由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办，中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2017年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻，2017年12月31日在京揭晓。

此项年度评选活动至今已举办了24次。评选结果经新闻媒体广泛报道后，在社会上产生了强烈反响，使公众进一步了解国内外科技发展的动态，对宣传、普及科学技术起到了积极作用。

 

2017年中国十大科技进展新闻  

1.我国科学家利用化学物质合成完整活性染色体

我国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体，标志着人类向“再造生命”又迈进一大步。该研究利用小分子核苷酸精准合成了活体真核染色体，首次实现人工基因组合成序列与设计序列的完全匹配，得到的酵母基因组具备完整的生命活性。该研究结果2017年3月10日在《科学》发表，我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。自2012年开始，天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院与美国等国家的科研机构共同推动了酵母基因组合成国际计划（Sc2.0），旨在对酿酒酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。我国科学家此次成功合成的4条酿酒酵母染色体，占Sc2.0计划已经合成染色体的2/3。 

2.国产水下滑翔机下潜6329米刷新世界纪录

我国自主研发的“海翼”号水下滑翔机于2017年3月在马里亚纳海沟挑战者深渊，完成大深度下潜观测任务并安全回收，最大下潜深度达到6329米，刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。“海翼”号水下滑翔机是根据中科院B类战略先导专项的部署，由中科院沈阳自动化所研制的、具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。从原理样机的研发到深渊观测任务的圆满完成经历了13个年头，包含浅海、深海、深渊等不同型号的水下滑翔机20余台。此次“海翼”号在马里亚纳海沟共完成了12次下潜工作，总航程超过134.6公里，收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息，为海洋科学家研究该区域的水文特性提供宝贵资料。  

3.世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生
  

2017年5月3日中国科技大学潘建伟院士科研团队宣布光量子计算机成功构建。潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平，团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源，通过电控可编程的光量子线路，构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。实验测试表明，该原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍，通过和经典算法比较，也比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。这台光量子计算机标志着我国在基于光子的量子计算机研究方面取得突破性进展，为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了坚实基础。 

4.国产大型客机C919首飞

 

我国首款国际主流水准的国产大型客机C919于2017年5月5日14时许在上海浦东国际机场首飞。C919的全称是“COMAC919”，COMAC是C919的主制造商中国商飞公司的英文名称简写，“C”既是“COMAC”的第一个字母，也是中国的英文名称“CHINA”的第一个字母，体现了大型客机是国家的意志、人民的期望。第一个9寓意“天长地久”，19寓意C919大型客机最大载客量190人。C919拥有完全自主知识产权，是建设创新型国家的标志性工程，凝聚了国内最优秀的设计人才和工程人才，针对先进的气动布局、结构材料和机载系统，研制人员共规划了102项关键技术攻关，包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。  

5.我国首次海域天然气水合物试开采

 

2017年5月18日，我国首次实现海域可燃冰试采成功，南海神狐海域天然气水合物（又称可燃冰）试采实现连续187个小时的稳定产气。这是“中国理论”“中国技术”“中国装备”所凝结而成的突出成就，中国人民又攀登上了世界科技的新高峰。源源不断的天然气从1200多米的深海底之下200多米的底层中开采上来，点燃了全球最大海上钻探平台“蓝鲸一号”的喷火装置。这是我国首次，也是全球首次对资源量占比90％以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采。从“蓝鲸一号”起步的可燃冰试采，不仅对我国未来的能源安全保障、优化能源结构具有重要意义，甚至可能给世界能源接替研发格局带来改变。  

6.我国“人造太阳”装置创造世界新纪录

 

国家大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环（EAST）实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行，创造了新的世界纪录。这一重要突破标志着，我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面将继续引领国际前沿。东方超环是世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置，对国际热核聚变试验堆（ITER）计划具有重大科学意义。由于核聚变的反应原理与太阳类似，因此，东方超环也被称作“人造太阳”。该成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持，也为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。  

7.中国科学家首次发现突破传统分类新型费米子

 

中国科学院物理研究所科研团队首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子，为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。这一研究成果于2017年6月19日由《自然》杂志在线发表。寻找新型费米子是近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。此次新型费米子的发现从理论预言、样品制备到实验观测的全过程，都是由我国科学家独立完成的，它是凝聚态物理中固体理论的一个重要突破。这一研究成果对促进人们认识电子拓扑物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。  

8.量子通信“从理想王国走到现实王国”

 

2017年1月18日，我国研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成４个月的在轨测试后，正式交付使用。2017年6月16日，中国科学技术大学潘建伟、彭承志等带领的团队宣布，利用“墨子号”在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发，并于此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”于9月29日正式开通。结合“墨子号”卫星，我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信。“墨子号”圆满实现了三大既定科学目标，用潘建伟的话说，千公里级的星地双向量子通信，终于“从理想王国走到了现实王国”。  

9.中科院推出高产水稻新种质

 

由中科院亚热带农业生态研究所夏新界研究员领衔的水稻育种团队于2017年10月16日宣布，历经十余年研究，团队日前培育出超高产优质“巨型稻”：株高可达2.2米、亩产可达800千克以上、具有高产、抗倒伏、抗病虫害、耐淹涝等特点。经农业部植物新品种测试中心DNA指纹检测，以及华智水稻生物技术有限公司56k水稻SNP基因芯片指纹图谱检测，确认“巨型稻”是一种水稻新种质材料。这种“巨型稻”光合效率高，单位面积生物量比现有水稻品种高出50%，平均有效分蘖40个，单穂最高实粒数达500多粒，单季产量可超过800千克/亩。它是运用突变体诱导、野生稻远缘杂交、分子标记定向选育等一系列育种新技术，获得的水稻新种质材料。  

10.“悟空”发现疑似暗物质踪迹

 

2017年11月30日，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测成果在《自然》杂志上刊发。“悟空”测量到电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特（TeV）能量处的异常波动。这一神秘讯号首次为人类所观测，意味着中国科学家取得了一项开创性发现。如果后续研究证实这一发现与暗物质相关，将是一项具有划时代意义的科学成果，人类就可以跟随着“悟空”的脚步去找寻宇宙中５％以外的广袤未知，这将是一个超出想象的成就。即便与暗物质无关，也可能带来对现有科学理论的突破。“悟空”投入相对小，在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”和“区分不同种类粒子的本领”两项关键技术指标方面世界领先。 

 

2017年世界十大科技进展新闻 

1.新传感器技术可实现意念操控机械假肢

 

一个国际团队在《自然—生物医学工程》上发表论文表示，在他们研发的传感器技术助力下，机械假肢能探测到使用者脊髓运动神经元发出的电信号，使假肢的控制更加灵活，这相当于用意念控制假肢。有关技术有望帮助截肢人士恢复更多活动功能。这种新传感器能让机械假肢直接探测到来自脊髓运动神经元发出的电信号，比起单纯依靠肌肉抽动来控制的方式，这样的操控可做到更精确，可完成的动作也更复杂，机械假肢的实用性随之提高。团队下一步将对这一新型机械假肢进行更大范围的临床测试，经过不断改进后，这类产品有望在未来三年进入市场。  

2.DNA数据存储新法问世

 

美国科学家在2017年3月2日出版的《科学》杂志上报告说，他们想出了一种新的方式将数据编码进脱氧核糖核酸（DNA），从而创造出迄今最高密度大规模数据存储方案。在这套系统中，1克DNA具有存储215拍字节（2.15亿千兆字节）的能力。原则上，它可以将人类有史以来的所有数据存储在一个大小和重量相当于两辆小货车的容器中。然而这项技术能否起飞主要取决于成本。用DNA存储数据有很多优势。它是超级压缩的，并且在寒冷干燥的地方可以保存数十万年。同时只要人类社会还在读取和书写DNA，他们就能够解码这些信息。科学家还可以为这些文件制作几乎不受数量限制的无差错文件副本。  

3.“二手”火箭,成功发射回收

 

美国太空探索技术公司于2017年3月30日利用翻新的“二手”火箭把一颗商业通信卫星发射上天，这是人类太空史上的第一次。此次发射的主要任务是把欧洲卫星公司的SES-10卫星送至地球同步静止轨道，但特殊之处在于这枚“猎鹰9”火箭的第一级曾于2016年4月为国际空间站运送过货物，此后降落在太平洋的一艘无人船上，是人类从海上成功回收的第一个火箭第一级。经翻新并加上第二级后，火箭第一级被运回肯尼迪航天中心再次承担轨道级发射任务。火箭第一级回收的目的是研制可重复使用的运载火箭。传统火箭都是一次性使用，一旦能够回收重复使用，将有望降低发射成本。  

4.3D打印卵巢具有生育能力

 

2017年5月16日出版的《自然—通讯》杂志报道称，美国科学家通过3D打印技术，由凝胶制成的人工卵巢能够使老鼠受孕并产下健康的后代。在这项研究中，科学家使用了一个具有发射凝胶喷嘴的3D打印机，而其所使用的凝胶来源于动物卵巢中天然存在的胶原蛋白。研究人员通过在载玻片上打印各种重叠的凝胶纤维图案来构建卵巢。随后，他们利用外科手术摘除了7只小鼠的卵巢，并在其位置上缝合了人工卵巢。小鼠交配后，其中3只雌鼠分别产下了健康幼崽。这些产崽的雌鼠同时还能自然泌乳，这表明嵌入支架的卵泡产生了正常水平的激素。该成果或能帮助因放疗或化疗导致不育的癌症幸存者恢复生育能力。  

5.科学家成功用引力为星球测重

 

《科学》杂志于2017年6月7日发文称，爱因斯坦的广义相对论提出100年后，科学家成功地运用该理论确定了一颗白矮星的质量，使当初在爱因斯坦看来“不可能的希望”成为现实。科学家在5000多颗恒星中寻找具有这种直线排列形式的星球，发现白矮星STEIN 2051 B恰好有着这种完美的定位——它在2014年3月正好位于一颗背景星球之前。他们利用哈勃望远镜对此现象进行观察，测量背景星球表观位置的微移动，这一作用被称作天体测量的微引力透镜效应。根据所测得的数据，他们估计，该星球的质量约为太阳质量的0.675倍。直接测量STEIN 2051 B的质量对理解白矮星的进化具有重要意义。  

6.全球首次发现双粲重子

 

欧洲核子研究中心于2017年7月6日宣布，经多国科学家共同努力，在世界上首次发现了一种被称为双粲重子的新粒子，这将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用的本质。中国团队对这一发现功不可没。这一最新发现来自欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）上的底夸克探测器（LHCb）合作组。据介绍，这种双粲重子含有两个质量较大的粲夸克和一个上夸克，质量约3621兆电子伏，几乎是质子质量的4倍，理论预期其内部结构迥异于普通重子。底夸克探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一，专门研究重夸克粒子的产生和衰变。  

7.华人科学家宣布发现“天使粒子”

 

美国斯坦福大学华人科学家张首晟等人于2017年7月20日在《科学》杂志上报告说，他们首次发现了马约拉纳费米子存在的证据。这一重大发现解决了困扰量子物理学80年的难题，对量子计算也具有重要意义。张首晟领导的理论团队预言了通过怎样的实验平台能够找到马约拉纳费米子，哪些实验信号能够作为证据；加利福尼亚大学洛杉矶分校的何庆林、王康隆以及欧文分校的夏晶领导的实验团队与理论团队密切合作，在实验中发现了被称为手性马约拉纳费米子的一类最基本马约拉纳费米子。意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言，自然界中可能存在一类特殊的粒子，它们的反粒子就是自身，这种粒子被称为马约拉纳费米子。  

8.科学家用基因剪刀修复人类早期胚胎致病基因

 

2017年8月2日出版的《自然》杂志报告，一个国际团队利用CRISPR基因编辑技术，成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。这是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑。研究人员以肥厚型心肌病为研究对象。这是一种常见的单基因遗传病，由MYBPC3基因突变引起，是青壮年运动员猝死的主要原因之一。研究人员利用CRISPR基因编辑技术修复了人类早期胚胎中的这种突变，且定向非常精确，没有在非靶点位置产生突变。研究人员介绍，精确的基因编辑技术还有助获得更多健康胚胎，提高体外受精成功率。但研究团队谨慎表示，相关基因编辑方法仍需进一步优化。  

9.世界首个分子机器人诞生

 

《自然》杂志于2017年9月20日报道，英国曼彻斯特大学科学家研制出世界上首个“分子机器人”，其能接收化学指令并完成组装分子等基本任务，未来可用于研发药物、设计先进制造工艺以及搭建分子组装线和分子工厂。组成分子机器人的碳、氢、氧和氮等原子总共只有150个，大小只有百万分之一毫米，将几百亿个这种机器人堆起来，也只有一粒盐那么大。但如此微小的分子机器人，却拥有机器手臂，能够根据指令操控单个分子，用机器手臂搭建分子产品。由于非常微小，这些分子机器人具有很多优势，能降低材料需求、加速药物研发、大幅减少能源消耗及推进产品微型化等。  

10.引力波研究获重要进展

 

全球多国科学家于2017年10月16日宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）捕捉到这个引力波信号。此后2秒，美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件，标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。6月1日，科学家就称，第三次探测到了引力波。此次结果不仅再次验证了广义相对论，也为了解双黑洞系统的成因提供了线索。9月27日，宣布第四次探测到引力波，这是欧洲和美国的探测器首次共同发现引力波。 

编者按：在服务资源、环境及生态等复杂问题的解决过程中，地质科学本身也将向前发展，形成新的学科或体系。近年来，国际上形成了两种不同的发展思路，一种是以美国等为代表的将复杂性问题置于环境或生态系统中加以研究，研究对象涵盖生态系统的生命和非生命成分；另一种是以俄罗斯为代表的将环境或生态问题置于地质范畴内探讨，突出生命组分影响下的地质客体变化等。本报今天刊俄罗斯学者V. T. 特罗费莫夫阐述生态地质学理论及其应用的文章，以飨读者。需要指出的是，尽管该文发表在多年前，但仍对思考生态文明建设下的地质工作具有重要借鉴意义。

地质学拟解决四类问题：一是为人类提供矿产资源；二是为人类的工程活动作地质论证；三是为人类的教育、文化和美学需求提供地质知识；四是为生态系统的稳定运行作地质论证。前三类问题已被地质学家接受，并已取得了满足人类社会发展需求的成果。第四类问题的意义和开创性，在20~25年前已被地质学家察觉。解决第四类问题的发展过程，引发了地质学一个新分支的形成，称之为“生态地质学”。

生态地质学及其对象和主题

　　

　　图1 岩石圈生态作用的分类

生态地质学是地质学的新分支，致力于岩石圈上层(包括地下水和气体)的勘查，并将它看作是生态系统的主要非生物组元之一，在生态系统的组织层级（从生物群落直到生态圈）中属高层级组元。用地质学家更为熟悉的术语来说，可把生态地质学的内涵定义为地质科学的一个分支，研究的是岩石圈的生态功能，这些功能的形成规律，以及在自然及人为动因影响下这些功能发生空间和时间变化的规律，它们与生物体、首先是人类的生存和活动息息相关。

必须指出的是，术语“生态地质学”（ecological geology）不同于“地质生态学”（geoecology）。两者存在原则性区别。无论从哪种意义上说，“地质生态学”都是一门复合性科学，研究的是地球的所有非生物壳层（圈层），也研究生物体。“地质生态学”包容“生态地质学”，后者仅触及岩石圈一个组成部分，在相同层级上的还有“生态地理学”和“生态土壤学”等，它们也是地质生态学的组成部分。

另一方面，“生态地质学”的概念内涵由“岩石圈生态功能（属性）”的概念确定。这个概念于1994年提出，是地质学中一个原理新颖的概念。它的内涵详细解释如下：

生态地质学的研究对象是地质科学的常规客体：从理论上说，是岩石圈及其所有组成部分；特定地说，是岩石圈的近地表部分，主要是受人为影响的地带。它可被描述为一个多组元的动态系统，包括对生物（biota）的存在和发展产生影响的岩石、地下水和气体。

生态地质学研究的是：“岩石圈—生物”系统，“受到人为影响的岩石圈—生物区”系统或“岩石圈—工程建设—生物区”系统；生物子系统与非生物子系统之间的直接和间接联系；最终是，“死”物质对“活”物质的影响，或广义地说，是岩石圈与生物之间的相互作用。这样的系统构成，意味着通过考虑岩石圈的人为改变，也把人为影响源纳入了系统之中。

根据其内涵，所有发生过转换的系统都是生态地质系统。这两种系统之间的主要区别，在于其中存在的是有生命组分还是非生命组分。生物区存在并活动于岩石圈中，或者就在岩石圈表面。据此便可形成“生态地质系统”的定义。生态地质系统是岩石圈的特定部分，是在其内和其上容纳着所有生物区的环境的地质组元。生态地质系统由三个子系统组成：岩石圈（无生命的）、生物区（有生命的）和天然及人为影响源。

生态地质学的研究主题是有关岩石圈生态功能（属性）的知识（数据系统）。因此，要考虑“岩石圈—生物区”系统中的功能关系，或“岩石工艺系统—生物区”之间的功能关系。

岩石圈的生态功能

岩石圈的生态功能多种多样，决定和反映着岩石圈（包括产于其中的地下水、油、气、地球物理场和地质作用）对生物区，主要是对人类的重要价值。人类的独特性在于人类活动对环境的影响比所有其他生物的影响都大。研究岩石圈不能采用生物生态学、生态地理学和生态土壤学研究框架内的那类途径。

岩石圈生态功能的科学理念，意味着对岩石圈的作用要有多方面的考虑，将之视为一个存在着有机生命（各体生物、植物群、动物群和人类）的环境。从生态观点看，岩石圈主要是给生物体提供资源和能量，并通过它的资源及其地质动力学、地球化学和地球物理功能来实现（图1）。这里不考虑人与自然相互作用功能中的社会-经济、道德和审美方面，因为它们超出了专业地质知识的范畴，事实上它们构成了一个社会生态学的关切。

在天然及被人为改变的岩石圈与有群体结构的生物物种生物区之间，有着多种多样的关系，可把它们归结成4种功能：一是岩石圈的资源生态功能，它对生物体生存和活动所需的矿物质、有机质、有机-矿物质资源有重要意义；二是岩石圈的地球动力学生态功能，它通过自然和人为的过程和现象，决定着岩石圈对生物区状态和人类生活条件的影响；三是岩石圈的地球化学生态功能，它反映着岩石圈的自然和人为地球化学场（不均一性）对整个生物体（包括人类在内）状况的影响；四是岩石圈的地球物理生态功能，它反映着岩石圈的自然和人为地球物理场（不均一性）对生物体（包括人类在内）状况的影响。

每种功能的内涵、它们的评价标准、信息获取方法和表述方法另有专文论述。

岩石圈的生态属性

岩石圈的生态功能靠具体的生态属性来实现。就“岩石圈的生态属性”这一术语而言，指的是岩石圈的特征属性，即具有特定生态重要性的属性。它取决于其物质成分、地球动力学、地球化学和地球物理学的特性，且与生物体存活的供养、生物体生存和进化条件有机关联。

有关岩石圈生态属性的问题，是一个新问题。这里力图在岩石圈的资源及其地球动力学、地球化学和地球物理的生态功能框架内，给这些属性命名（表1）。它可能不是完整的清单，但堪作举例材料。

　　表1 岩石圈的生态功能与属性

　　

生态地质情势及其状态

用术语“生态地质情势（环境）”来表达岩石圈具体生态属性（功能）的组合，反映作为栖息地的一定岩石圈体积内生物体生存条件的现状或古状态。在一个地块或一个区域范围内，生态地质情势（situation）或许会或许不会因地而变。而且，生态地质情势也会随时间而变，在这种情况下，该情势会随时间从一种状态（state）变换成另一种状态。由于人为工艺因素和灾变性自然过程的发展，这种变换可能进行得很快，从历史观点看，有时就在瞬间。

必须强调的是，生态地质环境（conditions）或许既取决于所有生态功能同时起作用，也会仅取决于一种生态功能，比如地球动力学功能，它会在瞬间对生物区产生较强烈的影响。在后一种情况下，这种生态地质情势应该说成是“依靠岩石圈地球动力学特征形成的特色生态地质环境”。当地球化学功能在生态地质状况形成中扮演最重要角色的情况下，就说它是依靠岩石圈块段的地球化学特色形成的特色生态地质环境。

“生态地球动力学环境”、“生态地球化学环境”和“生态地球物理环境”等术语，在地质文献中也常常使用。这些术语是对上段文字特指含义的省略表达。另外，当只分析一种生态功能对生物群或人类的影响时，使用这些术语也是对的。

正如已经指出的那样，生态地质环境的变化或许是足够快的。人们必须把所研究对象（生态地质系统）的阶段特色称为生态地质情势（环境）的状态（state），地质学家则往往将它称为岩石圈的生态状态。可以把“生态地质情势（环境）的状态”的实质定义为某种暂时状态，并根据当时岩石圈的一种生态属性特征，或者几种生态属性（功能）的组合把这种状态估计出来。这些生态属性决定着生物体生存的有利度（水平）和或然率。

生态地质情势的状态要根据岩石圈某些属性的暂时状态评估出来，也要描述出这些属性对活体生物产生影响的特征。根据这种定义，当对岩石圈的生态状态做评价时，就不得不一方面评价岩石圈对活体生物的资源和能源影响，另一方面评价有关活体生物响应这些影响时的特定相互作用信息。在所有的生态系统组织层级上，此类评价准则对生物体都是适用的。

如上所述，生态地质环境的状态可以取决于岩石圈的一种属性（功能）或几种属性（功能）的组合。在地球物理功能强烈影响生物群的特殊情况下，可以说：“生态地质环境的状态取决于地球物理功能（属性）”。地质学家常常用术语“岩石圈的生态地球物理状态”来代替上面的表述。而“岩石圈的生态资源状态”、“岩石圈的生态地球化学状态”之类的术语，常被作为同义语使用。

生态地质学的基本科学问题和实践问题

生态地质学有5项主要任务：（1）研究岩石圈的生态功能，它们的形成规律，及其在自然和人为作用影响下发展的动力学；（2）从岩石圈生态功能变化的观点出发，针对人为成因的影响，开发评价岩石圈近地表部分稳定性的理论和方法；（3）针对岩石圈近地表地层环境与属性的控制问题，精心研制理论和方法，以保护和改善它们的生态功能；（4）研制工业废弃物利用和选择其最佳（就地质环境而论）埋置地区和层位的理论、方法和途径，以使对区域生态属性的负面影响最小化；（5）针对国土、目标客体和大型建筑的工程保护问题，精心研制进行地质论证的理论和方法，以免发生削弱其生态功能的自然和人为地质作用。

总的来说，生态地质学的应用性问题可以通过下述途径形成：（1）论证生态系统正常运转前提下岩石圈资源的合理利用；（2）确定岩石圈近地表部的人为污染对生物群的影响；（3）针对一些生态系统或整体生态系统生物群的管理，为制定和调整解决方案进行地质论证。

这种一般性生态-地质课题清单，通过参考早先开列的岩石圈生态功能，还可以更详细地提出来。

生态地质学的逻辑结构

根据生态地质学是地质学的一个科学分支，而不是一门独立学科，它的逻辑结构应该包括地质科学逻辑结构中用于解决生态问题的既定要素，以及“它自己的逻辑基础”。两者的同化不是机械式的，要遵循相当明确的关系，即生态学方法途径的逻辑。“它自己的逻辑基础”是一种逻辑支点，也能够在其它科学的理论、思想和定律中使用。

　　 

　　图2 生态地质学逻辑结构的全域示意图

　　A-生态地质学逻辑结构的逻辑基础；B-被生态地质学利用的地质学科的逻辑结构（B1-工程地质学；B2-冰川学；B3-水文地质学；B4-地球化学；B5-地球物理学；B6-矿山地质学；B7-新构造学；B8-地震大地构造学；B9-地貌学；B10-地史学与古生物学；B11-火成岩石学与沉积岩石学；B12-矿物学)；C-生态地质学逻辑结构全域的轮廓线）

 

对此问题的处理如图2所示。该图说明了生态地质学逻辑结构的镶嵌特性，就致力于解决生态问题的地质科学，以及这些地质科学对生态地质学逻辑结构的贡献，给出了概念图。不难看出，工程地质学、水文地质学、冰川学、地球化学、地球物理学和矿山地质学提供着主要的信息量，以及可用于生态地质学的大部分研究方法。在我们看来，其它地质学科及其逻辑结构可用的较少。以上结论基于一个事实，有关岩石圈生态功能的知识才是生态地质学的基础。

基于对岩石圈生态功能的上述认识，可以对生态地质学逻辑结构的最重要要素划分出以下几个方面：（1）原理-岩石圈近地表部的结构、空间关系、属性和生态功能，是其地质特征的历史发展及其与自然环境和人为作用圈相互作用的结果；（2）原理-岩石圈的动力学状况（运动速率和特性）和生态功能的组元与变化，皆归因于它们的自然属性，归因于它们与环境（包括人为的工艺成因环境）相互作用的模式和强度；（3）生物体与环境相互作用的一致性定律；（4）社会发展特征与环境状况间的一致性定律（基本生态定律）。

正是这些原理和定律形成了生态学的支点，把其它地质学科的基础整合起来，构成了生态地质学自身的那部分逻辑基础。

生态地质学的科学分支及其在地质理论知识体系中的位置

在生态地质学的结构中，有几个旨在分析所确定的岩石生态功能的科学分支。它们是资源生态科学、生态地球动力学、生态地球化学和生态地球物理学（图3）。

资源生态科学是生态地质学的科学分支，涉及与维持生物区存续有关的全部问题，按资源利用的观点，其中首要的是通过提供岩石圈的矿产资源和地质空间资源维持人类社会存续，在科学技术活跃发展的新时代满足人类的需求。研究的焦点不是矿产资源的勘查和储量计算，而是评价其目前消费水平与合理使用的一致性。实质上，岩石圈矿产资源消费的管理问题，应该通过关注高层级生态系统的保护和正常运行来解决。地质空间资源也要用生态学的观点来评价。很明显，一些地质科学的方法，主要是矿山地质学、水文地质学的方法(对矿产资源)，工程地质学和冰川学的方法(对地质空间资源)，应该适用于这些研究和调查。另外，这些研究应该由社会来定向，就是说应该与社会经济学紧密关联，在实践中，生态地质学家应该与经济学家、社会学家及管理机构和设计院所的代表接触。生态地质学这一分支的主要课题是：考虑目前文明发展需要的矿产资源评价，对矿产资源消费的管理建议进行地质论证。

生态地球动力学是一个大领域，包括所有涉及自然和人为地质过程对生物区影响的课题，以及评估生物群栖息地可能灾变和舒适度的课题。后一点仅关切人类社会。这些研究一直采用工程地质学、冰川学、水文地质学和构造地质学的方法来执行，与项目规划者和设计者联系。在该分支框架内执行的主要任务有：针对在工艺活动影响下的地球动力学参数变更，开发评价岩石圈近表部稳定性的方法；为保护生物区和人类社会免受影响其生存及舒适度的（天然和人为）不利和灾变地质过程的危害，对相应工程保护项目进行生态地质论证。

生态地球化学是生态地质学的科学分支，研究天然和人为成因地球化学场对生物区的影响。在生物区内有岩石地球化学、气体地球化学和水地球化学异常。调查课题是：岩石圈的物质（矿物）成分，活动态化合物的迁移问题，元素的非正常浓度及其对生物区的影响性质问题。地球化学、矿物学、岩石学和水文地质学的方法被用来解决这些问题，生物区环境的生物医学评估资料具广泛的适用性。实际上，这类研究意味着生态地质学家要与医学专业人员和卫生服务机构建立密切联系，因为这些异常要用医学-卫生的观点来评价。

生态地球物理学也是生态地质学的科学分支，研究重力、磁、电磁、热和放射性等天然和人为地球物理场对生物区的影响。这些场与背景值的偏差及其对生物区的影响，要借助地球物理学、大地构造学、地震构造学的方法和生物医学的学科资料来研究。与生态地球化学一样，这些问题的解决必须与医疗-卫生服务机构密切联系。要在该分支框架内完成的总体任务有：天然和人为源地球物理场的分析，研制评价其医学-卫生危险的方法和准则（对生物区的影响强度，评价岩石圈对工艺性污染的稳定性）。

图3示出了生态地质在理论地质知识中的位置。在地质学的结构中包括前5个科学分支已得到承认，无需再予证明。但是，对于后两个分支，即“关于岩石圈生态功能的科学”和“关于地球的工程地质环境的科学”，其纳入地质学的合理性尚存争辩。主要争辩依据是，在科学技术活跃发展的新时代，对于涉及地球和岩石圈问题，需要强调生态理论研究的作用。目前，人为工艺因素对岩石圈外壳的影响程度，已经提高了生态地质学说在地质学中的地位，已经使这个学说可以划分为地学中的独立科学分支，已经把上面所述的后两个分支提升到了与前5个分支相同的水平。

　　 

　　图3 生态地质学的科学分支及其在地质科学体系中的位置

生态地质学的实用性分支

图4说明，可以在生态地质学的构成中列出几个实用性子分支。它们是城市、矿床和复垦影响区的生态地质学，以及线状工程、热电站和核电站等影响带的生态地质学。值得特别强调的是，各类经济活动不仅在项目建设中，而且在其运营和维护时期，都应该提供对岩石圈和生物区生态影响的评估。因此，应调查的面积要比官方土地使用许可的范围更宽更广，只要在其内确定了或造成了工程客体对岩石圈生态属性的影响。

各种经济活动在对岩石圈影响的强度、深度和性质上是各不相同的。这涉及到岩石圈的矿产资源，地质作用的活跃程度，以及自然和人为成因的地球化学和地球物理致病区的发展。

　　

　　图4 供人类社会正常发展和运作的生态地质学的实用分支学科

很明显，大的城市群、采矿工程（矿山、露天矿场等）、集中在数个盆地和油气田带中的油气产业，都会对岩石圈及其生态功能产生重大的影响。对城市群而言，这种影响取决于特定的高密度城市人口；居住区，交通-通讯，大型工业、燃料和能源企业及联合企业的自营交通，均规模巨大；还取决于城市地下的支撑工程。因此，会观测到以下现象：土壤、岩石圈近地表部和水圈被活性有毒化合物强烈污染；由于热、重、电磁和地震声波等地球物理场变化，发育起致病的地球物理异常；车辆废气导致大片土地的高度重金属污染；地下水动力学和水化学机制改变；地下水储量耗竭。矿场附近岩石圈的生态性变化与下述后果关联：矿产资源枯竭，重力场变化，产生异常的地层压力，地下水动力学参数彻底转变，出现密集的人为污染区，地质环境资源减少。对线性工程而言，不利的生态后果与负面的地质作用活跃有关，与线性的人为污染晕和诱发的异常地球物理场有关。

在不同种类经济活动影响下发生的岩石圈生态环境特性改变的清单还可能扩展，但上述这些已足以支撑得出结论。每种经济活动都与岩石圈生态属性改变的特定复杂性关联，因此要对它们进行分析，就需要运用地质科学的各类理论和方法。城市群影响着岩石圈的所有生态功能，所以要动用地质科学的整套方法，特别要涵盖图2所示的所有学科的方法。对线性建筑而言，要运用的地质科学和方法清单将取决于研究需要，首先是岩石圈地球动力学、地球化学和地球物理学功能的研究。在矿床开采方面，研究重点要集中到岩石圈资源功能的所有方面，地球物理和地球化学异常，以及一组地质作用。