北大環(huán)境地質學講義

1第一節(jié)環(huán)境地質學的研究對象、內(nèi)容與分科一、環(huán)境地質學的研究對象與任務隨著地球環(huán)境的日益惡化和自然災害的頻繁發(fā)生，人們已經(jīng)意識到所有的環(huán)境問題都與地質環(huán)境密切相關。一方面，大地構造循環(huán)、巖石循環(huán)、地球化學循環(huán)、水循環(huán)對大陸與海洋的分布和全球性氣候變化起著決定性作用，控制著地貌、巖石、礦物、土壤、水體的空間分布；另一方面，人類的生存離不開地質環(huán)境，人類活動又在改變著地質環(huán)境。人類與地質環(huán)境之間存在著相互作用、相互制約的密切關系。環(huán)境地質學是地質科學中一門新興的分支學科，也是環(huán)境科學的重要組成部分。它是應用地質科學、環(huán)境科學以及其他相關學科的理論與方法，研究地質環(huán)境的基本特性、功能和演變規(guī)律及其與人類活動之間相互作用、相互制約的關系的一門學科。其研究對象是人類社會與地質環(huán)境組成的復雜系統(tǒng)。環(huán)境地質學的任務是在分析地質環(huán)境組成要素的特征和變化規(guī)律的基礎上，研究人類活動與地質環(huán)境的相互關系，揭示環(huán)境地質問題的發(fā)生、發(fā)展和演化趨勢，全面評價地質環(huán)境質量，提出地質環(huán)境合理開發(fā)、利用和保護的對策與方法，為實現(xiàn)人類社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。二、環(huán)境地質學的研究內(nèi)容環(huán)境地質學屬應用地質學，研究內(nèi)容十分廣泛，一切與人類有關的地質環(huán)境問題都屬于環(huán)境地質學的研究范疇。但迄今對其所應研究的內(nèi)容尚無統(tǒng)一認識。概括起來，其主要內(nèi)容應包括下列幾個方面。1.全球變化的研究全球變化研究是環(huán)境地質學研究的基礎性研究工作，海洋—大氣—陸地相互作用與水循環(huán)研究、元素遷移的環(huán)境地球化學研究、過去事件和作用過程的高分辨率研究、陸地生態(tài)系統(tǒng)對全球變化的響應、地表過程及其環(huán)境效應、晚更新世以來地質環(huán)境演化與未來生存環(huán)境變化趨勢預測、人類活動對全球變化的影2響等問題的研究已受到國際地學界的普遍重視。2.區(qū)域環(huán)境地質問題的研究區(qū)域地質環(huán)境調(diào)查、評價和預測，是環(huán)境地質學研究最基本的內(nèi)容之一，也是環(huán)境地質工作服務于國土整治和環(huán)境保護的基本手段，主要包括區(qū)域地質環(huán)境背景值調(diào)查、地質環(huán)境質量現(xiàn)狀綜合評價、不同比例尺的環(huán)境地質填圖、各種環(huán)境地質問題的調(diào)查與研究。在此基礎上，對區(qū)域地質環(huán)境的演化趨勢進行預測，為國民經(jīng)濟規(guī)劃服務。3.資源開發(fā)環(huán)境地質問題的研究主要研究人類與資源、地質環(huán)境之間的相互作用和相互制約的關系，研究各種資源（礦產(chǎn)資源、水土資源、生物資源、風景資源等）的分布格局及其與地質環(huán)境的關系，研究資源的可開采性和可利用性以及資源開發(fā)利用對生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)和能量循環(huán)的影響，研究資源開發(fā)的綜合調(diào)控機制和優(yōu)化技術，保證地質環(huán)境向良性循環(huán)方向發(fā)展。4.地質災害研究與防治研究在內(nèi)、外動力地質作用下所產(chǎn)生的各種地質災害，研究其發(fā)生機制、時空分布規(guī)律與生成關系，開展地質災害風險評估，建立區(qū)域或重點地區(qū)地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，制定科學、經(jīng)濟、合理的地質災害防治規(guī)劃與措施，制定減災、防災、災后恢復與重建方案等。5.城市環(huán)境地質研究由于城市建設速度快、人口增長迅速，人類活動集中，對城市環(huán)境的影響作資源開發(fā)引起的地面沉降和海水入侵等。因此，必須研究城市環(huán)境污染與破壞的原因、機制和防治措施，建立城市地質環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，開展城市地質環(huán)境質量綜合評價和變化趨勢預測，編制城市環(huán)境地質圖系，提出城市環(huán)境地質問題的防治對策，為城市規(guī)劃和建設提供依據(jù)。6.重大工程建設的環(huán)境地質研究目前，人類大規(guī)模工程建設活動對地質環(huán)境的影響越來越顯著。對人口聚集、經(jīng)濟建設活躍地區(qū)的環(huán)境影響更為嚴重。因此，必須研究人類各種工程活動（建筑工程、采礦工程、水利工程等）與地質環(huán)境的相互關系，重點研究人類工程活動對地質環(huán)境的反作用，以及由此而誘發(fā)的各種地質災害，開展地質環(huán)境容量評價、地質災害風險評價和移民工程地質環(huán)境質量損益評價等。7.醫(yī)學環(huán)境地質研究探索地質環(huán)境對人體健康的影響，特別要研究可能使人類某些疾病的發(fā)病率和死亡率增高的地質因素。同時，要研究各種污染物質直接或間接影響人體健康或危及人類生命的機制及防治措施。3目前環(huán)境地球化學研究已不限于地方性疾病，開始涉及人體必需元素或有害元素對生命作用的多方面研究。因此，環(huán)境地球化學、環(huán)境水文地球化學將在與生命科學的結合中不斷豐富和發(fā)展。8.生態(tài)環(huán)境地質研究生態(tài)環(huán)境地質研究是國土資源規(guī)劃與管理的基礎，研究的內(nèi)容具有綜合性，包括地質環(huán)境的狀態(tài)性質、生態(tài)地質環(huán)境對人類生存的制約作用、地質環(huán)境變化對生態(tài)系統(tǒng)平衡的影響和作用、人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響、地質環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)之間的關聯(lián)性規(guī)律等。9.現(xiàn)代科學技術在環(huán)境地質學中的應用研究環(huán)境地質學是一門高度綜合性的交叉性新興學科，涉及內(nèi)容廣、研究領域多，地質環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)量大。計算機及網(wǎng)絡通信、衛(wèi)星遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng) (GIS)、虛擬現(xiàn)實(VR)、海量數(shù)據(jù)存儲等高新技術的發(fā)展，為地質災害監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化傳輸、管理、分析和可視化提供了極大的方便。利用這些先進科學技術，國際上已建立了全球環(huán)境觀測系統(tǒng)、地震災害監(jiān)測網(wǎng)、全球陸地觀測系統(tǒng)等監(jiān)測網(wǎng)絡。基于地理信息系統(tǒng)，建立環(huán)境地質信息數(shù)據(jù)庫、研究各類環(huán)境地質信息處理技術、模擬分析各種環(huán)境地質災害的演化過程也是環(huán)境地質學研究的關鍵課題之一。非線性科學理論與方法在研究地震、滑坡、崩塌等環(huán)境地質問題的漸變性與突變性以及人類工程活動與災害過程“自組織臨界”特性的關系等方面的應用也越來越受到重視。研究開發(fā)或引入先進的工藝技術處理城市垃圾、治理地下水和土壤污染、開展礦山環(huán)境綜合整治等更體現(xiàn)了環(huán)境地質學的應用學科性質。三、環(huán)境地質學的分支學科目前，環(huán)境地質學還沒有形成系統(tǒng)的學科體系，但作為一門綜合性的科學，正向許多新的分支學科發(fā)展。根據(jù)研究對象、內(nèi)容的差異，以及學科的特點，可將環(huán)境地質學分為理論環(huán)境地質學、綜合環(huán)境地質學、部門環(huán)境地質學、災害地質學、社會環(huán)境地質學、環(huán)境地質技術方法等。如果把環(huán)境地質學作為一門應用地質學，則按地質學基礎性學科的分支，環(huán)境地質學可分為：環(huán)境水文地質學、環(huán)境工程地質學、環(huán)境地球化學、環(huán)境地貌學和環(huán)境礦產(chǎn)資源學等。目前，比較成熟的分支學科主要有：①環(huán)境水文地質學；②環(huán)境工程地質學；③環(huán)境地球化學；④災害地質學；⑤城市環(huán)境地質學；⑥礦山環(huán)境地質學；⑦農(nóng)業(yè)環(huán)境地質學等。其中環(huán)境水文地質學的迅速發(fā)展，又進一步分化，向更低一級的4分支學科發(fā)展，如區(qū)域環(huán)境水文地質學、污染水文地質學、醫(yī)學水文地質學等。隨著地質學各個分支學科向環(huán)境科學的交叉滲透，環(huán)境地質學的學科體系正在不斷充實和完善。許多重大環(huán)境地質問題，如區(qū)域穩(wěn)定性評價、滑坡、泥石流、誘發(fā)地震、地面沉降、海水入侵、巖溶塌陷、固體廢物處理等，都已形成新的專門學科。1997年1月，中國科學院與國家環(huán)境保護總局聯(lián)合成立了地質環(huán)境系統(tǒng)研究中心，將其理論研究定位于“環(huán)境動力學”，重點開展現(xiàn)代地質環(huán)境的形成機制和系統(tǒng)各要素相互制約、相互作用的規(guī)律研究。從環(huán)境污染治理、保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的角度來研究礦物資源的開發(fā)利用則形成了“環(huán)境礦物學”。第二節(jié)環(huán)境地質學的研究方法及與其他學科的關系一、環(huán)境地質學的研究方法環(huán)境地質學是在地質科學、社會科學、環(huán)境科學和現(xiàn)代科學技術基礎上發(fā)展起來的一門新興的交叉學科，研究內(nèi)容既包括由水圈、大氣圈、生物圈、巖石圈相互交匯的自然地球系統(tǒng)，又包括人類活動與自然系統(tǒng)的相互作用及其發(fā)展、演變過程。環(huán)境地質學研究所遵循的原則與上述學科密切相關，概括起來體現(xiàn)在研究對象的區(qū)域性、研究思路的系統(tǒng)性、研究方法的綜合性與多樣性、研究成果的實用性等方面。環(huán)境地質學的研究方法必須與上述特點和環(huán)境地質學的研究內(nèi)容相適應。自然歷史分析法是傳統(tǒng)地質學的基本研究方法，它也適用于環(huán)境地質研究。環(huán)境地質學所研究的對象，即人類—地質環(huán)境體系是在自然地質歷史過程中形成的，而且隨著所處條件的變化，還在不斷地發(fā)展演化著。通過已有環(huán)境地質問題的形成條件、機制和環(huán)境地質作用的研究，類比預測未來可能產(chǎn)生的變化和問題，是人類能動調(diào)控人類—地質環(huán)境體系和保護改善地質環(huán)境的前提條件。因此，“由已知推未知”的自然歷史分析法是環(huán)境地質研究必須遵循的基本研究思路。通過對化學物質在環(huán)境中的遷移轉化規(guī)律的研究以及對礦物組成和結構特征的研究，探索地質環(huán)境的變化。如水土流失現(xiàn)象與風化過程相關，而風化速率又同組成巖石的礦物性質和外部水熱條件有關，通過對礦物成分和物理化學性質的測定和研究，可以評價風化作用的進程。又如克山病、氟中毒等疾病的地區(qū)分布與某些環(huán)境地質因素相關，研究這種特定區(qū)域地質環(huán)境中化學元素的豐度及其在各個生態(tài)環(huán)境中的運動規(guī)律，有利于揭示人體健康與地質環(huán)境間的內(nèi)在5聯(lián)系。3.系統(tǒng)分析方法環(huán)境地質學的研究對象是具有復雜圈層結構、層次分明的人—地環(huán)境系統(tǒng)，涉及自然地球系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟活動等諸多方面因素。在確定各種環(huán)境要素之間的關系，綜合分析影響地質環(huán)境質量的地球動力和人類活動之間的相互作用的基礎上，必須應用現(xiàn)代數(shù)學原理和計算方法，包括灰色系統(tǒng)分析方法、線性或非線性系統(tǒng)分析方法、耗散結構論、非線性動力學等理論，系統(tǒng)揭示環(huán)境污染、土地荒漠化、地震與火山活動、崩塌與滑坡等環(huán)境地質問題的發(fā)生過程、機制和規(guī)律；重點剖析大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈的相互作用以及人類活動對全球環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響，建立表達人—地環(huán)境系統(tǒng)相互作用的動態(tài)模型，為生態(tài)破壞、環(huán)境污染和地質災害等環(huán)境地質問題的預防和治理提供有效的優(yōu)化方案。4.環(huán)境地質制圖方法環(huán)境地質問題具有空間性、動態(tài)性和綜合性。分析、研究環(huán)境地質問題，全面、系統(tǒng)地調(diào)查收集資料并繪制專題圖件是最基本的方法，包括對自然的、社會的環(huán)境要素的調(diào)查、描述、取樣和監(jiān)測，掌握地質環(huán)境的特征，分析環(huán)境地質問題的發(fā)生機制、分布規(guī)律，進行環(huán)境地質圖件的編制等。環(huán)境地質圖不僅能表示某一時刻的環(huán)境狀態(tài)，還能揭示隨時間流逝而發(fā)生的環(huán)境演化趨勢。因此在環(huán)境地質圖中，除了應用各種顏色和線條等制圖語言外，還要有數(shù)字和數(shù)字符號。這些數(shù)字和數(shù)字符號同一定的環(huán)境數(shù)學模式相關聯(lián)，借助計算機技術和虛擬現(xiàn)實技術，建立地質環(huán)境要素數(shù)據(jù)庫和圖形庫，可根據(jù)更新的數(shù)據(jù)隨時編制動態(tài)的環(huán)境地質圖，可實現(xiàn)環(huán)境地質問題的虛擬現(xiàn)實表示。5.模型模擬與預測方法模型模擬是在環(huán)境地質調(diào)查、資料收集和分析測試基礎上進行的研究方法。模型方法是對環(huán)境系統(tǒng)的結構、功能和演化特征進行模擬和仿真，主要有結構模型、評價模型、仿真模型和預測模型等。環(huán)境地質研究還需從時間、空間和強度上對環(huán)境地質問題的演化作出預測，減輕或避免因環(huán)境地質問題而引發(fā)的災難和損失。預測方法主要立足于以下三個方面：①以監(jiān)測為主要手段的預測預報研究；②基于成因機理的預測預報研究；③數(shù)學模型模擬預測研究。預測模型大體上可分為統(tǒng)計預測模型、數(shù)值模擬預測模型和系統(tǒng)預測模型。目前，基于非線性動力學理論的突變論、混沌、分形和耗散結構論等建立起來的災害預報模型已得到廣泛的應用。6.環(huán)境地質評價方法環(huán)境地質評價的目的是通過揭示環(huán)境地質問題的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，評價其危險性及其對人類造成的破壞損失，分析人類社會在現(xiàn)有經(jīng)濟技術條件下防災6減災的能力，運用經(jīng)濟學原理評價災害防治和污染治理的經(jīng)濟投入及其環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益。評價方法主要有模糊聚類法、模糊綜合判別及系統(tǒng)分析法等。評價內(nèi)容包括強度評價、危險性評價、破壞損失評價、社會經(jīng)濟易損性評價和防治工程評價等。開展環(huán)境地質評價，必須建立一套符合區(qū)域環(huán)境特征的綜合評價指標體系，構建科學、合理的評價模型，在環(huán)境地質評價的基礎上，開展環(huán)境地質區(qū)劃研究。7.現(xiàn)代科學技術方法現(xiàn)代及未來環(huán)境地質學研究，更普遍采用的方法和技術手段是觀測和探測技術、測試與分析技術、模型與實驗技術和資料信息的計算與處理技術。衛(wèi)星遙感(RS)、全球數(shù)字地震臺網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、甚長基線干涉測量技術(VLBI)、環(huán)境同位素技術以及物理、化學、生物的分析測試方法等高新技術和手段為環(huán)境地質學從宏觀到微觀、從定性到定量、從淺部到深部、從地球到宇宙空間的全方位多層次的研究提供了廣闊的前景。目前，人文、社會和經(jīng)濟科學的有關理論與方法也被應用于環(huán)境地質研究中，使環(huán)境地質研究的思想方法、理論方法和技術手段在實踐中不斷得以提高和豐富?？傊?，環(huán)境地質學研究應以系統(tǒng)分析法為主線，以信息方法貫穿始終，通過重點區(qū)域實地考察、綜合觀測、模擬實驗、剖析典型地質事件和生態(tài)環(huán)境事件等途徑，直接獲取環(huán)境變化的大量信息，并利用計算機進行信息加工處理，揭示地球表層系統(tǒng)與人類社會系統(tǒng)的演化規(guī)律和控制因素，闡明地表各圈層相互作用的機制，預測地球表層未來變化的趨勢。二、環(huán)境地質學與其他學科的關系地質科學以研究巖石圈作為主要對象，環(huán)境地質科學不僅研究巖石圈，而且還要研究巖石圈與大氣圈、水圈、生物圈和“智慧圈”的相互關系。地質環(huán)境既受自然環(huán)境（主要包括大氣環(huán)境、水環(huán)境與生態(tài)環(huán)境）的制約與影響，又與人類活動密切相關。所以，環(huán)境地質學既要研究地質環(huán)境與自然環(huán)境的相互關系，還要研究地質環(huán)境與人類或人類社會，即與社會經(jīng)濟系統(tǒng)之間的相互影響與相互作用。由此可見，環(huán)境地質學包括自然科學與社會科學的許多領域，涉及的范圍非常廣泛，而且錯綜復雜，因此，必須應用現(xiàn)代科學的新理論、新方法，如系統(tǒng)論、信息論、控制論，以及相應產(chǎn)生的系統(tǒng)科學、信息科學和現(xiàn)代應用數(shù)學等，建立新的理論體系。環(huán)境地質學作為地質科學中的一門新興學科，是地質科學與環(huán)境科學兩者互相滲透重新組合而形成的一門邊緣學科。地質科學中的地層學、巖石學、地質構造學、第四紀地質學、水文地質學及工程地質學等的基本理論，仍然是環(huán)境地7質學的基本理論。但要解決環(huán)境問題，地質科學的基本理論還必須與環(huán)境科學的基本理論，特別是環(huán)境質量的基本理論和有關監(jiān)測系統(tǒng)的基本理論，相互融合起來，形成新的理論基礎。這就涉及環(huán)境科學中有關環(huán)境管理學、環(huán)境控制學、環(huán)境監(jiān)測學、環(huán)境工程學以及環(huán)境經(jīng)濟學等學科的基本理論，這也是目前建立環(huán)境地質學新理論體系中的一個薄弱環(huán)節(jié)。由于環(huán)境地質學研究內(nèi)容的高度復雜性，特別是許多有關因素的可變性與非確定性，所以既要應用復雜巨系統(tǒng)的理論進行系統(tǒng)分析，納入系統(tǒng)工程的軌道，還要應用和引進國外正在發(fā)展中的非線性動力學以及耗散結構學等現(xiàn)代復雜理論，來創(chuàng)建新的理論體系，同時還需要配合諸如數(shù)值模擬、物理模擬等新方法和遙感、同位素等技術，建立遙控監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、專家決策系統(tǒng)等，開展環(huán)境發(fā)展趨勢的預測預報。總之，環(huán)境地質學是正在迅速發(fā)展中的一門新學科，需要在認真總結實際經(jīng)驗與吸取最新理論的基礎上，創(chuàng)立環(huán)境地質學的理論體系，逐漸形成一門完整的、系統(tǒng)的、獨立的新學科。第三節(jié)環(huán)境地質學的發(fā)展簡史環(huán)境地質學成為一門獨立的科學，雖然還只有20多年的歷史，但是它的孕育過程卻是源遠流長，由來已久。人類在漫長的發(fā)展過程中，主要是通過生產(chǎn)和消費活動而逐漸擴大和加深自己對環(huán)境的認識，明確自己與環(huán)境的關系，并以日益豐富的知識充實環(huán)境地質學的內(nèi)容，使它日趨完善地成長起來。一、環(huán)境地質學的孕育階段人類是自然環(huán)境的產(chǎn)物，同時又是自然環(huán)境的改造者。隨著時代的進步，人類開發(fā)、索取、改造自然的活動不斷增長，產(chǎn)生的環(huán)境地質問題也就越來越多，對人類的生命財產(chǎn)和生存環(huán)境帶來了災害，甚至破壞了自身的生存環(huán)境。在開發(fā)地質環(huán)境和與地質環(huán)境惡化的現(xiàn)象作斗爭的過程中，人們不斷積累知識、總結經(jīng)驗，逐漸提高了對地質環(huán)境的認識，萌生了合理開發(fā)環(huán)境和保護環(huán)境的思想。中國古代大禹治水，開鑿南北大運河，引濁放淤、排溝筑岸、建造臺田等，都是合理開發(fā)利用地質資源和保護地質環(huán)境的典型范例。公元前3世紀荀歐美部分國家在產(chǎn)業(yè)革命后，社會經(jīng)濟得到了很大發(fā)展，環(huán)境問題也隨之大量涌現(xiàn)，引起了科學家的重視與警惕，開始了對環(huán)境和環(huán)境地質問題的研究與探索。19世紀末，法國人文地理學家布拉什在其所著《人地學原理》中指出，人是8一個積極的因素，自然環(huán)境提供了可能性的范圍，而人類在創(chuàng)造自身的居住地時，又反過來按照他們的需要、愿望和能力來利用這種可能性。美國學者馬什在1864年出版的《人和自然》一書中，論述了人類活動對森林、水體、土壤的影響，并呼吁開展自然保護運動。英國利物浦大學著名人文地理學家羅士培(P.M.Roxby)教授(1939)則引用了“協(xié)調(diào)”一詞，“協(xié)調(diào)”既意味著自然環(huán)境對人類活動的限制，也意味著人類社會對環(huán)境的合理利用與保護。恩格斯在《自然辯證法》中也闡述了合理開發(fā)和保護自然環(huán)境的基本思想及兩者的辯證關系，告誡人們必須節(jié)制開發(fā)活動，協(xié)調(diào)好人與自然環(huán)境的關系。二、環(huán)境地質學的創(chuàng)立與發(fā)展階段隨著環(huán)境問題日漸增多和突出，進一步引起了國際社會的重視。1972年聯(lián)合國召開了第一次人類環(huán)境會議，發(fā)表了《斯德哥爾摩人類環(huán)境宣言》，大大促進了環(huán)境調(diào)查研究工作的進程和環(huán)境科學的形成與發(fā)展。20世紀70年代以來，中國的環(huán)境問題日益突出，中國的學者們也非常重視環(huán)境問題，先后編著出地質環(huán)境是自然環(huán)境的主要組成部分之一，環(huán)境地質學是環(huán)境科學的組成部分，隨著環(huán)境科學的發(fā)展，環(huán)境地質學亦得到了同步的發(fā)展。HackettTE (1962)最早提出“環(huán)境地質學”一詞，并很快被廣泛接受，出現(xiàn)了專門性文獻。MoserPH在1969年指出：“環(huán)境地質是應用地質學、水文地質學、工程地質學、地球物理學和其他相關科學的原理，來研究一個地區(qū)資源如何為人類最大利益而得到發(fā)展”。1972年英國沃德和美國杜博斯發(fā)表的《只有一個地球》一書，從地球的未來前途出發(fā)結合人類社會、經(jīng)濟、政治等方面討論了環(huán)境問題，呼吁人們明智地管理地球。進入20世紀80年代，環(huán)境地質學在西方國家已初步形成為一門比較系統(tǒng)的學科，如美國KellerEA、CoatesDR、LundgrenLW、TaakRW、MontgomeryCW等人都曾著過《環(huán)境地質學》，其中KellerEA和MontgomeryCW的《環(huán)境地質學》已分別出版了第5版和第7版。國外這些版本的《環(huán)境地質學》，內(nèi)容廣泛，既有屬于普通地質學的內(nèi)容，又有颶風、洪水等自然災害學范疇的內(nèi)容。隨著國內(nèi)大量環(huán)境地質問題的出現(xiàn)，地質環(huán)境開發(fā)和保護方面要求的提高，以及國際環(huán)境保護交流工作的加強，中國環(huán)境地質學也開始創(chuàng)立并得到發(fā)展。20世紀80~90年代，環(huán)境地質學的理論與方法在中國進入了深入研究、討論階段。劉培桐、關伯仁于1980年提出：“環(huán)境地學是環(huán)境科學的一個分支，以人—地系統(tǒng)為對象，研究其發(fā)展、組成和結構、調(diào)節(jié)和控制、改造和利用的學科”。劉東生、萬國江等于1980年提出：“環(huán)境地質學是研究人類活動和地質環(huán)境相互作用的學科，是地質學的一個分支，也是環(huán)境地學的組成部分”，“研究內(nèi)容包括自9然和人為引起的環(huán)境地質問題”。張宗祜于1988年提出：“環(huán)境地質學應當是研究人類技術經(jīng)濟活動與地質環(huán)境相互影響的學科”?！碍h(huán)境地質工作中，要考慮自然—技術系統(tǒng)的空間范圍的界限，考慮決定工程與地質環(huán)境相互作用的可能范圍”。陳夢熊于1995年提出：“環(huán)境地質科學是地質科學與環(huán)境科學兩者互相滲透重新組合形成的一門新的邊緣學科”。李鄂榮等(1991),徐增亮等(1992)分別以KellerEA的《環(huán)境地質學》（第三版）(1976)為藍本編譯出版了《環(huán)境地質學》；李鐵鋒等(1996)編著出版了《環(huán) (1999)、朱大奎等(2000)、吳志亮等(2001)相繼編著出版了環(huán)境地質學教材。這些教材從不同側面廣泛探討了環(huán)境地質學的基本概念、學科特點、理論體系、研究內(nèi)容和對象等內(nèi)容，使環(huán)境地質學逐漸發(fā)展成為一門比較完整的獨立學科。但上述教材各有特色，并具有行業(yè)特點，如戴塔根等的環(huán)境地質學教材主要適用于地礦工程專業(yè)的學生，朱大奎等的教材更適合地理專業(yè)的學生，潘懋等編著的教材側重于地質類專業(yè)的學生。目前，中國在環(huán)境地質研究方面已開展了大量工作，取得了許多重要的成果。中國地質學會于1987年3月正式成立了環(huán)境地質專業(yè)委員會，并召開了全國第一屆環(huán)境地質學術交流會議，著重對區(qū)域環(huán)境地質、城市環(huán)境地質、地震地質災害、環(huán)境水文地質、環(huán)境地質制圖以及新技術、新方法在環(huán)境地質調(diào)查研究中的運用等進行了交流、討論。自20世紀80年代中期開始，中國專門性或與環(huán)境地質有關的調(diào)查研究工作得到了廣泛的開展，取得了大量成果，如晚更新世以來地質環(huán)境演化趨勢的基礎性研究、區(qū)域性環(huán)境地質圖系編制和論證、沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)及城市環(huán)境地質調(diào)查研究、水資源開發(fā)引起的環(huán)境地質問題研究、農(nóng)業(yè)環(huán)境地質調(diào)查研究、重大或專項工程地質調(diào)查研究和地方病調(diào)查研究等。在人才培養(yǎng)方面，許多高等院校的相關專業(yè)紛紛調(diào)整專業(yè)方向，注重培養(yǎng)環(huán)境地質理論研究和工程實踐的人才，傳統(tǒng)的水文地質、工程地質工作多數(shù)已被環(huán)境地質工作所代替，具有中國特色的環(huán)境地質學理論體系已基本形成。環(huán)境地質學在中國地球科學人才培養(yǎng)中占有重要的地位。第一節(jié)地質環(huán)境的內(nèi)涵與基本特征一、地質環(huán)境的內(nèi)涵所謂地質環(huán)境，系指巖石圈及其表層風化產(chǎn)物，包括地球巖石圈和表層風化層兩部分地質體的組成、結構和各類地質作用與現(xiàn)象。地質環(huán)境是具有一定空間概念的客觀實體，它包含物質組成、地質結構和動力作用三種基本要素。地質環(huán)境的上限，是地表或巖石圈的表層；對地質環(huán)境下限位置的確定，目前有多種意見，大致可分為兩類：一類是從人類活動對環(huán)境影響的角度衡量，把下限定為人類的科學技術水平和生產(chǎn)活動的能力所能達到的地殼深部；另一類則是從環(huán)境對人類和其他生物的適宜性來衡量，其下限達到與區(qū)域地殼穩(wěn)定程度有關的地殼深部甚至地幔。地質環(huán)境是人類生存發(fā)展的基本場所，它構成了人類生活和生產(chǎn)條件的客觀實體。它對人類的作用可分為地質資源開發(fā)與地質體的利用兩大方面。地質資源開發(fā)包括人類開采地下固體礦產(chǎn)、石油和地下水以及土地資源的開發(fā)利用；地質體的利用主要是指人類對地質體的空間利用以及地質體的物理、化學特征及其對人類的適宜性等，人類在地球表面修建樓房、筑路架橋、地下開挖隧道、地質景觀欣賞等。人類依賴地質環(huán)境生存和發(fā)展，同時人類活動又不斷地改變著地質環(huán)境的化學成分和結構特征。地質環(huán)境與大氣、水、生物，甚至宇宙空間也有密切的關系，它與大氣圈、水圈和生物圈及宇宙環(huán)境進行著密切的物質交換和能量流動。這種物質循環(huán)與能言，地質環(huán)境的空間范圍包括巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈的下部，這些圈層相互影響、相互作用，彼此之間進行著頻繁而劇烈的能量遷移和物質交換。隨著人類對資源需求的劇增以及科學技術日新月異的進步，人類活動對地質環(huán)境的影響和作用越來越大，而地質環(huán)境對人類活動的干擾則表現(xiàn)出兩種不同的反應趨勢—良性反應（正環(huán)境效應）和惡性反應（負環(huán)境效應）。人類活動的方式以及地質環(huán)境的反饋作用共同構成了環(huán)境地質學的重要理論與實踐基礎。二、地質環(huán)境的基本特征地質環(huán)境的容量，即某個特定地質空間可能承受人類社會經(jīng)濟發(fā)展的最大潛能。人類所有生產(chǎn)和生活的消費物資，都直接或間接地取自地質環(huán)境；人類在生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生的一切廢棄物，又都直接或間接地排放到地質環(huán)境之中。所以，地質環(huán)境的容量，可以用特定地質空間可能提供人類利用的地質資源量和對人類排放的有害廢物的容納能力來評價。地質資源，指地質環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)可供人類利用的一切物質。隨著科學技術的進步，這種資源的概念在不斷地發(fā)展。在現(xiàn)階段，至少有下列幾個方面：①礦物資源；②能源資源；③建筑材料資源；④土地資源；⑤地下水資源；⑥地質景觀資源；⑦地質空間資源等。這些地質資源，絕大多數(shù)是不可更新資源，使用后不能再生。水資源雖能得到更新，但其年可用量也是有限度的。所以，濫采、濫用地質資源，必將帶來嚴重的后果。地質環(huán)境對人類排放的有害廢棄物的容納能力，取決于地下水、土壤和巖石對污染物的凈化能力。水體、土壤、巖石對污染物質具有自凈功能，通過這種自凈功能，地質環(huán)境對外來的污染物質進行內(nèi)部消化，起到自動調(diào)節(jié)的作用。地質環(huán)境的質量，在一定程度上由地球物理因素和地球化學因素決定，其好壞對人類的生活和社會經(jīng)濟的發(fā)展都會有很大的影響。地質環(huán)境質量的好壞，可以由以下幾個方面的條件來評定。1.自然地質條件的穩(wěn)定性自然地質條件是決定地質環(huán)境質量的主要因素，其中最重要的有：地質構造的穩(wěn)定性、地形穩(wěn)定性、地基穩(wěn)定性、巖層性質以及地質災害發(fā)育情況。2.原生地球化學背景微量元素是人體和其他生物體發(fā)育所必需的。環(huán)境中某些元素含量過高、過低或存在對人體有害的其他元素，均會給人的健康帶來危害。所以，環(huán)境的地球化學背景值是地質環(huán)境質量的一個重要標志。3.地質資源的豐富程度礦物資源、能源資源、土地資源、地下水資源、建筑材料資源和地質空間資源等是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎，人們的生活水平與地質資源的豐富程度及其可用價值的大小密切相關。礦產(chǎn)資源、能源資源和地下水資源等資源的儲量和開采價值也是社會財富的一種衡量指標。沒有可供人類利用的各種地質資源，現(xiàn)代人類文明是不可能出現(xiàn)的。4.抗人類活動干擾的能力環(huán)境一方面為人類活動提供空間及物質能量，另一方面容納并消化其廢棄物。人類活動超出環(huán)境系統(tǒng)維持其動態(tài)平衡的抗干擾能力時，就產(chǎn)生種種環(huán)境問題?？垢蓴_能力差的地區(qū)，地質環(huán)境質量差，人類經(jīng)濟活動稍有不慎，就可以使地質環(huán)境狀況更加惡化。例如，中國西北地區(qū)，氣候干旱、植被稀少，人類活動的輕微干擾即會出現(xiàn)荒漠化等環(huán)境惡化的現(xiàn)象；處于半干旱氣候條件下的華北平原，如農(nóng)田水利活動不當，很容易加劇土壤鹽漬化，地質環(huán)境質量較差。5.受污染或受破壞的程度人類對自然界的干擾日益擴大，地球上幾乎已不存在未受人類活動影響的區(qū)域。天然的地質環(huán)境越來越少，人為因素對環(huán)境的影響越來越大，評定地質環(huán)境質量的好壞，必須考慮人為因素的干擾程度。廢棄物導致的環(huán)境污染、大型工程活動對生態(tài)環(huán)境的破壞均不同程度地改變了地質環(huán)境質量。地質環(huán)境的整體質量取決于各組成要素的質量。但在評價地質環(huán)境質量的優(yōu)劣時，除考慮各要素的平均狀況外，還應找出質量最差的要素，并做出評價。因為，人類活動常常使環(huán)境質量最差的因素首先受到影響，從而引起地質環(huán)境的變異。（三）地質環(huán)境的相容性地質環(huán)境的相容性是指地質環(huán)境對人類施加的某種干擾的適應性。地球上各種不同的地質環(huán)境，其發(fā)生、發(fā)展受地質構造、巖性、水文、地質作用和地形條件的控制。每一類地質環(huán)境都是一種具有自身特征和功能的地質空間，它們對各類工程活動的相容性是不一致的。因此，對人類活動的干擾，表現(xiàn)出不同形式的反應。地質環(huán)境對人類活動的干擾有兩種不同的反應趨勢：良性反應和惡性反應。良性反應即人類活動的正環(huán)境效應，主要表現(xiàn)為在人類活動作用下，地質環(huán)境向著穩(wěn)定有利的方面發(fā)展。如在潛水位高的沼澤地和鹽堿地上進行人工排水，降低地下水位，加上施用有機肥料等措施，鹽堿地可以逐漸改變成好地。而在有些地區(qū)，人類活動不當，地質環(huán)境將出現(xiàn)惡性反應，即人類活動的負環(huán)境效應。如在中國的黃土高原地區(qū)，脆弱的地質環(huán)境受到盲目采伐、開墾坡地、破壞植被等人類活動的作用，會加劇水土流失，使環(huán)境向著不毛之地的方向發(fā)展。應當指出，在同一類地質環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)，不同的工程活動，可能產(chǎn)生兩種截然不同的反應趨勢，這取決于人類活動與該地區(qū)各種環(huán)境要素之間的作用性質。（四）地質環(huán)境的反饋作用地質環(huán)境的反饋作用，即地質環(huán)境受人類活動干擾后對這種干擾做出某種反應的作用。地質環(huán)境的反饋作用是環(huán)境地質學的重要理論基礎。地質環(huán)境較容易受到人類活動的影響。當人類活動的規(guī)模和強度超過了地質環(huán)境的承受極限后，必然導致地質環(huán)境發(fā)生變化，對人類活動做出反應。其實質就是地質環(huán)境在人類作用力影響下，對物質和能量的輸入與輸出的動態(tài)平衡關系進行調(diào)整。當人類作用力不大時，通過地質環(huán)境內(nèi)部的調(diào)節(jié)能力，對外界的沖擊進行補償和緩沖，就可以完成這種調(diào)整過程，維持地質環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定性，表現(xiàn)為不易覺察的“隱蔽的”形式；當人類作用力增大，超過其自身的調(diào)節(jié)能力的”形式表現(xiàn)出來。研究地質環(huán)境的反饋作用，是準確預測環(huán)境變化的基礎，是環(huán)境地質學的核心問題。但是，人們至今對地質環(huán)境系統(tǒng)各要素之間的相互作用與相互依賴的復雜關系、能量的轉換、平衡關系等反饋作用機制，尚未完全認識，有待進一步探討和研究。第二節(jié)環(huán)境地質作用一般而言，環(huán)境地質作用主要指人類與地質環(huán)境間的相互作用，具體包含：①各種自然地質因素、自然地質現(xiàn)象對人類的作用，即自然地質作用；②人類活動對地質環(huán)境的作用與反作用，即人為地質作用及上述地質環(huán)境的反饋作用。本節(jié)重點講述人為地質作用以及人地關系問題。一、自然地質作用傳統(tǒng)地質學認為，自然地質作用是地質動力引起的，兩種基本類型的作用—內(nèi)動力地質作用和外動力地質作用，推動著地殼的運動和發(fā)展。內(nèi)動力地質作用有構造運動、巖漿活動、地震以及變質作用；外動力地質作用包括風化、剝蝕、搬運、沉積和成巖作用等。這兩種基本地質作用控制和改變著地球表面的結構和形態(tài)。二、人為地質作用在人口劇增、社會生產(chǎn)力和科學技術飛速發(fā)展的情況下，地球表面受到了人類活動的強大沖擊，人類活動已成為使地球表面發(fā)生變化的又一動力，產(chǎn)生了其規(guī)模與速率都可以同天然地質作用相比擬的人為地質作用。人為地質作用是環(huán)境地質學的重要研究內(nèi)容。人類活動的地質作用意義，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步也不斷擴大。當前條件下，人為地質作用的表現(xiàn)形式主要有以下幾個方面：1.人為剝蝕地質作用礦山剝離蓋層、工程挖掘土石、農(nóng)業(yè)平整土地等，都在很大程度上破壞地殼組成物質，改變地表形態(tài)，其地質效應同天然外動力引起的剝蝕作用完全一樣。在這些區(qū)域內(nèi)，人為剝蝕作用的強度與速率甚至要比天然剝蝕作用強大得多。2.人為搬運地質作用人類在工程活動中，每年要移動許多地殼物質，有的是為了某種需要利用運輸工具加以搬運，如填筑地基、采礦、場地開挖等；有的是由于人類對資源的不合理開發(fā)活動，造成地表物質的遷移，如盲目砍伐森林、過度放牧等引發(fā)的水土流失。據(jù)估計，人類活動每年搬運的物質總量已超過了全球水流的搬運強度。天然水流的搬運作用，一般將風化產(chǎn)物從上游搬向下游，所搬運物質的大小，隨水流攜帶能力的消耗而變化。人為搬運作用可以把物質從低處運到高處，其物質大小和流向一般隨需要和人的意志而變化。3.人為堆積地質作用人類活動在地球上形成了許多人工堆積土，特別是在城市地區(qū)、濱海地區(qū)，這種人工堆積土的分布面積和厚度，可以達到相當大的規(guī)模。如日本東京港地區(qū)的大片土地即由人工填積而成，填地范圍近40km2,擴大了陸地面積。4.人為塑造地形作用經(jīng)濟建設和工程活動使地表形態(tài)發(fā)生了很大的變化，形成了許多人為地貌景觀，如農(nóng)業(yè)上平整的土地、梯田，水利建設中興建的水庫、運河、灌溉渠系；采礦堆積的尾礦廢石堆，采礦場陡壁斜坡、礦坑、陷落漏斗；城市區(qū)的人工湖、假山；道路路堤、路塹；海岸地帶的防潮大堤、人工島；圍海、圍湖造地，等等。其規(guī)模和速率，常常比天然外動力作用對地形的塑造還要巨大。5.人類活動的其他地質作用人類活動還可以使地殼表層內(nèi)的地球化學場、應力場、水動力場、熱力場等發(fā)生改變，產(chǎn)生其他新的地質作用和地質現(xiàn)象。例如，在長期大規(guī)模強烈開采地下水的地區(qū)，由于開采區(qū)含水層壓力的降低，導致含水層發(fā)生新的壓密作用，引起地面沉降，在巖溶發(fā)育區(qū)發(fā)生地面塌陷。水動力條件的變化，引起巖石化學性質與物理性質的變化和水化學性質的改變。大型水庫、深井注水等人類活動，足以促使某些斷層活化，引起地震。礦業(yè)活動，可以改變某些礦物在地殼內(nèi)的分布狀況，發(fā)生礦物的人為遷移和富集作用。上述人為地質作用，必然破壞地質環(huán)境在天然地質作用下的平衡條件，形成新的平衡關系。隨著人口的增長，社會生產(chǎn)力的發(fā)展和科技的進步，人為地質作用力將愈加強大，它們對地質環(huán)境的沖擊亦將更加強烈。深入研究人為地質作用現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展，有助于評價地質環(huán)境的變化趨勢。三、人地關系與可持續(xù)發(fā)展人類一經(jīng)出現(xiàn)，就與地球環(huán)境發(fā)生了關系，也就是說，在地球上開始出現(xiàn)了人類與環(huán)境的關系問題，即“人地關系”。人類是環(huán)境的產(chǎn)物，環(huán)境為人類的生存和發(fā)展提供了必要的條件；同時人類又是環(huán)境的塑造者。隨著生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，人類越來越大地對自然環(huán)境發(fā)生影響，兩者間密切而對立的關系日漸加劇。人類通過對自然的依賴與開發(fā)，人地關系得以萌生，人地矛盾也同步形成。但人類誕生以后的很長歲月中，生產(chǎn)力水平極為低下，人類只不過為了生存而適應和利用環(huán)境，很少有意識地改造環(huán)境，對環(huán)境影響不大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術的進步，特別是農(nóng)業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)革命，使人類利用和改造環(huán)境的能力大大加強。與此同時，也出現(xiàn)了嚴重的環(huán)境問題?！叭祟愔髟鬃匀弧钡目駸崴枷牒筒幌Т鷥r地向自然開戰(zhàn)的行為，使人與環(huán)境的矛盾日益升級，人地關系產(chǎn)生“危機”，把地表環(huán)境人文時期固有的、早已存在的“環(huán)境與發(fā)展”問題激化和突出起來，并成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的主要阻滯力量，威脅到了人類自身的安危和盛衰。人口、資源、環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展之間的多重關系是人地關系的客觀表現(xiàn)。四者運動方式的失當和比例關系的失調(diào)，加劇著人地關系的矛盾和危機。人類活動與地球環(huán)境是構成人地復合系統(tǒng)的對立因子，它們的相互依存性和制約性決定著系統(tǒng)的運行過程和演進方向，然而，人類和自然各有其獨特的、自我支配的客觀規(guī)律，它們的存在方式與運動形式無時無地不在影響著對方。任何一方的不正?！皵_動”和非彈性“越軌”都會影響人地復合結構的進化與功能的良性發(fā)揮，最終影響系統(tǒng)組織和自身發(fā)展，甚至導致衰退。這是人地關系然系統(tǒng)的運行規(guī)律和演化趨勢嚴重悖離，超越了地球環(huán)境的“生態(tài)閾值”，使人與自然間相互作用的依存關系轉變成了對抗性的矛盾關系。由此可見，人地關系“危機”的實質在于人類與地球環(huán)境之間的矛盾對立，即人類的社會意識、文化價值觀念、發(fā)展戰(zhàn)略和經(jīng)濟活動與生存環(huán)境的潛在利用方向、可承載能力之間的巨大差異和全面失衡。人類對環(huán)境的影響基本上表現(xiàn)在兩個方面：一是對環(huán)境施加積極的建設性影響，提高環(huán)境質量，創(chuàng)造新的更適合于人類生活的人工生態(tài)系統(tǒng)；二是消極的破壞性影響，造成環(huán)境的污染和資源的破壞。人地關系危機的表現(xiàn)形式包含以下幾個方面：(1)地球表層環(huán)境變遷對人類的影響：主要表現(xiàn)為地質災害直接或間接惡化地表環(huán)境，降低環(huán)境質量，對人類生命財產(chǎn)造成危害或潛在威脅，使社會經(jīng)濟蒙受巨大損失，阻礙人類社會向前發(fā)展。(2)地質資源短缺對人類社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的制約作用：隨著地質資源的短缺，如水資源、礦物能源的短缺導致工業(yè)和城市發(fā)展減緩或停滯；土地資源的不足使地球的人口承載量受到限制等。(3)人類經(jīng)濟活動誘發(fā)或加劇地質災害：這些災害，可造成地表環(huán)境退化，反過來制約、影響人類社會的發(fā)展。如過度放牧、森林砍伐和不適當?shù)霓r(nóng)業(yè)利用導致土地退化，使生態(tài)環(huán)境惡化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降。(4)人類活動的副產(chǎn)品對地球環(huán)境的污染：所謂人類活動的副產(chǎn)品，即人工廢棄物。由于各種廢棄物品對環(huán)境的污染，地球表層已很難找到一塊潔凈的地方。水體污染、土壤污染和空氣污染是人類健康的大敵。人與自然的危機日益深刻化和全球化，擺脫困境的根本出路在于人與自然相互協(xié)調(diào)。在協(xié)調(diào)人地關系時必須把握以下幾條規(guī)律：(1)人地系統(tǒng)主從律：即人首先是地球環(huán)境演化的產(chǎn)物，人地之間存在著客觀的主從關系。人類對自然的改造必須順應自然環(huán)境的演化規(guī)律，因勢利導，使自然環(huán)境演化向著有利于人類的方向發(fā)展。(2)人地系統(tǒng)反饋律：即人對地的能動作用，總會伴隨地對人的反作用的規(guī)律。(3)人地關系遞進律：即人類社會越是發(fā)展，對地球環(huán)境的控制能力越強、客觀依賴性越高的規(guī)律。(4)人地適應律：即人類社會發(fā)展的條件必須合乎地球體系；功能釋放物質轉換與能量傳遞的自然規(guī)律，必須合乎地球資源和自然環(huán)境的合理更新與維持條件。人類經(jīng)濟活動適應環(huán)境容量是維護人類與地球環(huán)境之間良好關系的基本前提，也是維持人地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部平衡的基本條件。只有這樣，才能形成人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的規(guī)律。人地關系的協(xié)調(diào)應當從多方位入手，采取各種手段：一方面，要尋找適宜某項人類活動的最佳區(qū)位，即資源環(huán)境、生態(tài)、文化、技術和經(jīng)濟等各種人地關系因子良好組合和理想匹配的空間區(qū)位；另一方面，要進行系統(tǒng)環(huán)境組分和結構的調(diào)控，改變?nèi)说仃P系因子的特征和趨向，使其盡可能滿足人類活動不斷增長的多樣化需求。要達到人地關系的和諧，還必須以科學的人地觀為指導，樹立全球共享、人類共享的思想觀念。培養(yǎng)全球性、長遠性和差異性的環(huán)境意識，珍視和充分利用環(huán)境質量與自凈能力，減少環(huán)境損失，防止環(huán)境污染和生態(tài)破壞；培養(yǎng)廣義性、有限性和稀缺性的資源意識，堅持節(jié)約利用、綜合利用和持續(xù)利用原則，充分發(fā)揮資源的多重功能，提高資源利用效益和水平；培養(yǎng)遵從循環(huán)原則、平衡原則和共生原則的生態(tài)意識，遵循相生相克、最佳功能和最小風險原理，保證生態(tài)的平衡與進化。此外，還必須培養(yǎng)科學的人口意識、合理的生產(chǎn)意識、適宜的消費意識和正確的文化意識。（三）可持續(xù)發(fā)展的人地觀人與地的關系是伴隨著人類的產(chǎn)生而出現(xiàn)的，人地關系思想經(jīng)歷了曲折漫長的發(fā)展過程。從古代天命論的人地觀，到文藝復興時期的決定論和社會達爾文主義，再到機械唯物主義影響下的或然論，“人定勝天”的征服論，乃至目前的協(xié)調(diào)論，無不反映了各個歷史階段的人類社會狀況和科學技術水平?？沙掷m(xù)發(fā)展的提出是人類“環(huán)境哲學”的重大進步。20世紀50年代以前，人們總是自覺或不自覺地認為，地球向人類社會提供自然資源和環(huán)境空間的能力是無限的。然而，隨著人類對自然干預的廣度和深度的不斷發(fā)展，環(huán)境危害日益嚴重。60年代以來，人們開始意識到地球自然資源和環(huán)境空間是一種稀缺資源，如何支配、使用它關系到人類的幸福，當代人肩負著按照人類利益合理管理地球環(huán)境的責任。經(jīng)過70~80年代的探索，以1987年聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展委員會發(fā)表《我們共同的未來》為標志，可持續(xù)發(fā)展的人地觀便應運而生?？沙掷m(xù)發(fā)展的定義是：“既滿足當代人的需要，又不對后代人滿足其需要的能力構成危害的發(fā)展”。其基本含義是指在不損害后代滿足其需要的前提下，追求一種最大限度地滿足當代人們生產(chǎn)、生活需要的發(fā)展模式。國際學術界和決策界曾對發(fā)展的持續(xù)性定義展開了一場大討論，認為持續(xù)性包含生態(tài)、經(jīng)濟、社會三個方面。生態(tài)持續(xù)性指維持健康的自然過程，保護生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和功能，維護自然資源基礎和環(huán)境；經(jīng)濟持續(xù)性指保證穩(wěn)定的增長，尤其是迅速提高發(fā)展中國家的人均收入，同時用經(jīng)濟手段管理資源與環(huán)境，使經(jīng)濟發(fā)展與資源保護協(xié)調(diào)起來；社會持續(xù)性指長期滿足社會的基本需要，保證資源與收入的公平（包括代間與代內(nèi)）分配?？沙掷m(xù)發(fā)展除反映在時間維度上，還具有空間維度的含義。即在水平方向上從全球到區(qū)域的變化，在垂直方向上從自然圈層到人類活動各部門的變換。這些空間既相對獨立又相互作用。區(qū)域可持續(xù)發(fā)展是指區(qū)域的經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源的相互協(xié)調(diào)，即在經(jīng)濟發(fā)展過程中要兼顧局部利益和全局利益、眼前利益和長遠利益；要充分考慮到自然資源的長期供給能力和生態(tài)環(huán)境的長期承受能力，既要滿足當代人的現(xiàn)實需要，又要足以支撐或有利于后代人的潛在需要。全球可持續(xù)發(fā)展則是滿足全球需要的世界發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展在本質上就是優(yōu)化人地關系和人與人的關系，可持續(xù)發(fā)展的概念也為人地關系研究提出了一條新的思路。第三節(jié)環(huán)境地質學理論研究的幾個前沿問題一、全球變化問題全球變化觀點是20世紀80年代中期產(chǎn)生的地球科學研究的新思維。全球變化問題的提出標志著地學、生物學及相關學科的研究進入了一個新的深度和廣度，是當前和今后幾十年內(nèi)自然科學，特別是地球科學領域中一個最重要的前沿課題。地球的表生環(huán)境是一個多因素的復雜的動態(tài)平衡系統(tǒng)，任何一種因素的變化都會打破系統(tǒng)的平衡，驅使整個系統(tǒng)發(fā)生有規(guī)律的調(diào)整，直至達成新的平衡。20世紀中期以來，由于世界人口的劇增和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人類對自然環(huán)境的作用越來越大，導致全球性氣候變化，地球物質和能量循環(huán)嚴重失調(diào)，地球系統(tǒng)結構發(fā)生畸變，產(chǎn)生了一系列的全球性環(huán)境問題，如沙漠化、水土流失、土地退化、森林破壞、資源衰竭、生物物種銳減、空氣和水嚴重污染、酸沉降、有毒有害物品擴散、臭氧層破壞、溫室效應加劇等。當代全球變化的主要原因是人類活動強度和廣度在地球系統(tǒng)中的迅速擴大及其對地球各圈層正常秩序的嚴重干擾。為了研究和有效地解決全球環(huán)境變化問題，國際科聯(lián)(ICSU)于1986年正式組織國際地圈生物圈計劃(IGBP),即全球變化研究。該計劃的目的在于對未來幾十年至百年的自然和人為的全球環(huán)境變化進行預測。它主要是研究和了解地球系統(tǒng)中生物的、物理的和化學的過程，以及地球系統(tǒng)各圈層間的相互作用過程，強調(diào)地球系統(tǒng)的整體行為對環(huán)境的影響，強調(diào)人與環(huán)境的相互作用。全球變化研究是當今人類為迎接日益嚴重的全球環(huán)境問題挑戰(zhàn)而提出的一項戰(zhàn)略性計劃，也是環(huán)境地質學理論研究的一個重要的前沿課題。二、地球各圈層的相互作用問題地球系統(tǒng)是由多個圈層有機結合而成的具有特定結構和功能的有機整體，大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈既相互聯(lián)系，又相互作用。從科學角度看，人類目前面臨的全球性變化問題，就涉及地球系統(tǒng)各圈層之間的相互作用。如青藏高原抬升對大氣環(huán)境的影響；海陸邊界變化的影響；火山爆發(fā)對大氣圈的影響；大氣質量對人類活動、生物生存的影響；地球內(nèi)部氣體向大氣圈釋放，以及地殼表層風化作用對大氣某些成分的吸收機制等。這些都需要從地球系統(tǒng)的整體來認識和研究，否則就難以對發(fā)生在地球上的重大變化（以及突發(fā)性災害）做出客觀的解釋，并具備一定的預測能力。所以說，以研究地球系統(tǒng)的整體行為為對象，注重地球各圈層界面特征的研究，從總體上了解人類賴以生存的地球系統(tǒng)的變化規(guī)律和原因（自然的和人為的并預測其變化趨勢是當今科學的前沿領域，是地球科學、環(huán)境科學和宏觀生物學向深度和廣度發(fā)展的必然結果，也是環(huán)境地質學研究的主要目標。三、陸地水圈演化與地下水滲流理論地球水圈由大氣水、地表水、地下水三部分組成，大陸范圍內(nèi)的大氣水—地表水—地下水既是宏觀上全球水圈和水循環(huán)的一個有機組成部分，又在一定程度上具有獨立意義，即大陸水圈的大陸水循環(huán)。在地球表層系統(tǒng)，水圈是與巖石圈、大氣圈、生物圈相互作用的一個特定的物質系統(tǒng)，水是聯(lián)系各個圈層的媒介。水廣泛滲透和作用于大氣、巖石和生物要素中；水作為載體在水圈與巖石圈之間、水圈與大氣圈之間、水圈與生物圈之間傳輸物質和能量，是連接各個圈層的紐帶。地下水在土壤和巖石空隙間不斷運移，可溶解和富集各種離子、膠體及氣體物質，并與土壤和巖石發(fā)生物質交換，其機理是研究地下水和土壤環(huán)境污染的基礎，在固體廢物處置、核廢物地質處置中將發(fā)揮應有的作用。環(huán)境地質學需要開展陸地水圈的形成條件、演化規(guī)律及其在人類活動影響下的變化趨勢研究；開展地下水滲流理論、彌散理論以及在各種地質過程中水巖相互作用的研究；開展海平面上升預測及其對沿海地區(qū)地質環(huán)境的影響、全球性氣候變化對水資源的影響、大流域地下水資源可再生性與跨流域調(diào)水、水資源短缺與供需矛盾及其出路的研究。四、生態(tài)環(huán)境地質問題生態(tài)環(huán)境地質是研究以人類為主體的生物與地質環(huán)境之間關系的科學?！吧鷳B(tài)地質”的概念更好地體現(xiàn)了地球巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈之間的相互作用。在國外，很難區(qū)分生態(tài)環(huán)境地質與地質生態(tài)學、地生態(tài)學（地學生態(tài)學）、景觀生態(tài)學的區(qū)別，它們的研究內(nèi)容均體現(xiàn)了地學與生態(tài)學的結合。如荒漠化、水土流失、水土資源開發(fā)利用引起的環(huán)境惡化等既是環(huán)境地質問題，也是生態(tài)環(huán)境問題。五、醫(yī)學環(huán)境地質問題生命元素在巖石—土壤—地下水—作物—人體系統(tǒng)中的賦存狀態(tài)和不同介質的地球化學行為及其環(huán)境地質效應；地下水環(huán)境背景值的區(qū)域規(guī)律及其對農(nóng)作物與人體健康的關系；陸地表層的地球化學環(huán)境與人類健康和地方病的關系；農(nóng)業(yè)優(yōu)質高產(chǎn)與土壤環(huán)境以及生態(tài)系統(tǒng)中生命部分和非生命部分（地質環(huán)境）之間相互作用的研究等，已成為環(huán)境水文地質學研究的重要內(nèi)容，日益受到環(huán)境地質研究人員的廣泛關注。六、地質災害防治地質災害是地球表層系統(tǒng)演化過程中發(fā)生的漸進性或突發(fā)性的災變，地震、火山噴發(fā)、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、土地荒漠化、礦山瓦斯爆炸等地質災害給人類帶來了無盡的傷痛。準確預報地質災害發(fā)生的時間和空間位置還存在很大困難，治理地質災害的技術方法還有待突破。因此，運用先進的理論方法與科學技術，開展地質災害發(fā)生機制、分布規(guī)律、趨勢預測以及綜合防治研究是環(huán)境地質學的重要課題之一。七、地質環(huán)境工程地質環(huán)境工程以環(huán)境地質學知識為基礎，利用綜合的工程技術手段，治理和預防環(huán)境惡化，達到人與自然的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。治理各種環(huán)境地質問題的工程，同其他工程技術一樣，具有復雜性和綜合性的特點。地質環(huán)境工程研究具有廣泛的內(nèi)容，如荒漠化的防治工程，地質災害的防災減災工程、復雜地基的處理技術、地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度工程、污水凈化處理工程、海水入侵防治工程等。環(huán)境污染治理工程是一個全球性的課題，許多研究人員正在積極探索生物工程在治理環(huán)境污染中的作用，研究有機物的生物降解過程及機理，污染物在含水層中遷移轉化的生物過程，污染源防治的環(huán)境微生物學等問題。八、地球表層系統(tǒng)非線性演化問題地球表層系統(tǒng)是地球大系統(tǒng)中一個最復雜的系統(tǒng)，它由五個圈層組成，包括三個無機圈層及生物圈與智慧圈（人類活動圈）。它們之間存在著相互作用、相互影響的非線性關系。地球表層系統(tǒng)處于不斷變化之中，是具有耗散結構特征的開放系統(tǒng)。地球表層系統(tǒng)的演化有著明顯的階段性，特別是環(huán)境中的隨機事件，在系統(tǒng)演化的相對不穩(wěn)定階段起著重要的作用。除自然因素外，地球表層系統(tǒng)的演化還涉及人類社會的多個層面，使其非確定性影響因素更加復雜。因此，以動態(tài)觀點，應用復雜巨系統(tǒng)理論和非線性動力學理論與方法來探索地球表層系統(tǒng)演化的特點、預報環(huán)境演化趨勢是環(huán)境地質學理論研究的前沿課題之一。借助數(shù)值模擬、物理模擬等方法和遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)等技術，利用耗散結構論、災變理論、混沌理論和分形理論等非線性科學研究地球表層系統(tǒng)非線性演化將提高環(huán)境地質學的理論研究水平，進一步完善環(huán)境地質學的學科體系。九、環(huán)境地質質量評價與區(qū)劃開展地質環(huán)境質量綜合評價的基本理論與評價方法研究，建立地質環(huán)境質量評價綜合指標體系，對特定流域或大型工程活動影響區(qū)的地質環(huán)境質量進行區(qū)劃研究并編制相關的圖件，為土地利用、災害防治和污染防治提供科學依據(jù)。十、環(huán)境地質信息系統(tǒng)建設環(huán)境地質研究的基本思路是通過調(diào)查、觀測和監(jiān)測采集數(shù)據(jù)，在成因機制、分布規(guī)律分析判斷的基礎上，建立地質概念模型和數(shù)值模型，然后利用各種數(shù)據(jù)進行驗證、完善模型并預報未來的趨勢。數(shù)據(jù)信息采集、流動、處理、加工、分析的每一環(huán)節(jié)都與信息系統(tǒng)密不可分。建立全國性或特定范圍內(nèi)的環(huán)境地質信息系統(tǒng)已成為環(huán)境地質研究的熱點和發(fā)展趨勢。環(huán)境地質信息系統(tǒng)建設的目標是，以地理信息系統(tǒng)(GIS)為平臺，結合全球 (EDSS),建立集信息采集、存儲、管理、檢索、分析評價、預測和制圖于一體的決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡GIS的多源信息的綜合利用、環(huán)境地質問題動態(tài)分析與評價、數(shù)值模擬計算的三維空間分析、環(huán)境地質專題圖件的數(shù)字化編圖和繪制。土地是重要的自然資源，是人類衣食住行之本，也是地球表層系統(tǒng)中物質與能量交換的樞紐。隨著社會發(fā)展和人口的增長，人類對土地資源開發(fā)利用的需求與日俱增。但由于人類對土地資源的過度開發(fā)利用，天然植被減少以及某些自然因素的作用，土壤污染和土地荒漠化現(xiàn)象不斷加劇。人類在開發(fā)利用土地資源的同時，必須保護土地，才能保障土地資源的持續(xù)利用。土地利用和農(nóng)業(yè)生態(tài)地質已成為目前環(huán)境地質研究的熱點和前沿問題之一。第一節(jié)土地資源與土地（壤）環(huán)境問題一、土地資源的概念及其特征（一）土壤與土地的基本概念1.土壤及其組成與功能特性土壤是位于陸地表面具有肥力的疏松土層。它具有獨特的組成、結構和功能。土壤的組成包括礦物質、有機質、水分和空氣；在土壤中，這些成分以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三相共存。土壤具有兩個獨特的功能：①土壤具有肥力，可供植物生長；②土壤具有同化和代謝外界輸入物質的能力，輸入的物質在土壤中經(jīng)過復雜的遷移轉化，再向外界輸出。從環(huán)境科學的角度看，土壤在環(huán)境中有著以下三個作用：(1)土壤是以固相物質為主的多相復雜體系：土壤物質成分中有粘土礦物和腐殖質膠體，它們有著巨大的表面積，因此能吸附各種離子和某些分子，對進入土壤的物質具有蓄積作用。(2)土壤起著凈化環(huán)境的作用：土壤中存在著數(shù)以萬計的土壤微生物、原生動物和其他土壤動物，它們能對有機污染物質進行降解和轉化，起著土壤環(huán)境的凈化作用。(3)土壤起著物質的輸移作用：土壤是各種植物和一些動物賴以生存棲息的地方，是植物營養(yǎng)物質的主要供應地。因此，進入土壤的外界物質，通過植物和動物的吸收或吞食又輸出到環(huán)境中，土壤起著物質的輸移作用。2.土地及土地資源23土地是具有一定面積的確定邊界的地理單位。包括地質地貌、土壤、植被、微生物、濕熱狀況等自然要素，是由上述各要素共同作用而形成的自然綜合體。土地有兩個基本屬性：一是面積，二是質量。后者包括地理分布、土層厚薄、肥力高低、水源遠近、潛水埋深、地勢高低等。在土地資源評價中，土地的地理分布常常起著很大的作用。土地一旦被人類利用后，它就成為人類最基本的生產(chǎn)資料，也就變成了土地資源。因此在土地概念中，應該將人類活動的影響和作用包括在內(nèi)，這就是說，在土地的屬性中除了自然屬性外，又增加了社會經(jīng)濟屬性。從這個意義上講，土地資源實質上是一個自然經(jīng)濟綜合體，是由各種自然要素和一定的社會經(jīng)濟因素有機地組合而構成的總體。土地和土壤既有聯(lián)系又有區(qū)別，土壤是土地表層的重要組成部分，兩者是整體與部分的關系。除了個別土地類型外，絕大多數(shù)土地表層發(fā)育有厚薄不一、組成各異、肥沃程度不同的土壤層。土地是植物生長、發(fā)育和動物棲息、繁衍所不可離開的場所。人類的生活、生產(chǎn)和建設也都離不開土地。土地具有下列特征：1.位置的固定性固定的空間位置是土地的基本特征之一。即每一塊土地都具有固定的三維2.土地面積的有限性從自然科學的角度看，土地的面積是固定的、有限的。人類在開發(fā)利用土地資源時，一種土地類型的利用面積增加了，另一種土地類型面積必然減少。隨著人口的不斷增加，人類與土地的矛盾愈來愈尖銳。因此，必須充分認識土地面積有限性這個特點，合理制定土地利用規(guī)劃，最大限度地節(jié)約每一寸土地資源，防止土地破壞和土壤污染。3.土地的不可代替性土地的不可替代性主要是指土地的功能不能為其他物質所代替。土地是植物生長的母體和動物的棲息場所，也是人類的生存環(huán)境和一切經(jīng)濟活動的場所。這是任何其他物質不能替代的。4.土地資源的可更新性在自然因素的作用下，土壤中的化學元素發(fā)生物理、化學變化，不斷地經(jīng)歷著淋浴、遷移、轉化等循環(huán)過程；土地上的植物、動物和土壤中的微生物等，在較長的時間尺度內(nèi)也處于周而復始的自然動態(tài)平衡中。所以，一般來講，土地具有可更新性的特征。但是，當人類活動破壞了土地的自然動態(tài)平衡，土地的可更新性特征將隨之喪失。人類對土地的不合理開發(fā)利用，已引起沙漠化、水土流失、鹽漬化等土地退化現(xiàn)象。5.土地隨時間的變化性隨著季節(jié)的交替變化，土地的性質和形態(tài)也發(fā)生同步變化。季節(jié)不同，太陽輻射能量有異，地表接受的熱量不同，降水的豐寡變化也很大。因此土地表面的侵蝕與堆積、土壤營養(yǎng)元素的淋洗與聚集、土壤水分的多少以及土地上的生物生長，均隨著季節(jié)的變化而變化。6.土地用途的廣泛性隨著人類社會的不斷發(fā)展，土地被廣泛用于農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、交通、城鄉(xiāng)居民點以及軍事活動等。可以說，人類一切經(jīng)濟活動都是在土地上進行的。由于人類與土地矛盾的日趨緊張，我們必須合理利用各種土地資源，這是實現(xiàn)人類社會持續(xù)發(fā)展的基本條件之一。土地資源的上述特征，是其固有的自然屬性，人類必須嚴格遵循，否則必將導致土地資源的破壞。二、土地資源狀況（一）世界土地資源狀況的土地在內(nèi)的全球土地面積為1.48×108km2,無冰對于地球的全體居民來說，這似乎是一個頗為巨大的數(shù)字。按60億世界人口計，平均每人占地約2.5hm2。但是，考慮到土地質量這個屬性，則陸地總面積中有20%處于極地和高寒地區(qū)，20%處于干旱區(qū)，20%處于山地陡坡上，還有10%巖石裸露缺乏土壤。以上四項，約占陸地總面積的70%,屬于不宜利用的山地。地理學家和生態(tài)學家稱之為“限制性環(huán)境”，其余30%才屬于“適居地”。全世界總土地面積中，耕地僅占10.8%,在各種土地類型中所占比例最小。（二）中國土地資源狀況中國地域遼闊，土地總面積為960×104km2,占世界陸地面積的7.2%,僅次于俄羅斯(12.8%)、加拿大(7.5%),居世界第三位。但人均土地面積僅0.777hm2,相當于世界平均水平的1/3,人均耕地面積為0.106hm2,不足世界人均數(shù)的43%。由于氣候、地貌、土壤和水文等自然條件的千差萬別，以及5000多年來中國勞動人民對土地資源的開發(fā)與利用，逐步形成了復雜多樣的土地資源類型。截至1996年10月31日，中國土地調(diào)查總面積95067.62×104hm2,土地利用現(xiàn)狀類型如表3-1所示。據(jù)國土資源部發(fā)布的中國國土資源公報，2002年全國耕地為12593×104hm2,比1996年減少了約410×104hm2。中國土地資源的基本特征主要表現(xiàn)為土地類型多種多樣，農(nóng)業(yè)用地占主導25地位，牧草地、林地比重大；山地多、平地少，土地資源區(qū)域差異顯著，耕地分布不均衡、土地墾殖指數(shù)低，林地、草地生產(chǎn)力低下；未利用土地中，大部分分布在西北干旱地區(qū)和青藏高原，自然條件惡劣，開發(fā)難度大。表3-1中國主要土地資源類型土地利用類型百分比/%土地調(diào)查總面積1耕地小計其中灌溉水田水澆地旱地23林地4牧草地小計5居民點及工礦用地6交通用地7水域小計8未利用土地小計其中荒草地鹽堿地沼澤地沙地隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人口的不斷增加，人類對土地資源的需求日益增長。原先局部的、次要的土地退化現(xiàn)象已轉化為嚴重的全球性環(huán)境問題之一，威脅著人類賴以生存的環(huán)境。全球共有20×108hm2的土地資源受到退化的影響，即全球農(nóng)田、草場、森林與林地總面積大約22%的土壤發(fā)生了不同程度的退化。土地退化是由人類活動誘發(fā)或加速的一種自然過程，主要因素是草原墾荒種地、超載放牧、亂伐森林、陡坡開荒、圍湖造田、粗放灌溉、土地重用輕養(yǎng)等不合理的土地開發(fā)活動，其直接后果是導致土壤生產(chǎn)力的大幅度下降，土地資源受到嚴重破壞，出現(xiàn)了許多土地環(huán)境問題。諸如草場退化、森林破壞、水土流失、泥沙淤積、土壤鹽堿化、土壤有機碳儲量變化、特殊生境消失、生物多樣性減少以及化肥、農(nóng)藥和工業(yè)“三廢”對土地的污染等，極大地威脅著人類的生存與可持續(xù)發(fā)展。第二節(jié)土地利用對地質環(huán)境的影響人類的土地開發(fā)利用活動對地質環(huán)境造成許多影響，有的屬于有利影響，如植樹種草可使土地免遭侵蝕和沙漠化等，我們把這種有利影響稱為正環(huán)境效應；有的土地開發(fā)活動則對地質環(huán)境造成種種破壞影響，如因濫伐森林和亂墾草地引起的土地荒漠化等，我們把這種有害影響稱為負環(huán)境效應。土地利用的正環(huán)境效應是人類遵循自然規(guī)律合理開發(fā)利用土地而產(chǎn)生的。如人造防護林帶可以防風固沙，有效防止水土流失、土地沙質荒漠化；同時具有吸收煙塵和凈化有毒有害氣體的能力?！叭薄狈雷o林體系、長江中上游防護林體系、沿海防護林體系、平原地區(qū)防護林體系和太行山防護林體系是當代中國五大生態(tài)工程，必將產(chǎn)生巨大的正環(huán)境效益。人造梯田、山地丘陵區(qū)建設梯級小型水庫和塘壩，是山區(qū)減少水土流失、解決山區(qū)灌溉、增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的有效方法。不合理的土地開發(fā)利用活動造成的負環(huán)境效應對社會發(fā)展的影響也比較嚴重。通常所說的土地環(huán)境問題就是指的這種負環(huán)境效應，如水土流失、水環(huán)境惡化、土地沙質荒漠化、土地鹽堿化、磚紅壤和土壤板結、土地污染和耕地減少等。正環(huán)境效應多屬水土保持問題，本節(jié)僅論述土地開發(fā)利用的負環(huán)境效應。一、水土流失水土流失是指地球陸地表層土壤、成土母質及巖石碎屑，在水力、風力、重力和凍融等外力作用下，發(fā)生各種形式的剝蝕、搬運和再堆積的過程。水土流失是土地退化的另一種表現(xiàn)形式。土壤侵蝕是從土地表層侵蝕率的角度描述土地退化的，而水土流失是從土地表層土壤流失總量角度來描述土地退化的。水土流失又稱土壤侵蝕，是一種漸進性的地質災害，世界大部分農(nóng)業(yè)區(qū)都存在著嚴重的土壤侵蝕，耕地土壤的損失率一般為10~100t/(hm2·a),大約超出土壤生成速率的10倍以上。造成水土流失的原因有自然因素和人為因素兩個潛在條件；人為因素是加速水土流失的誘發(fā)動力，主要包括不合理的土地利用方式、毀林毀草、濫墾濫伐、開墾擴種、順坡耕種、開礦修路及棄土棄渣等。生產(chǎn)方式落后、生產(chǎn)力水平低以及廣種薄收、掠奪式經(jīng)營等土地利用發(fā)生都會造成水土流失。全球的水土流失相當嚴重。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年有750.0×108t的耕地表271088t。全世界80%的耕地面積面臨中度乃至嚴重的水土流失。在諸如歐洲和美國等土地利用得好的地方，每公頃農(nóng)田每年流失17t表土。中國是世界上水土流失最嚴重的國家之一，水土流失面積371×104km2,占國土面積的38.7%,其中水力侵蝕面積為182.6×104km2,比20世紀50年代的116×104km2增加了57%,風力侵蝕面積為188×104km2。全國每年流失的表土在50×108t以上，隨水土流失帶走的氮、磷、鉀營養(yǎng)元素相當于全國每年的化肥生成量。水土流失最嚴重的地區(qū)是黃河中游的黃土高原，水土流失面積高,汛期高達500~600kg/m3,最高達1600kg/m3。黃河攜帶的大量泥沙每年約有4.0×108t沉積在下游800km長的河床上，使河床年平均增高10cm左右，形成世界聞名的“地上懸河”。長江流域的水土流失也十分嚴重。據(jù)調(diào)查，目前水土流失面積已擴大到加以積極治理，長江有變成中國第二條黃河的可能。目前一般都把水土流失的成因分為自然因素和人為因素兩類。自然因素是水土流失的物質基礎，人為因素誘發(fā)并加劇了水土流失的過程。被覆蓋度低、降水多且強度大的地區(qū)，水土流失較為嚴重。土壤結構決定了土壤的吸水性、抗蝕性和抗沖性。結構松散、滲水性差、抗沖力小的土壤極易被迅速形成的地表徑流所分散和沖走。人口增長過快導致加速陸地開墾、毀林毀草開荒以及亂砍濫伐和礦山等工程建設是水土流失日趨嚴重的動力源；耕地的不合理利用也加劇了水土流失。水土流失作為一種環(huán)境地質問題，對人類的影響是多方面的。水土流失是造成山窮水惡，水旱災害交替發(fā)生的根本原因。1.破壞土地資源，影響糧食生產(chǎn)全國每年有50×108t沃土付之東流，損失土地的“沙化”和南方土地的“石化”。水土流失能把原來的森林、草原和耕地沖刷得支離破碎、溝壑縱橫，從而降低其利用價值。例如，黃土高原區(qū)流水沖刷形成的溝壑每平方千米達30~50條，溝壑面積占原土地面積的50%;在山區(qū)，水土流失能把山頂、山坡的表土沖刷殆盡，巖石裸露，植被無法生長。石化現(xiàn)象在陜西、湖南、湖北和貴州等省的山區(qū)丘陵區(qū)十分嚴重，石化面積增加速度每年達5%~7%,石化面積約占總面積的15%。由于水土流失面積迅猛擴大，不僅使糧食產(chǎn)量滯長，還因土地耕作中增加化肥使用量而加大了糧食生產(chǎn)成本。2.土地生產(chǎn)力下降甚至喪失水土流失導致土壤營養(yǎng)元素大量流失，土壤肥力下降，并最終導致農(nóng)作物、牧草產(chǎn)量和樹木生產(chǎn)力下降。在一公頃優(yōu)良農(nóng)田土中，生存著大量的蚯蚓、節(jié)肢動物、細菌、原生動物和真菌類植物。所有這些養(yǎng)分均可為農(nóng)作物生長所利用。而水土流失則損壞了土地的生產(chǎn)能力。在中國，黃河、長江兩大流域每年流失土t,其中所含氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素相當于50個年產(chǎn)量為50×104t化肥廠的產(chǎn)量。3.流域下游泥沙淤積，影響調(diào)洪、灌溉和航運水土流失還使河、湖、庫和海港海灣發(fā)生淤積，直接影響水體的調(diào)洪能力和農(nóng)業(yè)灌溉、水路航運等。新中國建立以來，全國水庫、塘壩淤積庫容達200×108m3,相當于損失庫容1×108m3的大型水庫200座。全國重點水庫因淤積已報廢22座，黃河干流7個大型水庫淤積達興利庫容的40%;長江流域的湖泊因淤積致使面積減少1×106hm2,調(diào)蓄能力損失35.0×108m3。因河道淤塞、海灣面積縮小還使通航里程縮短、碼頭功能減弱。被污染的水體攜帶含大量養(yǎng)分、重金屬和化肥、農(nóng)藥的泥沙，大多流入河、能。（四）水土流失的防治對策水土流失作為一種地質災害，其發(fā)生原因既有自然因素，更有人為因素。治理水土流失不僅涉及自然地理系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)，還與社會系統(tǒng)相關。對水土流失的防治應遵循水土流失規(guī)律，貫徹“預防為主，防治結合”和“工程措施、生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益統(tǒng)籌兼顧”的原則，堅持治理與開發(fā)相結合、治山與治水相結合，對全流域統(tǒng)一規(guī)劃、綜合治理，因時、因地制宜，退耕還林還草；加強沿河流域的山地災害防御、農(nóng)田基本建設和堤防工程建設；采取水的能力，有效減輕水土流失的危害。二、水環(huán)境惡化土地利用是水環(huán)境變化的主要驅動要素之一，土地覆蓋變化對水環(huán)境的影響包括水量和水質兩個方面的變化。（一）對水資源量的影響水文過程與陸地表層系統(tǒng)中各種自然地理要素的時空分布密切相關，特別是對農(nóng)業(yè)開發(fā)、都市化等土地利用及其變化具有高度的敏感性和相關性。大面積的森林開采、過度放牧、開荒、草地轉為半荒漠、水田改作旱地、圍湖造田和建設用地不透水面積的增加等土地覆蓋變化，使地表反照率、粗糙度、透水性發(fā)生變化，地表徑流系數(shù)增大，地表徑流量增加，地下水補給量減少，下游地區(qū)洪水泛濫的頻率和程度增強，在不同程度上改變了地表水分的循環(huán)狀態(tài)。土地覆蓋變化還導致流域上下游水量空間分布和產(chǎn)流持續(xù)時間的變化。如植被的破壞，使水量在河流的上、下游或干、支流上的分配發(fā)生異常，產(chǎn)流主要集中在暴雨過后的幾天內(nèi)，上游或支流因植被減少而不能有效攔阻地表徑流，水量減少；下游或干流則因匯水集中、時間短暫，徑流量增大甚至發(fā)生洪澇災害。土地覆蓋變化對水質也有很大的影響。土地利用結構的變化以及河流人工改道、湖泊圍墾，使天然水系遭到破壞，喪失或改變了原有的生態(tài)功能，影響了水系之間正常的水分和養(yǎng)分交換，降低了天然水體的環(huán)境容量及其對污染物的稀釋能力，間接導致了水環(huán)境的惡化。如中國的長江中下游地區(qū)，人類環(huán)湖而居，湖泊水體受到人類活動的強烈干擾，湖泊水質普遍惡化。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化學肥料和殺蟲劑使用量的不斷增加，更加劇了水環(huán)境的污染，使湖泊氮磷含量逐年增高，水體富營養(yǎng)化加劇。三、土地沙質荒漠化土地沙質荒漠化是生態(tài)環(huán)境遭受破壞而引起的一種土地退化現(xiàn)象，是非沙漠地區(qū)出現(xiàn)的以風沙活動為主要標志的環(huán)境退化過程。沙質荒漠化是荒漠化的主要類型之一，荒漠化是指在干旱、半干旱和某些半濕潤、濕潤地區(qū)，由于氣候變化和人類活動等各種因素引發(fā)的土地退化，結果導致土地生物和經(jīng)濟生產(chǎn)潛力降低，甚至基本喪失。沙質荒漠化是指在沙質地表產(chǎn)生的土壤風蝕、風沙沉積、沙丘前移及粉塵吹揚等一系列的過程和現(xiàn)象，又稱沙漠化。其結果是土地退化、生物生產(chǎn)量降低、可利用土地資源喪失及生態(tài)環(huán)境惡化，從而嚴重干擾人類的正常生活和經(jīng)濟活動。（一）土地沙質荒漠化的現(xiàn)狀據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署統(tǒng)計，當今世界沙漠化面積約占世界陸地面積的25%。全球嚴重沙漠化土地約為8.77×108hm2（表3-2)。全世界每年有600×104hm2土地變?yōu)樯衬渲胁莸厣郴娣e320×104hm2,靠雨水灌溉的農(nóng)田沙化面積250×104hm2,人工灌溉農(nóng)田沙化面積12.5×104hm2。而面臨沙化威脅的土地面積高達3800×104hm2。當今全世界有90多個國家的8.5×108人口受害最為嚴重，因沙漠化而被迫遷居的人數(shù)每年約有300萬。表3-2全球各洲四種程度土地沙質荒漠化面積沙化程度土地面積/106hm2百分比/%非洲輕微嚴重總計亞洲輕微嚴重總計澳大利亞輕微嚴重總計北美洲輕微嚴重很嚴重總計南美洲輕微嚴重很嚴重總計嚴重總計6全球陸地輕微嚴重很嚴重總計2452注：據(jù)UNEP,1992。中國是世界上沙漠化和沙質荒漠化土地較多的國家之一，戈壁、沙灘和沙漠,約占國土總面積的17.2%,其中沙質荒漠化的土地4km2。中國沙質