指标的原则是以最少指标达到完整描述系统特征的目的，既要谋求科学性原则、完备性原则和独立性原则，大致需要如图10-3的步骤。
图10-3 地质-生态指标体系的选取过程
地质-生态指示性指标体系的筛选是进行地质-生态分析的基础和关键，也是目前研究较少，需要予以重视的主要方面。国外曾经组织过国际间合作计划，集中探讨了为多目标可持续发展服务的“地质指示指标”筛选问题，并认真分析了这一问题的复杂性和深入研究的必要性，在他们的初步成果中，提出如下地质指示指标：珊瑚化学和生长方式、沙漠表面结皮和裂缝、沙丘的形成和再活动、尘暴的规模/延时和发生频率、地表冻融作用、冰川波动、地下水水质、非饱和带地下水化学、地下水位、岩溶作用、湖泊水位和盐度、相对海平面、堆积物层序和成分、地震、海岸线位置、边坡失稳（滑坡）、土壤和堆积物侵蚀、土壤质量、溪流、水流、通道形态、水流堆积的存储和运载、地下温度体系、表层转运、地表水水质、火山活动、湿地的扩张/结构和水文学、风力侵蚀，并且认为一些其他指标也应考虑在内，如：地磁场及其他地球物理参数、岩石应力状态、岩石风化、岩石-微生物相互作用、土壤/粘土膨胀、地表过火、湖泊/海洋堆积物的放气作用、非可再生资源指标等。这些成果的研究思路值得借鉴，但它的目的和对象与本文所要讨论的并不一致，尚需进一步研究总结。
四、尺度问题和时空演化研究（古地质-生态学研究）
由于地质-生态系统的复杂动态特征，在研究中必须注意其尺度效应，重视时空演化分析，加强对古地质-生态特征的研究，用地质历史演化的眼光看待我们目前的地质-生态状况。
1.尺度效应问题
自然过程和人为作用，都是在一定的空间和时间尺度内发生的，在不同的尺度上，其表现和描述的特征具有明显差异，描述其特征的指标也不一定一致。所以必须注意尺度问题。在上述分析中（见表10-1），曾论述过在不同区域尺度上控制地质-生态脆弱性的主导要素的不同，如在大的区域范围内，主导要素是大地构造单元，而在局部区域范围内，主导因素可能是气候条件和地貌单元等。同样，由于几十年来地质-生态环境的巨大变化，其时间尺度的对比也应高度重视，把不同年代的资料混合起来作为现状分析是不科学的。
2.时空演化研究方法
动态复杂系统的研究，要立足于几个基本观点：系统的观点，综合的观点，信息的观点。采取如下策略：
“以静表动”：抓住时空演变中有限个特征时期的静态状态，达到系统描述其动态特征的目的；
“由点到面”：突出深入研究空间中具有典型意义和带动作用的若干个点上的特征，来刻划面上的轮廓和规律；
“将古论今”：通过系统研究地质时期的地质-生态演化，认识当前所处演化阶段，推测其自然发展趋势，结合人为影响的强度，预测系统的变化趋势；
“时空融合”：将时间上的认识和空间上的认识集合起来，利用现代信息处理技术，进行时空总和分析和建模研究。
主导研究方法包括：实验、监测、调查与3S技术相结合。
3.古地质-生态分析的重要性
“将古论今”是地质-生态研究的重要手段。由于我们所处的自然环境是地质演化过程的阶段性表现，其今后发展趋势必然首先受制于地质演化规律，我们对现今地质-生态系统的认识也是非常零散的，很难形成时间序列，从而建立演化规律的认识。因此，开展古地质-生态研究显得格外重要。
五、脆弱带地质-生态系统研究
对地质-生态环境的认识是复杂的系统科学问题，涉及具有动态结构的多维信息体，尤其是脆弱地质生态环境的敏感性特征，决定了需要对多因素关系及其易变性进行研究，这种多因素关系构成“链式”结构，一种因素的变化可以触发相关联的其他因素发生变化，并且具有明显的临界值。认识地质生态环境的复杂性、“链状”关联结构是对其特征进行表述的重要前提。
确定描述这些内容的指标体系、分类标准、参数获取方法和精度控制要求是重要的前期工作，需要专门开展研究。赵跃龙认为，脆弱生态环境的成因，包括自然因素和人为因素两个方面，自然因素又分为地质脆弱因子、地貌脆弱因子、气候脆弱因子、水文脆弱因子，人为因素主要是不合理开发利用资源和环境产生的影响。但这些因素的脆弱表现和具体指标，特别是地质脆弱因子的表述研究的还十分不足。
对脆弱地质-生态环境进行评价的关键是脆弱性判别。这种判别体现在不同空间和时间尺度上，服务于不同的目的。单指标脆弱性判别一般适用于小的空间尺度和比较具体的服务目标，而综合脆弱性判别主要适用于较大空间尺度和多目标综合需要的判别，如脆弱地质生态环境对区域经济发展综合影响程度的判别。
六、地质-生态系统评价方法模型
1.地质-生态系统研究步骤
从研究阶段和程序上看，地质-生态系统研究的步骤见表10-2。
表10-2 地质-生态工作划分与工作方法
2.地质-生态研究的方法体系
在地质-生态研究中，除了需要把3S技术与传统工作方法有机结合，大规模采用野外原位测试快速取得信息等技术支撑条件外，在多源信息综合评价过程中需要采用许多数学计算方法，通过这些计算方法及其组合应用，对地质生态类型做出量化判别，对地质生态状况做出综合评价。这些方法主要包括：
（1）加权综合指数法。根据实测值和评价标准求取分指数，然后由分指数计算总指数。计算综合指数的方法有叠加法、均方根法、权重法等。
（2）模糊综合评判。利用地质生态环境质量分级中间过渡的模糊性，按不同分级标准通过建立隶属函数在闭区间[0,1]内连续取值来进行评价。
主要步骤有：对单项指标分别建立隶属函数，求出隶属度；建立模糊关系矩阵；计算各因子的权重；进行模糊聚类，综合评判，取聚类系数最大者为该评价点所属级别。
（3）灰色系统分析。基于地质生态环境系统的灰色性，考虑多因子的综合影响，利用灰色系统理论进行因子之间的灰色关联分析、灰色聚类（等斜率法、倍斜率法）、灰色预测、灰色控制等操作。
（4）层次分析（AHP）。AHP是一种系统工程方法，它根据各类指标及各类指标诸因子在环境中的相对重要性，经过层次结构、构造判断矩阵、层次单排序、层次总排序、一致性检验等步骤，分别算出指标之间的相对重要性，以此作为“权”。
（5）有限元与有限差分。进行参数场模拟和环境稳定性分析，在参数比较充分的情况下可以使用有限元等数值法。通过分析调研、模型抽取、模型建立、模型计算与检验等步骤进行分析应用。
（6）神经网络模型。可以应用误差反向传播人工神经网络模型（B-P网络）。它包括有多个节点的输入层（多要素）、多个节点的中间层（相互关联）、一个或几个节点的输出层组成。利用该模型解决地质生态环境评价分析中的模式识别和系统辨识问题。人工神经网络理论通过对代表性样本的学习自学习、自适应，掌握事物的本质特征，易于作出客观、正确的判断。B-P网络的学习过程就是一个网络权系数的自适应、自调整过程，通过反复训练后，网络具有对学习样本的记忆、联想的能力。
（7）分形计算。地质生态环境系统中的一些分析对象，可能具有自相似性几何特征，而且这种自相似性可以用分数维（D）来表示。
（8）多元统计分析。统计分析是常用、成熟的计算机数值处理方法，考虑到本系统对统计分析的要求，将在系统开发中融入必要的数据处理和回归分析功能，如一元线性回归分析、多元线性回归分析、逐步回归分析、平滑与拟合、主成分分析、排序等。
（9）人工智能与可信度分析。地质生态环境系统的不确定性决定了在分析过程中需要一定的非确定性专家知识的支持，需要以决策支持系统的思路，通过人机对话方式进行智能处理。一些模型运算结果或中间处理过程需要进行可信度分析。
3.综合地质-生态模型分析体系
（1）农业地质-生态适宜性分析模型。农业是我国最重要的基础产业，随着人口增长，经济发展，国家对农业的发展越来越重视。农业地质生态作为地质生态环境研究的重要方面，主要研究农业生态与地质环境的相互关系，研究开发农业地质资源及其利用、改造和调控的措施，研究农业地质生态环境污染与防治、农业地质灾害防治及农业地质环境区划等问题。
作为农业地质-生态分析的辅助分析工具，本模型应提供一系列分析方法，使用户能够对所研究的区域农业环境问题的各种影响因素进行分析，尤其是对表层地质结构、岩土元素地球化学、生物、水文地质特征等与农业生产的关系进行系统分析，取得对控制性因子的认识。然后选择综合评价方法，进行农业地质生态适宜性综合评价，生成适宜性分区图。
（2）地质-生态质量综合评价模型。地质-生态质量综合评价是一个复杂的分析过程，由于地质生态环境系统的复杂特点，难以用一种统一的方法和规范的计算过程进行评价。从实际需要的灵活性出发，这方面的模型分析采取优化组织的方法集合方式，通过与信息系统数据库和图形库的紧密连接，以人机对话方式由用户选择模型运行机制、计算方法、参数提供方式、结果输出方式与流向等，进行模型实际运作。
（3）区域地质-生态环境承载力分析研究。区域地质-生态承载力表征模型与求解；区域地质-生态承载力综合评估；区域地质-生态承载力饱和度；区域地质-生态综合敏感度与触发因素分析。
（4）土地质量退化与侵蚀控制分析模型。
从全球来看，在中低纬度的岩溶区，如：东亚和地中海地区，尤其是我国的西南岩溶石山地区，坚硬致密的碳酸盐岩层极少或无冰川沉积覆盖，成土缓慢，土壤缺乏，而岩溶双层结构空间发育，新生代地壳上升强烈，水源漏失严重，加上干湿分明的季风气候，导致生态环境脆弱，普遍干旱缺水，石漠化严重[18]。在俄罗斯西伯利亚平原的岩溶区，广泛覆盖于碳酸盐岩层之上的冰川及河流冲积层，有利于土壤的形成，而下伏碳酸盐岩中的岩溶空隙有利于排除沼泽地区过多的积水，偏碱性的碳酸盐岩也有利于中和酸性环境。因此，高纬度的岩溶区都成了主要的农业基地。而在东南亚、美国东南部和中美洲广泛分布的第三系碳酸盐岩层，具有高达16%～44%的孔隙度，含水量很高，干旱缺水和石漠化较弱[19]。所以，受生态地质环境条件影响和供水需求的带动，欧洲国家和我国都比较重视对岩溶及岩溶水勘查开发技术的研究。而且，我国岩溶不但分布面积广，并且由于一系列地域优势条件所决定，许多岩溶类型在全球有范例性，客观上使得我国的岩溶研究能够依托地域优势，为全球岩溶学科发展作出更大的贡献[20]。联合国教科文组织国际地质对比计划(IGCP)中有关岩溶的3个项目：IGCP299-地质、气候、水文与岩溶形成(1990～1994)；IGCP379-岩溶作用与碳循环(1995～1999)；IGCP448-全球岩溶生态系统对比(2000～2004)，均由我国提出并组织领导，一直由我国科学家袁道先院士担任项目工作组主席。2004年2月，联合国教科文组织IGCP执行局第32届理事会还通过了世界岩溶研究中心(IRCK)设在中国的提案，充分体现了我国岩溶研究水平在国际学术界的权威地位。
在岩溶水的勘查研究程度方面，目前发达国家对岩溶区都作了系统的水文地质调查，工作的内容和程序与国内基本相似。但对每个岩溶泉或暗河流域投入的勘探、试验工作和所达到的控制程度普遍高于国内。他们对于每一个可能的落水洞与泉、暗河出口或钻孔之间都作了示踪试验，对各个岩溶水径流通道间的联系和展布方向、流速、流域边界掌握很确切。对主要的岩溶暗河、大泉、供水水源地都建立了长期自动监测系统和预报及管理模型，实现了定量化的预测预报。而且近些年来，国外地下水模拟软件不论是在数量还是质量上都有了巨大的发展和提高，前后处理的可视化功能日益强大[21]，公益性、基础性的地下水数据库建设也很完善和普及[22]。
在地下水勘查技术研究与应用方面，地球物理探测技术是主要的技术手段，在半个多世纪的发展历程中，大致经历了三个主要阶段。20世纪50～60年代地球物理方法就已被应用于地下水勘查领域，方法以直流电测深、激发极化法、电测井为主，勘探的目标主要为第四系松散岩类孔隙水，方法成熟简单，目前许多地质勘查单位仍以其为主要勘探手段。70～80年代期间，找水工作开始面向勘查难度较大的基岩裂隙水、岩溶水，相应的物探技术方法也有了新的发展，如音频大地电场法、甚低频法、放射性法、综合测井等方法的应用，取得了明显的效果，并形成有特色的系列找水技术。从90年代至今，由于地下水勘查的内容和范围不断扩大，研究的问题更加深入，更具有针对性，所采用的技术方法通常都以综合物探手段为主，包括常规手段以及先进的电磁法、高分辨率地震技术等。
目前，国外地下水地球物理探测技术发展迅速，电法已经从直流电阻率法发展到仪器轻便、分辨率高的电磁法，包括频率测深、音频大地电磁测深、瞬变电磁测深、可控源大地电磁测深等高灵敏度方法。美国、俄罗斯、澳大利亚、加拿大等国地球物理技术研究实力和仪器开发能力基础雄厚，工艺先进，先后研制了多系列的电磁法仪器，如美国Zong公司研制开发的GDP电磁法勘查系列，加拿大Geonics公司研制开发的EM瞬变电磁系列，加拿大Phoenix公司研制开发的V5、V6电磁法勘查系列，澳大利亚Geoinstru Ments公司研制开发的Sirotem电磁勘查系列以及俄罗斯研制的建场测深法系列等。德国、法国、日本等国在非洲、南亚地区有专门从事地下水勘探的地球物理公司，应用的方法主要为电磁剖面法、甚低频法、频率域电磁测深法，瞬变电磁法等[23]。另外，白俄罗斯和法国生产的核磁共振直接找水技术更是地下水地球物理探测技术的一大进步，其实质也属电磁法勘探范畴。它不仅能直接反映地下含水层的特征，而且还能提供如孔隙度、渗透率、导水性等水文地质参数，是最具发展潜力的一种地下水探测新技术。
我国在地下水地球物理探测方面，也经历了从直流电法到电磁法的发展过程，目前拥有相当数量的上述大型电磁法勘查设备，但均为引进设备，自行研制能力较差，但在应用研究方面成果突出。先后开展了多项专项技术研究，如中国地质调查局组织实施的音频大地电场仪及找水研究、综合物探技术寻找基岩裂隙水应用研究、西北沙漠和黄土地区EH-4电导率成像系统勘查地下水技术研究、西北严重缺水地区地下水勘查战略研究等都是以电磁法为主流的应用研究。另外，在应用方面以电磁法为主开展了地质条件复杂、找水难度大、环境恶劣的一些生态地质环境条件下的地下水勘查工作，例如：罗布泊及塔里木盆地的松散岩类孔隙水、西部山地基岩裂隙水、西南岩溶石山地区岩溶水的勘查等，积累了较丰富的实践经验。不难看出，上述国内外地球物理探测技术的发展现状表明：信息量大、分辨率高、勘探深度大的电磁法探测技术已成为地下水地球物理探测技术的主要手段，在地下水资源勘查中发挥着重要的作用[24]。众所周知，物探结果仅是地层物性层空间分布特性的反映，解释结果是多解性的。如何将具有多解性的物探结果进行合理的地质解译，提高解释精度，这是水文地质和物探工作者必须深入研究的课题之一。实践证明，研究水文地质条件、掌握岩溶发育规律及地层岩性与物性之间的关系，从而建立合理的地质—地球物理模型与解释标准，是解决地质问题的核心。另外，任何一种物探方法都有其独特的优点，但也存在一定的缺陷，国内外的地球物理学家都共同认识到，在岩溶水勘查工作中，不能仅仅依靠某一种物探方法来解决问题，应该充分考虑实际水文地质条件，研究选择适宜不同地质环境条件和探测对象的方法组合和实施方案，多方法探测和综合解释，才能提高解释精度，取得更为理想的效果。由于我国岩溶面积广阔，岩溶类型多样，条件复杂。所以国内的水文地质和物探工作者，利用传统技术方法与引进的部分新技术设备结合，加强水文地质条件和岩溶发育规律研究，结合自身的经验，在找水的准确性上，也有很大的进步，积累了许多成功的经验，在应用研究的深度和广度方面居于世界前列。
在岩溶水的开发技术方面，国内外引、提、堵、蓄的技术原理都基本上相同。欧洲岩溶水的开发方式，过去曾经以钻井取水为主，实行就地分散供水。20世纪后期，随着调查研究的深入，水文地质学家认为，一个岩溶泉流系统的各部分存在着密切的水力联系，水流的大部分最终都将汇集到泉口集中排泄，加之泉域面积较小，地形高差不大，在经济允许的情况下，按泉域统一规划和集中开发与调配更有利于岩溶水资源的管理和保护。因此，随着经济的发展，目前开发方式已经逐渐演变为以泉为水源，建设水厂，集中布设管网供水为主，仅在部分边远的地区还保留着一些分散供水井。在岩溶防渗成库技术上，在欧洲的法国和前南斯拉夫等国的岩溶分布区，自20世纪70年代或更早的时期，就建设了多个岩溶暗河开发工程和利用岩溶谷地建库建设水电站，解决岩溶区缺水困难和能源短缺问题，取得了岩溶水资源开发和水能开发带动农业、工业和城市发展的成功经验，如法国的拉苏斯城市供水水源地、特里波罗农业区的夏特里赫暗河开发工程、前南斯拉夫的特例比西尼察、涅列特瓦岩溶流域的水能开发等[25][26]。在钻井技术上，国外的技术设备远比国内的先进，能够满足干旱岩溶石山地区无冲洗液钻进的要求，钻进速度和自动化程度都高得多。
我国政府十分重视西部地区地下找水工作，20世纪70～80年代，组织完成了大部分地区1：20万的水文地质普查，80～90年代，又组织开展了部分城市和重要经济区1：10万至1：2.5万的水文地质普查。之后，在20世纪末开展的“西北地区地下水资源特别计划”、“西北地区地下水勘查战略研究”、“西南贫困岩溶石山地区扶贫找水计划”等一系列工作的基础上，中国地质调查局2001年组织实施了“西部严重缺水地区人畜饮用水地下水紧急勘查工程”，2002年实施了“西部严重缺水地区地下水勘查示范工程”。其目的是通过对不同缺水类型地区水文地质条件的野外调查及分析，找出解决农村生活和生产用水困难的找水方向与途径，并通过适量的勘探工作加以验证，取得不同缺水类型区的找水经验，指导当地解决干旱缺水问题。探采结合示范井的实施，不仅获得了找水与取水的先进技术方法及经验，还直接解决部分严重缺水地区的人畜饮用水困难。“九五”期间直到2002年西部找水工作施工探采结合井约400眼，施工小口径浅井约3000眼，直接解决约120×104人饮用水困难。在岩溶水开发工程技术上，国内如蒙自五里冲这样的工程，也创造了超高防渗帷幕、超高超薄防渗墙、加密高压灌浆技术处理特殊复杂的溶塌堆积体等国际领先技术。还有许多颇具特色的岩溶石山区分散中小型岩溶泉和暗河引、提、堵、蓄工程技术。
现代地下水勘查已成为一项巨大而复杂的工作，其涉及的内容广泛，包括地质学、水文地质学、工程地质、环境地质、地球物理学、数学、计算机等。从单一方法向地质测绘、地面物探和综合测井、“3S”技术等综合方法密切配合方向发展。在不同岩溶水源地类型的勘查中，不断提高岩溶水文地质调查研究程度，加深岩溶水赋存规律的研究，开展地球物理探测技术的优化组合示范研究及应用，使地下水勘查工作达到快速高效之目的，已成为国内主要的研究方向之一。在开发技术上，根据岩溶石山地区的需水特点，大型与中小型工程技术的研究与实践并举，特别是西部大开发及扶贫找水的推动，促使中小型工程的技术研究与应用得到了空前广泛地开展，取得了巨大的进步。目前，急需系统地研究总结和推广。国外的岩溶水探测技术主要朝着进一步提高精度、简便易行的方向发展，开发新的方法和设备，改进已有的设备，开发功能更全面和强大的解译软件。同时不断研究与改进岩溶水开发、水处理的工程技术设备，提高对复杂的岩溶地质环境的实用性和效率。另外，随着岩溶水开发程度的提高，一些地区由于不合理的开发导致发生了岩溶塌陷、泉水疏干、地下水污染等不良环境地质问题，引起了社会对岩溶水资源的合理利用和保护上的关注。因此，对岩溶水的脆弱性、环境监测预报与保护技术的研究，也已成为水文地质及环境地质研究工作的一个主要方向。
国内外地质-生态交叉研究的领域是非常广阔的，尽管许多研究并没有冠以地质-生态研究的名义，并且在国外也很难区分地质-生态学、地生态学（地学生态学）、景观生态学等概念，实际上许多研究内容体现了地学与生态学的结合，体现了地学为人类生存服务的需要和发展趋势。这些研究应该属于地质-生态学的研究范畴。已有研究从总体上可分为以下几个方面。
一、脆弱带自然退化生态学研究中的地学工作
环境脆弱表现，如沙漠化、土壤侵蚀、土壤盐渍化等，既是环境地质问题，也是生态环境问题，历来被多学科所关注。
牛文元首次引用了生态环境脆弱带（ECOTONE）的概念。其定义为：在生态系统中，凡处于两种或两种以上的物质体系、能量体系、功能体系三者之间所形成的界面，以及围绕该界面向外延伸的“过度带”的空间域。并且牛文元还对生态环境脆弱带的判定指标以正态函数给出，使生态环境脆弱带的判定达到定性-定量的程度。
中国科学院兰州沙漠研究所的朱震达是最早用国际荒漠化定义对我国的生态脆弱带进行研究的。他提出了在我国的北方农牧交错地区存在一条地跨半湿润、半干旱和干旱地区的生态脆弱带。并且，他在分析了土地荒漠化的各种成因后，提出了克服荒漠化的基本对策。编制了中国土地荒漠化类型图（1∶1000万）。
赵跃龙等在《中国脆弱生态环境类型、分布及其综合治理》一书中，从水资源、地热资源、干燥度、人均耕地面积和地表植被覆盖度等五个方面，建立了一套系统、完整、客观、灵活且具有较强可探讨性的脆弱生态环境定量评价指标体系及方法，并通过用此方法计算全国26个省区的脆弱度，与实际情况基本一致，由此证明该方法的准确性。他还应用这一指标体系，划定了我国脆弱生态环境的分布范围，并将其与贫困进行了相关分析，为我国的国土整治提供了依据。
章家恩在“现代生态学研究的几大热点问题透析”一文中，提出了退化生态学，就他个人的观点认为，退化生态学与生态地质学的研究内容相近，认为生态地质学是退化生态学的一部分。但是退化生态学到目前为止，也没有统一的标准与体系。
孙武通过以波动性研究人地关系与脆弱带的关系，说明了脆弱带的成因是由于生态系统输入条件的强烈波动性造成的，波动性是生态脆弱带自然-社会符合系统最明显的标志。
石建省撰文指出，由于地质生态环境是以人类为主体，以地质环境为基础，无机要素和有机要素共同构成的环境系统，地质环境的稳定性必然影响到生态环境的稳定性，使脆弱地质生态环境成为客观存在的现象。脆弱地质生态环境是由于地质演化及其所处的环境系统自身稳定性差，对外界要素的轻微变化可能超过系统自调节“阈值”并由此导致反馈机制的破坏，从而发生突发性变化，这种变化往往对人类生存不利。脆弱地质-生态类型的划分应遵循的原则：
1.综合性与地质因素主导原则
脆弱地质生态环境是自然因素和人为因素相互作用下形成的，因此需要用多维、动态的方式进行综合分析，但地质生态学的研究性质决定了必须以地质的观点去认识生态环境的变化，也就是应坚持地质因素主导原则。
2.多层次划分的原则
多层次划分的意义在于不同层次上需要反映不同的主导因素，从而构成完整的分类体系。同时，多层次划分可以为实际应用提供不同空间尺度和不同时间尺度上的支持。
3.多目标服务的原则
在维护人类生存环境和保障可持续发展的总目标下，地质生态研究的具体目标是多方面的，包括农业、生物多样化、海岸带、沙漠化、森林退化、洁净水源、人类健康、土地资源、山区发展、自然灾害、城市化与废弃物等。脆弱地质生态类型的划分要考虑服务于这些目标的需要。
脆弱地质生态类型多级划分主要依据如下：
I级类型以地质成因类型控制的区域为主要依据：地质环境的形成演化经过建造演化、构造演化、表生演化和灵生演化几个阶段。地质环境的形成和分布首先是受到地质构造格局的控制。从大地构造上讲，中国分属于古亚洲、特提斯和滨太平洋三大构造域。三大构造域的空间展布，演化历史和动力作用等各具特色，并从根本上制约着我国地质发育特点与演化历史、水土资源的区域分布与演变规律，以及地质环境和地质灾害的发育与分布，从而导致了地质环境的属性差异，是产生脆弱地质生态环境的根本原因。基于构造域及其叠加区域的区域划分与自然地域和经济发展区域划分基本吻合，反映了地质因素对自然景观和经济基础自然条件的制约作用（表10-1）。
Ⅱ级类型以表层地质过程与景观分布为主要依据：新构造运动和第四纪以来表层地质演变更直接地控制着地质环境的演化。人类活动的影响叠加到自然地质环境之上，加剧了脆弱带的变化。在这一级别上，主要考虑挽近构造运动特征、区域地壳升降速率、表层岩土类型分布、水文地质特征、地貌景观格局、气候与生物地带性等因素的综合反映。
Ⅲ级类型以脆弱特征与脆弱程度为主要依据：脆弱特征是处于敏感和不稳定状态的水、土、生态要素可能出现的危害性表现形式。分为深部构造运动脆弱特征（如地震、火山活动等）、浅部动力作用脆弱特征（如滑坡、崩塌、泥石流等）、特殊水岩作用脆弱特征（如黄土湿陷、地面沉降等）、区域环境变化脆弱特征（如土壤侵蚀、土地沙化等）等方面（表10-1）。
表10-1 脆弱地质-生态类型多级划分内容简表
脆弱程度根据不同脆弱特征的发生强弱及其综合危害性表现进行评价。由于地质环境的演化和人为作用的影响，地质生态脆弱带是动态变化的，脆弱带范围近年在逐步扩大，从全国而言，地质生态环境的整体脆弱性不容乐观。
二、区域地质-生态系统综合分析与生态治理对策研究
林年丰教授等根据在新疆塔里木西部平原进行生态环境综合研究的成果，出版了《新疆塔里木西部平原生态环境地质综合研究》专著，以人-地关系为中心，以水土平衡、水盐平衡和生态平衡为主线，利用系统工程学原理，吸收有关学科的理论和方法，开拓了一条开展生态环境地质综合研究的新途径，在水资源开发利用、土壤盐渍化、沙化、绿洲沙漠化、生物地球化学地方病、生态环境地质质量综合评价及综合治理等方面有新见解、新突破。抓住区域性突出生态环境地质问题，采用单因子评价和多因子综合评价的方法，以大系统、多层次、多目标、多功能的思路，有针对性地为解决区域生态环境地质问题提供科学依据。
卢耀如教授在《地质-生态环境与可持续发展——以中国南方岩溶山区为例》的著作中，认为地质生态系统是以人类为主体的生态空间的环境就是地质-生态环境，他包含了岩石圈、水圈与大气圈及生物圈的复合环境。换言之，人类为主赖以生存的地质-生态环境是综合承受着岩石圈、水圈与大气圈及生物圈的影响。他从资源的角度阐述了地质生态环境的两重性（即有利及优化的环境要素和不利及恶化的环境要素）从而将地质与生态环境有机的结合起来。他还结合南方岩溶山区水资源、矿产资源、能源、生物资源等地质生态环境基本条件的分析，探讨了地质-生态环境质量、容量及其评判方法。
石建省研究员负责开发了地理信息系统（GIS）在生态环境分析评价中的应用这一系统软件（石建省等，1999）。该系统从信息化管理和空间动态分析的需要出发，初步提供了在统一数据库结构框架下开展具有标准程序的生态地质环境指标分析和模型分析的数据模型基础。该系统还包括专门评价模型（地下水水质评价、土壤环境质量评价、动态序列数据空间灰色预测等）、通用空间综合分析模型及一系列辅助分析和数据处理功能。特别是通过空间综合分析模型的开发，提供了由用户在标准数据结构框架上利用方便的人机交互过程自主建模的能力，提供了一种解决生态地质环境分析评价这样的复杂系统空间建立模型分析的较理想的技术途径。
三、地质-生态专题填图和编图
在国外，应用地质生态研究最广泛的是原苏联和东欧一些国家。原苏联已经草拟了《苏联生态脆弱形式和区域图》（1∶800万），《乌克兰生态脆弱形式和区域图》（1∶250万），美国已编制了《美国生态形式图》（1∶750万），但是，美国的图件着重于环境污染方面，与地质的联系不大。印度也开始着手编制《印度生态形势图》，他着重区分具有不同生态问题组合的景观组，以及他们的脆弱度。苏联的生态脆弱形式和区域图是表现80年代末原苏联全境生态形势的首次尝试。他以地图、统计和文献资料、野外考察所获得的第一手资料为基础，亦利用了卫星影像和计算机制图技术。该图还用符号表示不同区域的不同环境，如空气污染、水污染、水资源枯竭、无林化过程、草场退化、土壤侵蚀、土壤盐渍化、土壤污染等方面的内容。现在，俄罗斯已经开始了1∶20万生态地质图编绘，并且已经完成了国土面积的60%。当前，俄罗斯地质局生态填图领域的专家学者沿着两个相近的方向进行工作：建立最大限度的标绘实际资料（地质、地球化学、水文地质、地貌、人为成因后果等等）和反映地质环境在人类活动和自然作用下变化程度的综合性地质生态图；建立反映地质环境在这样或那样因素作用下发生变化的“分元素”或“因素”图系列以及附有对上述变化进行评价的合成图。俄罗斯在生态地质填图方面已经有成熟的经验和一套完整的调查方法。
我国也在近年部署开展了地质-生态调查与填图试点工作。邹立芝、侯春堂、石建省等分别承担了东北平原、华北平原、黄土高原等不同区域地质-生态填图试点任务，尝试探索我国新一轮地质-生态调查填图的内容、方法和成果表达形式，并已经取得了一批阶段性成果，我国第一批地质-生态图即将陆续问世。
在地质-生态编图方面，中科院地理研究所的杨勤业等人与原苏联专家合作，利用苏联专家提供的方法与原则，编绘了中国生态环境脆弱形式和危急区图（1∶1000万）。
四、农业生态地质专门工作
李正积教授在《岩土植物大系统研究》著作中，把地球化学、土壤物理化学、植物生理生化、生态学等融为一体构成研究岩-土-植物向量系统的新思路和新方法，主要针对农作物和经济作物的农业生态地质环境进行了深入研究，在研究中突出强调了物流、能流、信息流的非均衡作用，提出岩土植物大系统中向量性和关联性的存在，非均衡系统潜资源作用，向量全息大系统的多维动态特征等新概念，是农业地质学的重大进展，代表了地质生态学的一个重要研究方向。
邵时雄、侯春堂等在应用性农业地质方面做了大量实践工作，先后对蜜桃、金丝小枣等特色农产品的地质环境和品质保护开展了研究。
张宗祜先生在1997年全国农业地学学术研讨会上发表讲话。他认为自然环境主要是地质环境和生态环境两大类，地质环境主要是无机环境，生态环境是有机环境，因此，就产生了新的生态地质的研究方向——农业生态地质。农业生态地质是研究人-农业生产-地质环境整个的结构、功能及其相互作用的学科。换句话说，就是研究在人为调控下，生态农业系统与地质环境间相互作用的关系，也就是研究作为生态系统组成部分的农业活动和他所处的地质环境相互作用的过程、机理，并且使它在人为调控下达到可持续发展的目的。他指出，我国农业地质工作已经在农业地质背景与农业生态结构研究、大农业生产与生物地球化学关系研究、农业与地质的关系、农用矿物原料开发、地质灾害与农业环境污染防治、农业生态地质与地质经济规划相结合等多方面取得进展，今后应进一步加强地学与农业科学交叉渗透的结合点的探求和深入研究，研究适合我国区域地质环境的大农业结构布局，大力开展生态地球化学、农业水资源环境、区域性农业生态地质问题的研究。
五、古地质-生态演化研究与区域对比
“将今论古”和“将古论今”都是地学研究的科学方法，地质-生态研究也不例外。现今地质-生态状况是地质历史发展的结果，研究古地质-生态演化可以使我们从地质时期地质-生态要素的变化规律，推测现今地质-生态环境的形成原因和发展阶段，预测未来地质-生态环境的变化。已有的许多研究正是立足于了解和改善现今和未来生存环境，而去着力提取地质纪录中的生态变化信息，围绕全球变化开展的地质研究工作集中反映了这样的思路。因此可以说，古地质-生态研究也应是地质-生态学的一个重要领域，它是对地质-生态动态演化观的具体体现。这方面的许多领域是我国地学研究在国际上处于先进行列的领域，如黄土堆积研究、古河流（道）演化与古水文研究、古岩溶研究等。
农业地质学是地学和农学相结合的桥梁
答：地学和农学从学科及服务领域都是不同的,但它们都以地球表层为研究对象。按科学发展趋势,要求多学科交叉,因为学科交叉本身就是一种科技创新,但是它们必须有可以交叉的空间,能够相互切入,融合一体构造新的学科,又能促进各自的深化和拓宽服务领域。农业地质学就是以土壤研究为主要切入点的农学与地学的交叉,是地学和农学相...
生态地质学的主要热点与难点
答：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...
矿产勘查中交叉科学思维方法
答：事实上,成矿预测学就是包含有地质、构造、岩石、矿床、地球化学、地球物理、遥感等学科的交叉性学科,数学地质也是将数学原理应用于矿产勘查中,进行定量(或半定量)成矿预测的一种具有交叉科学性质的学科。由此可见,在矿产勘查领域交叉科学是大有作为的,相信随着矿产勘查实践中所遇到问题的提出和矿产勘查理论的发展,掌握...
生态地质学的主要内容与任务
答：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...
我国地质教育的机遇、挑战与发展
答：2)形成了我国独立的地质教育体系。经历若干代人的奋斗,我国地质教育目前已有本科4个一级学科11个专业、研究生4个一级学科13个专业、高职高专17个专业等完整...高等地质教育强国,即地质教育具有世界领先水平,能够培养一流人才,产生世界一流成果,获得国内外广泛认同,对国家地质事业发展和社会的进步产生巨大推动力;教育理...
环境地质中的应用
答：二、煤地质学在矿山地质环境评价中的应用 煤矿环境地质是环境地质学这一新兴交叉边缘学科的重要组成部分，其研究内容广泛，综合性强。它以地质学和环境学的理论和方法为基础，以地质因素引起的环境问题为研究对象，以煤炭开采过程引起的环境地质问题为重点，分析地质环境、生态环境和煤炭开发利用活动之间的相互...
生态环境变化地质指标体系研究
答：在全面分析国内外地质指标研究进展和存在问题的基础上,确定了我国环境地质指标体系构建和应用的基本思路和框架。形成了以“影响-状态-后果”模型和“压力-状态-响应”模型为理论框架分别构建调查指标体系和监测指标体系的基本思路,并结合我国主要生态环境问题和社会经济发展需求,针对石漠化、沙漠化、草地退化、湿地退化、...
地理学研究前沿领域有哪些?
答：国内外许多地理学者认识到,要推动地理学的发展,必须在格局与过程的相互作用方面加强研究,地理学家必须强调格局和过程及其间的关系.发生在各种类型和各种尺度的区域中的过程必然产生一定的格局,而格局的变化又会影响到自然、生态、社会发展的进程.这就产生了不同尺度区域之间的相互依赖性.陆地表层系统包括与...
怎样理解环境科学的特点综合性,交叉性和边缘性
答：环境科学的特点综合性，交叉性和边缘性的理解 一、环境科学的特点综合性可以理解为：环境科学为跨学科领域专业，既包含像物理，化学，生物，地质学，地理，资源技术和工程等的物理科学，也含有像资源管理和保护，人口统计学，经济学，政治和伦理学等社会科学。二、环境科学的特点交叉性可以理解为：大多数...
什么是土壤地理学,土壤地理学发展的国际和现状
答：随着偏光显微镜、电子计算机、电子显微镜等分析仪器技术的不断进步，土壤微形态学，土壤生态系统的研究，土壤分类的定量化也随之发展。可以预料，新兴技术将促进土壤地理学取得新的突破。国内外对比 编辑 （一）国外土壤地理学的发展概况 俄罗斯学者B.B.道库恰耶夫（Докучаев）的是土壤地理学的奠基...
