西北生态地质调查研究进展与展望

李文明，李健强，徐永，刘拓，曹佰迪，陈霄燕，李天虎，乔耿彪，杨阳，闫瑞，易欢，张转

（中国地质调查局西安地质调查中心/西北地质科技创新中心，陕西 西安 710054）

生态地质调查是支撑国家生态屏障体系建设和实施国家生态文明建设的一项重要的基础工作，也是促进全国地质调查工作转型升级的一个重要发展方向。随着人类不断从自然界中获取可以利用的自然资源，自然生态系统正发生着深刻变化，地质环境的自然演变也不断影响着自然生态系统。如今，随着人类活动和自然条件的共同作用，地球表面资源不断稀缺，自然生态环境持续恶化，土地、水、矿产、森林等不可再生的自然资源也在持续减少（汪振立，2010）。这就势必要搞清自然和人类活动双重作用条件下整个自然生态系统的变化情况，查明生态环境恶化的地质原因，了解古生态环境地质演变，预测自然生态环境的发展趋势和地质控制作用与机理，使国家制定生态环境和可持续发展长远计划有据可依。因此，中国地质调查局在重点地区先后部署了生态环境地质调查和生态地质调查项目，在不断探索实践中，初步建立了生态地质调查技术方法体系，目前正在进行全国推广和实践；不断地完善生态地质调查、评价、监测方法体系，同时也在引领地方单位进行探索实践，为国家山水林田湖草整体保护与系统修复、自然资源管理、国土空间规划与用途管制等提供决策依据。

1 生态地质发展的历史及作用

1.1 生态地质学国内外研究现状

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，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，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。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。

在国际生态地质学的发展史上，前苏联学者较早提出了生态地质有关概念并展开了相应的研究，其研究为生态地质的学科发展奠定了基础。20世纪30年代以来，Troll K首次提出“地质生态学”这一术语，目前这一概念通常被理解为研究作为环境系统构成部分和生物圈物质基础的地质圈及其内在自然和人类活动成因因素影响下所发生变化的科学（何政伟等，2003），是生态学和地质学之间的新兴边缘科学（Trofimov V T，2001，2004）。其主要任务是：对地质圈在自然和人类活动成因因素作用下发生的变化进行分析；合理利用地球的水、土地、矿产和能源资源；减轻地质环境受自然和自然—人类活动成因灾害所造成的损失，保障人类生存安全（何政伟等，2003）。

在第28届国际地质学大会上， Koziovsky Y A（1989）认为“地质生态学”是新的学科趋势，其核心问题是生物地球化学元素的迁移行为（何政伟等，2003）。21世纪初，Trofimov又进一步指出在地质学的4大研究任务中，为生态系统的稳定运行作地质论证是生态地质的主要任务，即论证在维持生态系统正常稳定运转前提下的岩石圈资源合理利用，确定岩石圈近地表的人为污染对生态系统群落的影响，针对生物群落或整体生态系统的管理，为制定和调整解决方案进行地质论证（Trofimov，2001，2004）。2006年，俄罗斯学者Vartanyan（2006）出版了《The Geological Environment and Ecosystems》一书，进一步论述了地质环境与生态系统之间的相互关系。之后，以Trofimov和Korolev等为代表的俄罗斯学者对生态地质学的研究内容+系统类型+学科分类+学科地位以及与工程地质+环境地质等相似学科之间的关系与区别展开了研究，为生态地质学的学科建立与发展提供了宝贵的基础与先验资料（Trofimov，2010；Korolev，2012）。

此外，其他国家许多学者也就生态地质学的相关概念和内容展开了研究和探索，比利时学者Kucha H（1999）和印度学者Panda D（1995）等的研究都涉及到生态地质学中的相关问题。在这一发展阶段，尽管相关的术语称谓、概念尚不够统一，但各国学者在研究中都是将岩石、土壤、生物、水和人类活动甚至气候系统等要素作为相互作用与扰动的生命支持系统，生态地质学学科的发展提供了一种应用于协调自然资源有效利用与维护生态系统整体性之间矛盾的途径，为生态系统可持续管理构筑了强有力的科学基础。

中国在生态地质学方面的研究起步较晚，陈梦熊（1999）和林景星（1999）先后发表了“论生态地质环境系统与综合性生态环境地质调查”和“生态环境地质学概述”，初步总结了当时在生态地质学和环境地质领域研究的现状。目前生态与地质之间的相互关系是中国生态地质学范畴内最主要的研究内容，包括研究生态-地质的相互作用机理、地球化学特性和地质环境产生的生态作用与生态功能等（王长生，1998；汪振立，2012）。其中，李正积（1996）通过对岩-土-植物系统的研究分析，重点阐述了岩石-土壤-果树互作特征，形成了“地质-生态系统-作物”应用方向研究的新认识；汪振立（2002）较系统地研究总结了自然植被、作物、微生物、动物以及人为活动等要素与地质环境的相互作用和响应关系；何政伟（2002）运用系统工程、信息科学的理论对岩石、土壤、植被信息进行了科学管理和综合分析，采用遥感、地理信息系统和多学科的交叉与综合等手段，采集气候信息、地形地貌信息、水资源信息、地质背景信息、土壤信息、植被信息等要素建立了空间信息数据库，研究了岩石、土壤、植被信息之间的信息流关系，为规划、管理、决策和研究所需信息提供了技术系统支持；孙立广（2017）在第四纪全新世地质学和生态地质学基础上发展了南极无冰区生态地质学，以粪土层为过去生态环境信息的载体，运用微观生物地球化学记录来探索极地的生态、环境与气候变化的主题，并区分人为因素和自然因素对全球变化的影响，为生态地质学拓展了一个全新的研究领域；在农业生态领域，曾锐（2020）等从云南蒙自断陷盆地地质环境基础出发，从岩溶断陷盆地地区的农业生态需水问题着手，研究划定了不同需水量地区适宜发展的作物类型与种植模式，研究结果为当地生态结构改善与规范耕作模式提供了参考；遥感技术运用方面，张慈（2022）等基于MODIS数据（2003～2018年）研究了青藏高原东部地区地质环境与地表植被覆盖之间的关系，结果显示地形起伏、坡向坡度和地质条件复杂度等因素对植被覆盖与变化状况具有显著影响。

目前，中国还有大量针对脆弱区生态修复与地质环境相互关系的研究，尤其是关于区域石漠化的研究，是脆弱生态系统保护治理的重要先验理论。这一系列研究结果表明了地质条件与生态系统之间的双向作用，说明生态-地质系统是一个深度耦合的复杂系统。生态脆弱地区的生态环境相对恶劣，在地质环境与气候环境的综合影响下更容易导致生态问题恶化，基于区域地质条件的生态修复措施研究能够为当地人民的生活发展提供帮助与指导（段华超等，2022）。肖林颖（2021）等以云南省2个典型岩溶断陷盆地地区为对象，基于2007～2017年Landsat系列影像数据，对石漠化盆地的治理效果进行研究分析，发现不同石漠化程度的区域采取的生态治理措施均取得了明显成效；段华超（2022）等根据石漠化地区的地质条件、气候条件、生物活动等要素的空间异质性对不同区域进行区划，并针对不同区域特征分析适宜的生态修复方法，提出了4类23种治理模式，生态地质学研究成果及理论越来越广泛地服务于生态系统保护和修复治理中。

1.2 国内外生态地质调查发展历史回顾

生态地质调查自20世纪30年代由学者Troll K提出定义后，经历了萌芽和探索阶段，从俄、美、加、澳、英等国开始进行生态地质专项调查起进入了逐步的成熟的阶段。20世纪80年代起，世界许多国家都重视生态地质的调查研究工作，如俄、美、加、澳、英等国不仅将其列为国家级中、大比例尺地质图的构成部分，还进行了诸如农业生态地质、城市生态地质、大江大河及大型湖泊的生态地质、大型工程的生态地质等专项地质调查（Bisset R，2004）。世界一些大国对生态地质调查也纷纷制订全国性大型计划，强调扩大地质图件的功能，使其服务于国民经济更广泛的领域（何政伟等，2003）。例如，美国地质调查局于1995年实施了生态系统计划，该计划强调的重点问题是区域或亚区域的环境资源问题（如水、矿物和土地）、水质和水供给、矿产资源开发利用的环境效应、土地利用或土地覆盖的变化效应；俄罗斯从20世纪90年代开展了系统的区域生态地质调查工作。区域生态地质调查工作以俄罗斯（前苏联）做的比较系统，至20世纪80年代末，俄罗斯1∶20万和1∶5万生态地质制图每年分别达到18万～19万km2和6.5万～7万km2，1990年批准出版了《1∶20万～1∶10万地质生态调查和制图的要求》、《1∶5万～1∶2.5万地质生态调查和制图的要求》等多项规范（吴传璧等，2003）。俄罗斯对中、大比例尺生态地质调查工作的目的、对象和任务调查方法及方式、试样的制备、实验室试验和分析方法、必须制图的图件种类和内容总结报告大纲等都作了明确的规定。至1997年完成了1∶500万比例尺的生态-地质图集、1∶400万和1∶250万比例尺的俄罗斯和邻国的地质生态图、冰岩区1∶250万～1∶1 000万比例尺的地质生态系列图等（危泉香等，1999）。

中国的生态地质调查工作始于20世纪80年代，提出了“岩石-土壤-植被-大气-人为”大系统理论（李正积，1986），其核心内容是地质环境对生态环境的支配作用。1994 年起，原地矿部四川省地矿局开展了中国首个1∶5万生态地质调查试点项目——1∶5万大巴山区生态地质调查，较为全面地调查了岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈及生物圈的状况及相互作用，突出了岩石圈在生态环境中的制约性作用，认为人类与地球表面物质和生物直接作用进行着广泛的以化学元素为基础的物质交换（王长生等，1997，1998）。1999 年国土资源大调查实施以来，中国开展了一系列以沿海地区、大江大河流域及部分生态地质环境“敏感区”为重点区域的生态地质环境调查工作（虞孝感，2002；张森琦等，2002，2003，2004，2009；于军，2002；许向宁等，2004；姚磊，2016）。2003年，中国地质调查局部署实施了“1∶25万铁岭市幅生态地质调查”项目，并与俄罗斯合作开展了系统的生态地质调查与研究。在区域地质与第四系地质调查基础上，综合运用地质学、生态学、土壤学、植物学与地球化学理论，构建了区域地质调查与区域生态环境研究之间的桥梁（李仰春等，2018）。2019年以来，为全面支撑山水林田湖草沙整体保护、系统修复和综合治理，中国地质调查局设立了“生态地质调查工程”。重点开展了中国北方林草湿分布区1∶50万生态地质调查以及黄河源区、大凉山区等重点生态功能区1∶5万生态地质调查，采用“空-天-地”一体化调查技术，获取了不同尺度森林、草原、湿地等生态类型分布与变化，成土母质、水文地质要素、土壤、地形地貌等生态地质条件，以及荒漠化、湖泊萎缩等生态问题分布数据，分析了生态-地质之间相互制约影响关系，剖析了主要生态问题的成因机理，划分了生态地质单元，建立了生态地质图谱，提出了基于地球系统科学的国土空间生态保护修复对策建议，为中国北方地区生态保护与系统修复工作提供了基础数据与技术支撑（聂洪峰等，2021）。

2 西北地区生态地质调查实践与应用进展

2.1 主要调查工作

西北地区地处干旱-半干旱区域，降雨量较低，生态环境脆弱，生态环境问题较为突出，由于经济高速增长，资源投入较大和全球气候变化等因素，西北的生态平衡受到了一定程度的威胁。另外，西北地区不仅拥有青藏高原生态屏障区、黄河重点生态区（含黄土高原生态屏障）以及北方防沙带等重要国家生态安全屏障，也是长江、黄河等大江大河的发源地，在中国国家生态安全和国家战略中具有较重要的地位，这就引起了西北地区生态地质调查工作的兴起和发展。虽然在试点探索后，未引来生态地质调查工作的全面铺开，但对生态地质调查工作的持续发展具有积极的推动作用。西北的生态地质调查工作经历了探索和发展2个阶段，中国地质调查局在每个阶段都起着主导作用，为突出地质工作对国家重大战略的生态支撑做出了积极的贡献。

（1）探索阶段（1999～2015年）。20世纪90年代末，西北地区局部范围内生态环境问题频发。为解决黄河源区区域地下水水位下降与水资源减少引起源区黄河频繁断流、土地资源超载过牧、鼠虫害猖獗和荒漠化土地扩大等现象，中国地质调查局于1999年设立“黄河源区1∶25万生态环境地质调查”项目，开展了为期3年的生态地质调查工作，通过调查，查明黄河源头地区黄河断流和生态环境恶化的地质原因和发展演化趋势，探讨了黄河源头地区黄河断流和区域地下水位下降对中下游水资源和地质环境变化的影响，为黄河源区的生态环境保护和治理黄河提供了科学依据，为当地农牧业布局和经济可持续发展提供了决策依据（张森琦等，2004）。为查明长江源区土地资源退化、生态环境变化等生态环境地质问题，中国地质调查局于2005年设立“长江源区1∶25万生态环境地质调查”项目，详细论述了冰川、冻土、水环境及沼泽湿地的演化特征及其发展趋势，阐明了引起地面变形、岩土位移地质、土地退化和地下水变异等生态环境问题的原因。通过探索，为生态地质调查的新一轮发展奠定了基础。

（2）发展阶段（2016～2021年）。2016年起，为积极推进新时期地质调查支撑生态文明建设，中国地质调查局组织专家进行了生态地质调查技术要求的编制，并积极部署了生态地质调查工程，其中，在西北地区布设了“黄河源地区生态地质调查”、“黄河中游生态地质调查”和“南水北调汉江流域陕西段水生态修复支撑调查”项目，旨在推动黄河流域生态保护和高质量发展、南水北调中线工程和国家生态文明建设等国家战略，促进全国地质调查工作的转型升级，为国家山水林田湖草整体保护与系统修复、自然资源管理、国土空间规划与用途管制等提供技术支撑。通过中国地质调查局的引领，地方政府也根据当地的需求，积极推进生态地质调查工作。以服务“南水北调中线工程重要水源涵养区”和“秦巴生物多样性生态功能区”生态保护与修复为宗旨，围绕丹江源地区生态发展对地质工作的重大需求，陕西省部署了“南水北调中线工程重要水源涵养区丹江源地区生态地质调查（试点）”陕西省公益性地质调查项目（2020～2022年），旨在查明生态地质问题类型及其分布，划分区域内的生态地质系统单元并评价其适宜性，为丹江流域生态功能区划、生态保护与修复提供地质建议。这一阶段，在中国地质调查局的积极引领下，地方政府也积极开展了省公益性生态地质调查项目试点，为地质调查工作支撑国土空间保护修复起到了积极的推动作用。

2.2 实践与应用成效

2.2.1 生态地质调查服务黄河流域生态保护和高质量发展

黄河中上游流域能源资源丰富，但气候干旱，降水稀少，生态脆弱区分布面积较大，作为黄河流域和“两屏三带”中的黄土高原生态屏障所在区域，既是中华文明发祥地，也是天然生态屏障，对于维护中国生态安全具有重要意义。近些年来虽已取得显著的治黄成就，但保护和治理黄河仍存在不少问题，需要查明黄河上中游区域生态本底状况、生态系统的类型功能现状、并预测其演变趋势，为西北地区经济社会发展和生态安全做出积极支撑。基于此，中国地质调查局于2019～2021年先后设立“黄河源地区生态地质调查”和“黄河中游生态地质调查”项目，由西安地质调查中心部署实施以积极支撑黄河中上游区域国土空间生态保护与修复。

（1）建立高寒生态地质调查评价技术方法体系，服务黄河源区生态保护。在源区开展生态地质调查应用实践，总结建立了高寒生态过程和以遥感为先导的高寒区生态地质调查技术，通过调查掌握了黄河源地区13.2万km2范围内的生态格局，形成了生态地质调查基础数据集。同时利用遥感技术对源区的生态系统演化规律进行了动态监测，掌握了生态脆弱区域的分布特征及变化规律。在此基础上，利用重点地区的调查研究成果，建立了生态地质单元分类指标体系，划分了黄河源区的生态地质单元，进行生态地质分区评价，提出了生态保护区划方案和建议，对下一步开展高寒生态地质调查评价具有较好的借鉴意义。

（2）研究主要生态地质问题，服务黄河源区生态修复需求。黄河源属于高寒生态系统，由于全球气候变化对生态系统产生了较大的影响，引发了区内一系列的生态环境问题，如径流量减少、水源涵养功能下降、土壤侵蚀加剧、草地退化、沙化、湿地萎缩、冰川和冻土消融等。针对以上问题，笔者团队对区内冻土变化、冰川消融等主要生态地质问题进行了研究。黄河源鄂陵湖北岸冲洪积扇永久冻土埋藏深度为0.6～3.5 m，冻土厚度为20～35 m，含冰量为20%～50%，此处为多年冻土和季节冻土边界，多年冻土已产生不同程度的融贯；在对多年冻土广泛分布的“两湖地区”进行调查的基础上，建立了“雷达加高密度电法”的冻土探测技术，并联合中国科学院西北生态资源环境所在鄂陵湖北岸建立了“黄河源地区冻土生态系统观测站”。另外，对阿尼玛卿山分布的74条冰川进行了遥感动态监测，重点对2018年后重新活跃的唯格勒当雄冰川进行了实地调查监测。唯格勒当雄冰川多年来变化剧烈，冰川长度从1987年的9.59 km增加到2000年的10.14 km，末端前进约500 m；而后冰川逐渐萎缩，2008～2018年10年时间萎缩486.1 m；2018年后又重新活跃，2018～2020年冰川增长约97 m，对下游新修建的花久高速公路产生了一定程度的威胁。

（3）探索生态地质综合评价方法，为源区生态修复提供理论支撑。生态地质综合评价是生态地质调查工作应用于规划区划的重要途径，评价指标的建立和评价方法的选择一直是评价工作的难点。笔者团队以黄河源国家生态功能保护区和若尔盖—玛曲生态功能保护区为试点，进行了生态地质综合评价和水源涵养功能评价探索，评价指标的选取在考虑温度、降雨量、植被覆盖度等主要生态因素的基础上，结合土壤类型、地形地貌、水文、构造等地质因素，尝试从地学的角度开展评价工作。利用生态地质综合评价和水源涵养功能评价的结果（图1、图2），依据《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021～2035年）》，按“坚持保护优先，自然恢复为主”的生态保护与修复基本原则，坚持青藏高原生态屏障区以自然恢复为导向、增强流域生态系统稳定性为重点，依据各生态单元水资源、土壤、光热、原生物种等自然禀赋条件，提出了在生态敏感脆弱区以封育保护、自然恢复为主，重点区精准实施少量人工干预修复为辅；在生态稳健区以人工干预修复为主，封育保护、自然恢复为辅的生态保护修复策略。

（4）研发高寒泥炭碳库调查技术，为国家“碳达峰、碳中和”评估提供数据支持。西安地质调查中心首次优选了泥炭沼泽碳库钻探、物探调查方法，建立了泥炭层探测技术，以此为基础进行了青海省和甘肃省大厚度泥炭碳库调查。这项工作是高寒地区首次开展的大规模、系统性的泥炭调查，研发形成的“遥感解译-地面调查-物探-钻探”相结合的高原沼泽泥炭快速探测评价技术也具有创新性的意义，有效解决了高寒地区0～30 cm松软、高含水泥炭层钻探及原状样的取样难题，为国家林草局开展全国泥炭沼泽碳库调查提供技术支撑和数据支持。

（5）调查黄河中游水土流失特征，为保障黄土高原水土保持工作持续健康发展提供支持。对黄河中游水土流失的范围及类型进行调整与划分，对产沙区范围做了一定的修改，结合最新水土流失数据，进一步完善了水土流失严重程度的分区。同时，从地质角度调查并定义砒砂岩，查明重点区砒砂岩地层、岩性特征及其分布，结合地层组合、水文地质特征、植被、气候数据等，初步开展砒砂岩区水土流失现状调查。在此基础上，对黄河中游开展了生态地质分区，支撑区域生态地质区划和国土空间规划。

2.2.2 生态地质调查服务西北地区荒漠化治理

西北地区由于降雨量少、干旱等原因，是中国风沙危害和荒漠化问题最为突出的地区。其中，榆林地区生态脆弱，荒漠化严重，近几十年来因各种治理措施效果显著，植被覆盖度大幅度增加，生态环境明显好转。但生态环境持续变好，植被生长对水资源的需求相应增加，面临着新的水资源平衡问题。因此，西安地质调查中心在榆林地区进行了荒漠化区生态地质综合调查技术、生态地质综合评价等方法的探索，利用地质工作积极支撑当地国土空间生态保护与修复，促进当地生态和经济可持续发展。

（1）榆林地区荒漠化演化、治理方法及优化措施调查研究为荒漠化治理提供技术支撑。榆林市在近年来降雨量有保障的条件下，经过三北防护林、退耕还林、天然林保护、京津风沙源治理等国家重点工程，“三年植绿大行动”、“全面治理荒沙行动”、“林业建设五年大提升”和“‘塞上森林城’提质增效行动”等造林绿化活动，生态环境明显改善，沙漠化和水土流失程度明显减轻。据西安地质调查中心调查，榆林市沙质荒漠化土地面积明显减少，水蚀荒漠化土地面积轻微减少，重度沙质荒漠化面积减少最为明显，减少了63%。榆林市退耕还林还草效果显著，耕地和未利用地明显减少，林、草地呈增加的趋势，区域年NDVI均值呈增加趋势，显示榆林市植被覆盖度越来越高，整体向好。通过荒漠化调查研究，为该地区荒漠化防治做出了重要的贡献。另外，针对榆林地区位于森林草原-草原-荒漠草原过渡带、风蚀和水蚀交错带、农牧交错带等特点，从地质角度入手，以生态系统优先发展为准则，梳理了不同地貌区，生态优先条件下的主要治理方法，并提供了优化建议。依据荒漠化成因，综合考虑地质地貌条件，将榆林市划分了西北部风沙滩地区、西南部梁状丘陵区、东南部峁状丘陵区、东部煤矿集中开采区和东北部砒砂岩区5个生态恢复治理区；基于对原位监测数据和治理措施现状分析，提出了毛乌素沙地和黄土高原过渡区荒漠化科学防治建议；按照“生境越相似的区域，植被恢复潜力越接近”原则，依据水分条件，评价了陕北黄土丘陵沟壑区植被恢复潜力。

（2）荒漠化区生态地质综合调查方法探索服务荒漠化区生态保护与修复。在黄土高原与毛乌素沙地过渡区魏家峁、雷龙湾和哈兔湾开展了生态地质综合调查，查明了区内地质环境条件、主要植被类型及群落、土地利用现状及生态环境问题，获取了典型区域地层结构和包气带岩性信息，掌握了黄土高原与毛乌素沙地过渡区植被群落特征、包气带结构、植物耗水及土壤水特征，进行了黄土高原小流域降水-土壤水-地下水文过程的研究，探讨了黄土高原小流域不同生态建设条件下三水转化效率。在此基础上，总结了荒漠化地区综合地质调查的技术方法，为该地区进行综合地质调查开启了成功的经验。

（3）黄土高原淤地坝调查研究为淤泥坝治理提供科学依据。黄土高原淤地坝主要分布在陕北地区，又以榆林市密度最大。在榆林市横山区选择了元坪流域进行详细调查，元坪流域目前淤地坝盐碱化现象普遍，29.1%的淤地坝均存在不同程度的盐碱化，较横山区其他地区（10.6%）盐碱化现象较为严重，主要是由于排水系统不良和泉水的不断渗出导致常流水漫溢，加之元坪流域沟道比降小，工程密度大，加剧了坝地盐碱化现象。根据陕北地区地形条件和筑坝材料限制，圈定出陕北黄土丘陵沟壑区适宜修建淤地坝的面积为4.3万km2，并提出了榆林地区淤泥坝建设建议。

（4）榆林市“双评价”和主要生态功能区生态功能评价服务国土空间规划。根据《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南》，系统梳理了榆林市国土空间开发适宜性评价的因子，筛选了评价方法技术体系，完成了榆林市双评价。通过评价，对毛乌素沙地沙漠化敏感性、陕北黄土丘陵沟壑区水土保持功能重要性和水土流失敏感性进行梳理总结，提出了国土空间规划建议，为进一步开展区域的规划提供参考。

3 西北地区生态安全的机遇与挑战

3.1 需求方向

2020年6月，国家发展改革委和自然资源部联合印发《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021～2035年）》，提出了今后一个时期实施全国重要生态系统保护和修复重大工程的总体布局，即将重大工程重点布局在青藏高原生态屏障区、黄河重点生态区（含黄土高原生态屏障）、长江重点生态区（含川滇生态屏障）、东北森林带、北方防沙带、南方丘陵山地带和海岸带等“三区四带”，根据各区域的自然生态状况、主要生态问题，研究提出了主攻方向。黄河重点生态区不仅是国家重要生态屏障，也是黄河流域生态保护和高质量发展战略的重要实践地。《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》指出，“黄河是中华民族的母亲河，要把黄河流域生态保护和高质量发展作为事关中华民族伟大复兴的千秋大计，贯彻新发展理念，遵循自然规律和客观规律，统筹推进山水林田湖草沙综合治理、系统治理、源头治理，改善黄河流域生态环境，优化水资源配置，促进全流域高质量发展，改善人民群众生活，保护传承弘扬黄河文化，让黄河成为造福人民的幸福河”。“南水北调工程”也是国家战略性工程，事关战略全局、长远发展和人民福祉，扎实推进南水北调工程高质量发展，需要加强生态环境保护，而“南水北调工程”的核心水源区位于秦岭丹江口，承担着“一江清水向北送”的圣神使命。另外，西北地区地处干旱-半干旱区域，降雨量较低，生态环境十分脆弱，生态环境问题也较为突出，其分布有河西走廊、塔里木周缘等生态脆弱区。基于此，在西北地区开展生态地质综合调查，对构建国家生态安全屏障体系和支撑国家重大战略意义重大。

中国地质调查局自1999年起先后开设了黄河源、长江源等生态环境地质调查项目，旨在解决重点地区的生态环境地质问题，取得了较好的成果成效。同时，为推动黄河流域生态保护与高质量发展、南水北调中线工程和国家生态文明建设等国家战略，自2019年以来布设了生态地质综合调查项目，对青藏高原、黄土高原等生态屏障区域进行了生态地质调查研究，取得了一系列的新进展。但受气候变化和人类作用的双重影响，整个西北地区林、草、湿等自然资源在一定程度上趋于退化趋势，这些变化过程的主导作用因素以及相关控制机制尚不清楚，生态环境未来演变的趋势也不明晰，这些都将影响整个西北地区的生态保护与高质量发展，迫切需要对西北地区的生态环境进行更深入的调查研究，全面掌握西北的生态格局和生态地质问题分布特征、变化规律，建立地上、地下一体化的生态地质监测体系，全面保障西北地区的生态安全与高质量发展。

3.2 主要问题与挑战

通过开展西北典型地区生态地质调查，笔者团队积累了宝贵的工作经验，综合西北地区生态本底特征和生态安全保障的需求，笔者认为西北地区生态地质调查目前面临着4个方面的问题与挑战。

（1）生态问题本底不清。西北地区面积广大，干旱缺水，荒漠广布，自然生态系统较为脆弱，生态承载力和环境容量不足，经济发展带来的生态保护压力较大。西北分布有“三区四带”中的青藏高原生态屏障区、黄河重点生态区和北方防沙带，其中，青藏高原生态屏障区受全球气候变化和人类活动共同影响，面临着冰冻圈退缩、土地沙化、草地退化等生态问题，高寒生态系统较不稳定，约70%的草原存在不同程度的退化问题，草原鼠害也较为严重，在强盛风力和气候干旱共同作用下，土地沙化也逐步加剧；黄河重点生态区有生态敏感区和脆弱区面积大、类型多、程度深的特点，是全国水土流失最严重的地区，生态系统不稳定，上游局部地区生态系统退化、湿地萎缩、土地荒漠化等问题突出，中游水土流失严重；北方防沙带包含西北地区阿尔泰山地森林草原和塔里木河荒漠化防治国家重点生态功能区，区内有草原退化、土地沙化、湿地萎缩等生态问题。虽然西北地区生态问题突出，但生态问题的分布范围和特征，生态问题的变化规律和趋势仍不清楚，需要开展进一步工作。

（2）生态问题地质成因机理不明。西北生态脆弱敏感，局部地区土地荒漠化、草地退化较为严重，但已有调查以林草湿等类型、面积、覆盖情况等为主，未对地层岩性、地质构造、水文地质条件等地质环境进行调查研究，而地质环境在不同程度影响或制约着生态问题的发展演化，生态环境问题的地质成因也决定着其未来发展演化的趋势。因此，下一步应开展生态环境问题地质机理研究，为生态环境问题提出更有针对性的、长期的地学防治措施与建议。

（3）生态地质调查技术方法体系急需完善。生态地质学研究内容广泛，需强化生态系统时空演替规律与内在机理研究。目前，对于生态地质调查监测、定量评价、预测预警以及生态系统恢复力与适应性评价方法等尚未建立一个系列的技术方法体系，需要持续的进行调查研究示范，让生态地质工作有据可依（聂洪峰等，2021）。西北地区包含青藏高原、黄土高原及荒漠绿洲等多个生态功能区，区内生态与地质间的相互作用关系不同，生态环境问题差异也较大，需要以地球系统科学理论为指导，建立不同区内的调查监测评价技术方法体系，服务于不同尺度山水林田湖草沙整体保护与系统修复。

（4）基于自然恢复的科学生态治理模式尚需探索。目前，在国家的大力保护和整治之下，西北自然生态系统总体稳定向好，但仍然较为脆弱，对于山水林田湖草沙作为生命共同体的内在机理和规律认识不够，在落实“整体保护、系统修复、综合治理”的理念和要求还有很大差距，生态保护的压力依然很大，生态保护和修复的任务十分复杂。而且以往开展的修复治理也仅仅体现在地表层，对于生态环境问题的演变规律、未来发展趋势、生态与地质的演化关系等未开展系统性的调查研究，形成的各类调查研究数据也缺少地上、地下一体化多门类全要素数据，尚不能全面支撑不同尺度国土空间规划、生态保护与系统修复的切实需求。因此，应依据《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021～2035年）》的总体要求，统筹山水林田湖草沙整体保护和修复的思想，“坚持保护优先，自然恢复为主”，开展地上、地下相结合的多门类综合地质调查，建立基于自然恢复的、科学的生态治理模式。

4 未来展望

西北地区占地面积大，自然资源丰富，同时也是中国两大重要河流长江和黄河的发源地，是实施“南水北调工程”和“黄河流域生态保护和高质量发展”等国家重大工程或战略的重要地段，肩负着青藏高原生态屏障区、黄河重点生态区及北方防沙带等生态屏障区的建设。为推进国家重大战略的顺利实施和构建西北生态安全屏障，需开展生态地质综合调查研究，为国家重大工程或战略提供地质决策依据。

（1）西北地区是全国重要生态系统保护和修复重大工程实施的重要场所。《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021～2035年）》明确提出了包含西北地区青藏高原生态屏障区、黄河重点生态区（含黄土高原生态屏障）、北方防沙带等在内的“三区四带”，地质工作未来需长期支撑服务重要生态屏障和生态敏感脆弱区域的生态保护修复工作（施俊法，2021）。建议下一步，针对青藏高原生态屏障区，应全面保护草原、湿地、荒漠等生态系统，加强生态地质状况调查监测与评价，提出科学的自然的生态修复措施，优选人工辅助措施，提升高原生态系统结构完整性和功能稳定性；针对黄河重点生态区，应以增强生态系统稳定性为重点，上游加强水源涵养能力建设，中游加强水土保持，开展中上游生态地质综合调查监测与评价，全面掌握区域内生态本底状况、生态地质问题类型及其分布，加强生态保护与系统修复，提高植被覆盖度，完善生态功能区和自然保护地建设；针对北方防沙带，应以荒漠生态系统的综合整治和自然恢复为导向，全面保护荒漠、湿地等生态系统，进一步增加林草植被盖度，增强防风固沙、水土保持等功能，提高自然生态系统质量和稳定性。

（2）西北地区是国家重大战略的重要实践地。位于西北地区的黄河中上游是黄河流域生态保护和高质量发展战略的重要场所，其贡献着黄河大部分的径流量。目前，黄河中上游正在开展的生态环境地质调查工作取得了一定的成果，但研究集中于重点地段，如黄河源及黄土高原等，未从整体考虑去调查研究上游水资源、生态环境等变化对中下游乃至整个流域的影响，需持续深入的进行生态地质调查研究。黄河中上游面积较大，虽然生态系统整体向好，但局部地区冻土消融、冰川退化、荒漠化等生态环境问题仍较为突出，需要持续进行深入调查研究。建议下一步，完成黄河中上游区域生态地质背景调查，查明黄河中上游地区、中游煤炭基地等典型区域的生态地质条件、主要生态地质问题及其发育分布规律，形成生态状况评估本底，构建生态地质调查监测评价技术体系，编制黄河流域生态保护修复区划，同时研究重大生态问题区的形成机制，提出基于自然恢复的黄河流域生态保护修复地学解决方案。另外，位于秦岭丹江口的水源区是“南水北调中线工程”的核心水源区，但其区域性重要生态地质问题机理不明，水源区矿山环境地质问题、地下水污染问题、河湖湿地富营养化问题在局部地段仍然突出，土地退化、地质灾害等也多发，一定程度上影响了库区及源区生态安全，为确保丹江口水库的入库水量和水质安全，亟需开展生态地质工作，以水为重点，查清影响生态环境的地质因素。建议完成南水北调中线水源区生态环境背景分析，基本查明生态环境地质现状及动态变化情况，同时，进行矿山开发对地表水、地下水的污染调查研究，开展水源区土壤可侵蚀性特征和水土流失现状调查评价，建立地表-地下一体化水质监测网络，实现水质实时监测和风险评估，开展水源区水源涵养现状评价和矿山生态风险评价，提出矿山生态风险区划和水污染防治区划建议。

（3）西北地区是推进生态退化地区综合治理和生态脆弱地区保护修复的主战场。西北大部分地区为中国干旱-半干旱地区，绿洲为主要农业区和城市区。随着气候变化，沙漠化和荒漠化情况日益严重，急需查明绿洲荒漠化情况及生态特征，提出绿洲区荒漠化治理和应对措施方案，为绿洲区长期发展提供地质、生态环境的依据。建议完成西北绿洲区区域生态地质背景调查，基本查明西北绿洲分布特征、演化趋势、土地覆盖变化及人类活动影响，查清河西走廊、塔里木及柴达木等典型绿洲区生态与地质要素间的相互作用，查明绿洲区湿地萎缩、土地沙化、盐渍化、植被退化等重大生态问题分布规律、影响因素、形成机制及潜在的生态风险，建立绿洲脆弱带生态监测体系，研究气候变化等因素对主要生态系统的控制作用，提出绿洲脆弱区生态保护修复措施和模式，为国土空间生态保护与修复提供支撑。

5 结语

（1）前期的生态地质调查工作取得了一定的成果成效，但由于调查方法技术体系不完善，西北生态环境地质问题复杂多样，许多重要的生态环境地质问题机理尚未明晰等原因，需要进一步对西北重要地区进行长期的生态环境地质调查研究，持续深入调查研究青藏高原、黄土高原等多样独特的生态系统，逐步厘清西北地区的生态地质本底状况，建立系统的生态地质调查监测与评价技术方法体系，为西北地区生态保护修复提供技术支撑。

（2）在西北地区开展生态地质调查，对构建国家生态安全屏障体系和实施国家重大战略意义重大，下一步应继续以地球系统科学理论为指导，在重要的生态功能区和脆弱区开展生态地质综合调查研究，查明重要生态问题的地质成因机理，建立基于自然恢复的科学生态治理模式，探索驱动生态保护与高质量发展的地学机理，为保障西北地区的生态安全，实现西北可持续发展作出应有的贡献。

致谢：谨以此文庆祝中国地质调查局西安地质调查中心成立60周年。本文中应用的调查研究成果是西安地质调查中心的集体成果，撰写过程中得到了中心领导、各业务处室及孙萍萍、张俊、韩海辉、陈华清等同事的大力支持和帮助，朱桦等专家给予了精心指导，同时也得到了中国地质调查局兄弟单位聂洪峰、肖春蕾等专家的悉心指导，在此向大家表示衷心感谢！生态地质是一门新型学科，调查研究尚属探索阶段，因此本文撰写内容难免存在着诸多的疏漏和错误，敬请各位同行批评指正！