第一章资源与环境科学总论
第一节 学科内涵与战略价值
一、资源与环境科学的内涵
资源与环境科学体系为解决当前的区域环境问题提供了新的认识论和方法论，具有综合性、区域性和实践性，具体表现在较大尺度上整合生态学、地理学、经济学和社会学等理论，强调区域单元内部不同功能体之间的结构合理配置、功能相互匹配和过程有序联通，致力于解决人类在生产生活实践中遇到的生态问题，进而促进区域协调发展。
资源与环境科学是资源科学与环境科学高度交叉融合的学科，由水循环与水资源、土壤与土地科学、油气与煤化石能源资源、矿产资源、气候变化影响与适应、生态系统科学、环境科学与技术、区域可持续发展、自然灾害风险、遥感与地理信息等一系列分支学科或研究领域共同形成资源与环境科学的学科体系，可以分为资源科学、环境科学、区域可持续发展和遥感与地理信息四个大的方面。
（一）资源科学方面
资源科学研究主要包括水循环与水资源、土壤与土地科学、油气与煤化石能源资源、矿产资源等领域与学科交叉方向。
1）水循环与水资源研究旨在解析变化环境下（包括自然变化和高强度人类活动多重影响下）地球水循环与水资源演变过程、相互关系，揭示地球水资源的形成和演化规律、各类水问题的发生与发展规律以及支撑区域可持续发展的水资源可持续利用的规律与政策。水循环与水资源研究主要包括对地球水运动规律的认识，对水循环与地球表层其他因素相互作用的研究，以及对水资源可持续利用途径的探索等。
2）土壤与土地科学研究主要包括认知土壤资源要素在自然和人为影响下的演变转化及时空分布特征规律；结合国家经济社会发展需求，研究土地本身特性及作为生产资料、自然经济综合体的土地变化及其合理利用的规律；同时，利用遥感（remote sensing，RS）、地理信息系统（geographic information system，GIS）、全球定位系统（global positioning system，GPS）（合称3S技术），探究全球变化背景下，土地利用与土地覆盖多尺度变化规律及其人为和自然驱动因素。
3）油气与煤化石能源资源研究主要针对油气和煤化石能源资源形成的地质背景、盆地演化与沉积充填—改造、源—储—盖发育与分布、物质和能量传输—转换的动力学过程、油气生成—运移—聚集成藏机制，以及油气、煤化石能源资源的富集、示踪、“甜点”评价技术与方法，为深层、深水和非常规油气资源的高效勘探提供科学依据。
4）矿产资源研究主要针对矿床的物质组成、赋存状态、成矿物质来源、不同地质背景下成矿元素活化—迁移—沉淀形成矿床的过程、矿床的时空分布规律，以及矿床/矿体定位技术与方法，为寻找和利用矿产资源提供科学依据。
（二）环境科学方面
环境科学研究主要包括气候变化影响与适应、生态系统科学、环境科学与技术等领域与学科交叉方向。
1）气候变化影响与适应研究是全球环境研究的核心，重在分析气候环境变化过程及时空特征，揭示气候变化过程动力学机制，综合辨识气候变化对农业、水资源、森林与其他自然生态系统、海岸带、冰冻圈、重大工程、人类健康与环境质量等的影响，并进行风险评估，提出气候变化的适应措施，为社会经济系统应对全球气候变化提供科学依据。
2）生态系统科学是生态学研究的核心内容。生态系统科学将生物有机体及其环境视为一个整体，探讨生态系统的生物群落与非生物环境之间如何通过能量流动和物质循环相互联系、相互作用。作为地球系统的重要组成部分，生态系统是与人类活动*为密切的生物圈的核心，生态系统科学在揭示地球生物多样性维持机制，阐明生物地球化学循环与生物环境控制因素，探究生态系统服务的形成及其权衡关系等方面做出了重大贡献，为人类社会可持续发展提供了不可或缺的理论基础。
3）环境科学与技术是伴随环境问题的产生和发展形成的新兴交叉学科，涵盖化学、物理学、生物学、生态学等自然学科，以及社会学、经济学、政治学等社会学科，环境科学与技术研究人类—环境系统之间的相互作用关系，探究环境要素与环境过程之间的适应与反馈，以人类与环境之间的协调发展为*终目标，其主要任务是研究环境污染发生机制、检测与监测、迁移转化过程与机制、生态与健康效应、系统模拟、风险分析和管控、削减控制和系统修复的应用基础理论、方法学和管理策略。
（三）区域可持续发展方面
区域可持续发展研究主要包括区域可持续发展和自然灾害风险等领域与学科交叉方向。
1）区域可持续发展涵盖了广泛的研究主题，涉及自然科学和社会科学的许多学科，是多学科交叉的研究领域。区域可持续发展是以区域人地关系为研究对象，揭示水、土等自然因素与人口、经济等人为因素之间的相互作用关系，探究人地系统要素耦合机制和时空变化规律，实现自然与人协调发展的科学。
2）自然灾害风险研究是重在探讨综合风险防范的新型交叉学科，将致灾因子、孕灾环境条件及承灾体（承险体）组成的灾害系统视为地球表层的异变系统，研究致灾因子与承灾体相互作用过程与机理，揭示灾害的时空变异特征及演化规律，开发防灾、抗灾、救灾等的技术装备，制订综合灾害风险防范措施，支撑区域可持续发展。
（四）遥感与地理信息方面
遥感与地理信息研究主要包括遥感与地理信息等领域与学科交叉方向。遥感是从远离目标的不同工作平台上，通过传感器对地球表面的电磁波辐射信息进行探测，然后经信息的传输、处理和解译分析，对地球的资源与环境进行探测与监测的综合性技术。地理信息科学是伴随地理信息系统、遥感和全球定位系统发展而形成的新兴学科，涵盖了地理学、地图学、测量学、数学、感知科学、计算机与信息科学等学科，主要利用计算机技术对地理信息进行处理分析，开展地理信息的空间表达及分析，为空间规划、生态系统评估等提供支撑。
二、资源与环境科学的科学意义
资源与环境科学涉及资源科学、环境科学、区域可持续发展、遥感与地理信息等方面，对于推动相关学科和技术的发展，以及实施国家科技发展规划及其他科技政策目标具有十分重要的科学意义。
（一）推动相关学科和技术的发展
1.资源科学方面
水文学是研究地球上水的起源、存在、分布、循环运动等变化规律，并运用这些规律为人类服务的知识体系（杨大文等，2018；夏军等，2020）。随着水文多尺度观测、陆面—水文—社会耦合模拟及多源观测—模型同化技术等研究领域的深入，水文学研究的深度和广度不断拓展，衍生出多种交叉研究领域与分支学科，如生态水文学、气象水文学、冰冻圈水文学、遥感水文学、同位素水文学、城市水文学、社会水文学等。资源与环境科学在支撑水文学发展的同时，也促进了地理学、生态学、气象学、经济学、遥感与信息技术等学科和技术的发展。
土壤学研究土壤组成、土壤理化性质和生物学特性、土壤发生和分类，以及土壤开发、保护、利用等方面。现代土壤学更加注重土壤与环境、土壤质量与肥力、土壤生态与人体健康之间的关系，因此需要研究土壤本身及其与人口、资源、生态、环境、社会、经济的协调发展（沈仁芳，2018）。土壤学内部分支学科间的融合，以及土壤学与其他基础科学的交叉渗透，产生了众多新的研究方向和分支学科，如土壤生物物理、土壤微生境和微生态、土壤计量学等。
土地科学以人地系统耦合为对象，重点研究土地利用与土地覆盖变化的过程、机制及效应等问题。土地利用与土地覆盖从本质上反映人类—自然系统的综合复杂性，而格局与过程是地理学综合研究的重要途径和方法（傅伯杰，2014）。长期以来，土地系统变化不仅是地理学的研究热点，也是资源环境经济学、生态学、城市规划等多学科领域关注的主题（戴尔阜和马良，2018）。
2.环境科学方面
气候变化影响与适应研究是全球环境研究的核心，重在分析气候环境变化过程及时空特征，揭示气候变化过程动力学机制，综合辨识气候变化对农业、水资源、森林与其他自然生态系统、海岸带、冰冻圈、重大工程、人类健康与环境质量等的影响，并进行风险评估，提出气候变化的适应措施，为社会经济系统应对全球气候变化提供科学依据。
生态系统科学聚焦于生态系统结构—过程—功能—服务，面向可持续发展和管理等科学问题，服务于生态监测和评价、生态保护和修复、生态区划和生态系统管理。生态系统科学和其他学科交叉形成了生态遥感、生态经济学等众多学科，不仅推动了地理学和区域可持续发展等学科的发展，也促进了生态学共享和监测技术的开发。
环境科学是一门涉及水、土、气、生物、固废等多介质的系统学科，为正确认识和解决环境问题提供了科学依据（陈宜菲，2009）。环境科学已成为一门介于自然科学、社会科学、人文科学和工程技术科学之间的新兴交叉学科，横跨地学、生物学、农学、物理学、化学、工程学和经济学等多个学科，是现代科学向深度、广度进军的标志。环境问题本身的整体性和综合性决定了环境科学在学科形态上的多学科交叉，既有对环境科学基本理论和方法的研究，又包括如何实现环境保护的工程技术。经过近20年的发展，环境科学逐步发展并形成了环境地学、环境化学、环境生物学、环境物理学、环境工程学和环境管理学等一系列学科，为防治环境污染和维护人群健康提供了科学依据和技术方案，也为应对气候变化等全球性环境问题提供了科学依据和解决方案。
3.区域可持续发展方面
区域可持续发展研究旨在全面分析区域内经济、社会、资源、环境、人口等系统间的联系，对该区域可持续发展能力和发展水平进行评价，提出区域可持续发展的战略对策和建议，构造区域内经济、社会、资源、环境、人口子系统互为协调的可持续发展框架。区域可持续发展系统涉及多个子系统，且包含要素众多、功能多样、结构复杂，构成了一个时空耦合、非线性、动态和开放的复杂巨系统（陆大道和樊杰，2012），需要从系统科学的角度进行研究，综合运用经济学、社会学、地理学、人口学和环境科学等多个学科优势，对抽象复杂的区域可持续发展系统进行综合评价。区域可持续发展面向国家发展的战略需求，促进了各学科的交叉融合。此外，在全球变化的背景下，需建立全球变化与区域可持续发展耦合模型，探索气候变化、人类活动、区域可持续发展的相互作用机制，寻求适应全球变化的发展途径（邬建国等，2014）。
城镇化是一个全球性的经济社会演变过程（陆大道和陈明星，2015）。城镇化研究具有综合性、复杂性特征，涉及的学科与研究方向非常广泛，有利于地理科学、经济科学、人口科学、社会科学、管理科学和资源环境科学等学科的发展。国内的城镇化研究由于“以任务带学科”的发展模式，该领域的研究具有明显的“立足国情，服务经济社会发展战略需要”的特点。
随着自然灾害系统论的提出和不断深入，灾害学研究关注灾害系统的多物理场、多维度、多尺度耦合效应（庞西磊等，2016）。自然灾害风险研究包括灾害风险的评估、监测、预警、适应、防范和治理等方面，与地理科学、环境科学、经济学、遥感与信息技术科学密切相关。
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