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深入贯彻地球系统科学理念 全面提升自然资源管理水平

2018-5-30 8:51:21 来源:中国矿业报 作者:侯增谦

几千年人类文明史,分别经历了由原始文明到农业文明,到工业文明,再到生态文明的嬗变,是一部由低级向高级发展演化的历史。生态文明的核心是“尊重自然、顺应自然、保护自然”,实现人与自然和谐共生。它要求健全国土空间开发、资源节约利用、生态环境保护的体制机制,实现资源开发与环境保护的双赢。建设生态文明是我国经济社会发展的千年大计,开展自然资源统一管理则是这个千年大计的重要基础和前提。2018年4月,自然资源部的组建,标志着我国自然资源管理迈入新阶段,生态文明建设在资源管理层面得到了落实,充分体现了“大资源”、“大科学”的理念。全面提升自然资源统一管理和系统修复的科学水平,需要以地球系统科学理论为指导,需要建立强大的全流程技术支撑体系,需要打造一支高素质的综合性、专业性很强的地质调查队伍体系和科学研究队伍体系。

自然资源统一管理和系统修复的核心理论基础是地球系统科学

众所周知,地球是一个由岩石圈、水圈、土壤圈、生物圈、大气圈等层圈组成的系统。油气、矿产、地热等资源产于岩石圈(浅部地壳),生活/工业用水来自水圈(地下水和地表水),粮食来自土壤圈,森林、草原、湿地属于生物圈。它们构成了一个互动和互馈的地球生态系统。过去由于部门条块分割,一个完整的系统施行分头管理,造成了“九龙治水”的局面。

在《关于〈中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定〉的说明》中,习近平总书记指出,“山水林田湖是一个生命共同体,人的命脉在田,田的命脉在水,水的命脉在山,山的命脉在土,土的命脉在树。用途管制和生态修复必须遵循自然规律,如果种树的只管种树、治水的只管治水、护田的单纯护田,很容易顾此失彼,最终造成生态的系统性破坏。由一个部门负责领土范围内所有国土空间用途管制职责,对山水林田湖进行统一保护、统一修复是十分必要的。”这一段表述很生动、精辟地体现了系统观的思想,而这个系统观就是地球系统科学理论。

地球作为一个由多时、空尺度过程构成的复杂巨系统,在空间上表现为多圈层体系。地球各圈层(岩石圈-土壤圈-大气圈-水圈-生物圈)、各过程(生物过程、物理过程、化学过程)、各要素(如:山水林田湖草海)之间相互作用、相互联系、连锁响应。地球系统科学将大气圈、生物圈、土壤圈、岩石圈、地幔/地核作为一个系统,通过大跨度的学科交叉,构建地球的演变框架,理解当前正在发生的过程和机制,预测未来几百年的变化。地球系统科学的研究对象,在空间尺度上可以从分子结构到全球尺度,在时间尺度上可以从数亿年的演化过程到瞬间的破裂变形。

地球系统科学概念自20世纪80年代提出以来,始终处于不断完善发展之中。如果说,地球科学19世纪最大的进展是进化论,20世纪是板块构造理论,那么21世纪的突破点就在地球系统科学理论。2008年美国联邦政府高官曾强烈呼吁,将美国国家海洋与大气管理局(NOAA)和美国地质调查局(USGS)合并组建一个独立的地球系统科学机构,以应对美国面临的前所未有的环境和经济挑战,反映了地球系统科学的理念正在对自然科学机构的改革发展产生重大影响。从另一个层面来说,当前中国正在推进的山水林田湖草统一管理和系统修复,也为发展地球系统科学提供了前所未有的实践平台。

在整个地球系统科学中,未来应特别关注从地壳浅部(“根”)、到关键带(“枝”)、到人地耦合系统(“叶”)的三个关键问题:

一是浅部地壳(0~10千米)的精细结构探测与资源环境空间的科学利用。城市地下空间利用、深层油气资源、矿产资源、地热资源问题,主体赋存于地壳浅部0~10千米,但成藏成矿成热受地球深部过程控制。理解地球深部不同过程、不同时空尺度的运行与演变规律,是应对重大资源环境问题的根本所在。向深部要资源、向深部要空间,是必然选择。需要高度关注0~10千米范围的地壳精细结构与资源能源分布和城市地下空间利用问题,为国家资源能源安全和经济社会发展提供基础支撑。

二是地球关键带的过程、作用与功能。地球关键带是大气圈、生物圈、水圈、岩石圈高度交汇和相互作用的地球表层复杂系统,也是联结气候系统-地表过程-地球深部过程物质和能量循环的重要桥梁。在关键带中,土壤是核心,水是物质循环与转化的主要驱动力,以土壤圈为核心的“土-水”、“土-气”、“土-生”、“土-岩”等界面过程与反馈机制,控制和调节着地球表面自然生境,维持着生命可持续发展所需的资源。要从系统科学的角度,探究关键带的结构、形成与演化机制、物质转化过程与相互作用,研究关键带的服务功能与可持续发展,开展过程建模及系统模拟,为合理开发利用自然资源提供地球科学解决方案。

三是区域人类活动与资源环境耦合,即人地耦合系统。人类活动与自然环境的交互作用已逐渐成为地球表层系统演化的主要驱动力。人与地相互作用关系已经成为理解和应对环境变化、促进各种空间尺度可持续发展的核心科学命题。人地耦合系统研究,能够增进对地球表层变化趋势及机制的理解,记录和解释地球变化的特征,提出有效应对策略。国际科学理事会和国际社会科学理事会联合发起的“未来地球”科学计划,提出“动态地球、全球可持续发展和转向可持续性”三大研究主题,反映了人地耦合关系已成为国际地球科学界的主要方向,也是学术界参与全球资源环境治理的重要“抓手”。

自然资源统一管理和系统修复,需建立强大的调查与评价、探测与监测、模拟与预测全流程技术体系

自然资源统一管理与系统修复,不仅要有一套规范、一致、权威的基础数据做支撑,更需要建立强大的调查与评价、探测与监测、模拟与预测全流程技术体系,为自然资源综合管理提供全方位的数据服务和技术解决方案。

1.调查与评价体系

调查与评价是认识自然资源形成过程、物质组成、时空分布、结构演化的重要手段,是自然资源综合管理的基础性工作。在自然资源管理体制下,需要利用空天地一体化的调查方法技术,获取自然资源的数量、产状、分布等要素特征数据;利用大数据、云计算等现代信息技术,结合各门类资源的属性特征,对资源的质量、生态价值或效益开展综合评价,为国土空间规划和用途管制提供准确可靠的基础支撑。

2.探测与监测体系

探测是发现地球内部能源、资源、空间的重要手段,监测是了解各门类自然资源要素随时间变化的基础。在全球层面,已建立了全球环境监测系统(GEMS)、全球陆地观测系统(GTOS)、全球气候观测系统(GCOS)、国际长期生态研究网络(ILTER)、通量观测网络(FLUXNET)和综合全球观测战略(IGOS),它们构成了全球尺度和区域尺度能源资源、环境综合利用与治理的基础。要满足自然资源统一管理与国土空间用途管制的要求,需要加大对地球资源、生态、环境、空间的探测力度,建立覆盖土地、矿产、水、海域、林、草、湿地等多要素自然资源的观测监测体系,掌握多门类自然资源数量、质量、结构、展布的变化,为自然资源的开发利用与保护提供技术支撑。

3.模拟与预测体系

模拟与预测是开展自然资源合理利用,进行定量评价、风险预判的重要手段。对自然资源开发利用过程中所发生的水文过程、生物地球化学过程和生态过程进行模拟,从国家、区域、局部等层面对自然资源生态系统可能发生的变化进行预测、预警,为管理者和决策者制定预案、响应机制、减轻或消除风险提供科学支撑。

调查与评价、探测与监测、模拟与预测,构成了一个完整的全流程技术体系。过去我们在调查评价领域开展了卓有成效的工作,获取了海量的关于多门类自然资源的信息和数据。近年来,探测与监测力度也在不断增强,但在模拟和预测方面刚刚起步,亟待加强。

自然资源统一管理和系统修复,需打造综合性、专业性很强的地质调查与科学研究队伍体系

实现自然资源综合管理必须打造一支高素质的综合性、专业性地质调查队伍体系。美国内政部是自然资源综合管理机构,其下属的美国地调局从1996年改革之后成为统一行使自然资源综合调查评价职能的联邦机构。2001年,澳大利亚地质调查机构与土地机构合并,成立了澳大利亚地球科学局,也是实行自然资源综合调查的典范。无论是从国际经验来看,还是从推动地球系统科学发展的角度来看,推进自然资源综合管理迫切需要建立一个地球系统科学调查与研究机构,统一行使对地矿海水林草等多门类自然资源的综合调查、综合评价、动态监测职能,以期在自然资源权威数据生产、集成与发布,在资源环境承载能力评价和国土空间适宜性评价,自然资源开发利用的系统性模拟预测等方面,发挥独一无二的作用。□

(作者系中国科学院院士、中国地质科学院地质研究所所长)

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