蒲俊兵

（重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院/長(zhǎng)江上游濕地科學(xué)研究重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/三峽庫(kù)區(qū)地表過(guò)程與環(huán)境遙感重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 401331）

0 引 言

巖溶分布面積占全球無(wú)冰雪覆蓋的陸地總面積的15.2%[1]，是地球表面重要的景觀類型。國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)巖溶區(qū)獨(dú)特的地質(zhì)地貌特征和資源環(huán)境生態(tài)問題及對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要影響開展了大量的科學(xué)研究工作，取得了大量重要成果，推動(dòng)了學(xué)科的發(fā)展[2-3]。巖溶區(qū)相關(guān)的景觀特征和資源環(huán)境生態(tài)問題均受控于區(qū)域地質(zhì)地貌條件，因此，長(zhǎng)期以來(lái)巖溶學(xué)被認(rèn)為是一門邊緣學(xué)科，其研究理念及方法多采用地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、水文學(xué)、環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科及它們的分支學(xué)科的研究思路和方法。在一些領(lǐng)域，多學(xué)科交叉成為特點(diǎn)，這樣就使得巖溶學(xué)自己的學(xué)科體系淹沒于學(xué)科交叉的背景之中，引發(fā)了學(xué)科體系不全、特色不明、定位不準(zhǔn)等問題，對(duì)學(xué)科的可持續(xù)發(fā)展造成了一定的不利影響。

巖溶學(xué)（Karstology 或者Karst science）的形成、發(fā)展具有較長(zhǎng)的歷史，但最開始同其它地學(xué)相關(guān)學(xué)科一樣都是從對(duì)人類生活所處的自然環(huán)境的獨(dú)特現(xiàn)象的原始認(rèn)知方面開始。在我國(guó)的許多古籍中均有關(guān)于洞穴、地下河、泉、石鐘乳等巖溶現(xiàn)象的描述，如《周易》、《山海經(jīng)》、《神農(nóng)本草經(jīng)》、《水經(jīng)注》、《夢(mèng)溪筆談》等[4]。明朝偉大的地理學(xué)家徐霞客（1587-1641）對(duì)我國(guó)南方亞熱帶巖溶地區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的考察，對(duì)亞熱帶巖溶、巖溶作用機(jī)制、洞穴形成等都有深刻的科學(xué)認(rèn)識(shí)，提出了很多我國(guó)沿用至今的巖溶術(shù)語(yǔ)，如“石山”、“環(huán)洼”、“峰林”、“（叢立之峰）峰叢”、“離立”、“天生橋”等，對(duì)世界巖溶學(xué)做出了重要的貢獻(xiàn)，相關(guān)工作比俄國(guó)的M.B.羅蒙諾索夫早了一個(gè)世紀(jì)，比西歐學(xué)者則早了200 多年[4-7]。國(guó)外的巖溶學(xué)發(fā)展最初也是從對(duì)泉水和洞穴的利用開始，特別是古代文明較為發(fā)達(dá)的地中海沿岸地區(qū)，如古羅馬、古希臘。一些古羅馬時(shí)代的巖溶泉引水工程，迄今還發(fā)揮重要的效益[8]。19 世紀(jì)中期以前，國(guó)外一些著作對(duì)洞穴、泉水、鐘乳石、石筍、洼地等有一些具體的描述，但巖溶學(xué)多處于初步的認(rèn)知階段，發(fā)展緩慢。1893 年，塞爾維亞地理學(xué)家斯維依奇（Jovan Cviji?）的博士論文《巖溶現(xiàn)象》（Das Karstph?nomen）發(fā)表[9]及1930 年W. M. Davis 的《石灰?guī)r地區(qū)的洞穴》[10]長(zhǎng)篇論文發(fā)表以后，歐美相關(guān)國(guó)家或地區(qū)的巖溶學(xué)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，而此時(shí)處于清末民初的我國(guó)，社會(huì)動(dòng)蕩，巖溶學(xué)發(fā)展滯后。20 世紀(jì)初我國(guó)地學(xué)先驅(qū)丁文江先生在云貴地區(qū)開展地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查時(shí)，對(duì)巖溶地貌進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查，隨后高振西先生對(duì)我國(guó)巖溶地形進(jìn)行了初步的總結(jié)[11]。同期，我國(guó)在洞穴古生物、古人類的調(diào)查方面取得了重大成就，如周口店龍骨山北京人的發(fā)現(xiàn)等[12]。隨著新中國(guó)的成立，從解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的實(shí)際問題出發(fā)，我國(guó)的巖溶研究主要集中在巖溶找水與地下水開發(fā)、巖溶水利水電與鐵路工程地質(zhì)等方面，在區(qū)域巖溶地貌、巖溶發(fā)育規(guī)律、巖溶水文地質(zhì)等方面也有重要的進(jìn)展[13-19]。20 世紀(jì)70-90 年代，大量經(jīng)典的巖溶學(xué)著作問世，國(guó)內(nèi)外巖溶學(xué)都進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期[20-32]。特別是80 年代以來(lái)，地球系統(tǒng)科學(xué)的學(xué)術(shù)思想和從全球視野開展的研究，以及巖溶動(dòng)力學(xué)理論的創(chuàng)立，給巖溶學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了強(qiáng)大的動(dòng)力[2]，相關(guān)的研究領(lǐng)域也從傳統(tǒng)的巖溶地貌學(xué)、洞穴學(xué)、巖溶水文地質(zhì)擴(kuò)展到巖溶發(fā)育的物理化學(xué)機(jī)制、巖溶生物地球化學(xué)、巖溶環(huán)境學(xué)、巖溶生態(tài)學(xué)、巖溶作用與全球變化、退化巖溶環(huán)境治理、巖溶區(qū)可持續(xù)發(fā)展等領(lǐng)域，形成了廣闊的研究領(lǐng)域。從20 世紀(jì)90 年代初以來(lái)至今，我國(guó)連續(xù)主持6 個(gè)巖溶領(lǐng)域的聯(lián)合國(guó)教科文組織國(guó)際地學(xué)計(jì)劃（IGCP）及2008 年聯(lián)合國(guó)教科文組織在桂林成立國(guó)際巖溶研究中心，奠定了我國(guó)在全球巖溶研究中的重要地位。

迄今為止，系統(tǒng)的巖溶學(xué)的發(fā)展已經(jīng)走過(guò)了上百年的時(shí)間，但是對(duì)巖溶學(xué)特別是現(xiàn)代巖溶學(xué)的學(xué)科體系及其在現(xiàn)代科學(xué)體系中的地位的認(rèn)識(shí)還不夠，國(guó)內(nèi)外相關(guān)高校本科階段開設(shè)現(xiàn)代巖溶學(xué)相關(guān)的課程或內(nèi)容的還不多見，一些學(xué)校在研究生培養(yǎng)階段將其作為選修課進(jìn)行開設(shè)，這明顯制約了學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展和相關(guān)人才的培養(yǎng)。2016 年出版的《現(xiàn)代巖溶學(xué)》[3]是第一部以地球系統(tǒng)科學(xué)思想為指導(dǎo)的巖溶學(xué)學(xué)科性質(zhì)的著作，從理論與實(shí)踐相結(jié)合的角度，將巖溶學(xué)高度歸納為普通巖溶學(xué)、區(qū)域巖溶學(xué)、全球變化巖溶學(xué)和專門巖溶學(xué)四個(gè)大的分支學(xué)科，并分別闡述了每項(xiàng)分支學(xué)科所涉及的具體內(nèi)容，這對(duì)于巖溶學(xué)學(xué)科的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。然而，由于巖溶地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和涉及的研究方向、領(lǐng)域、交叉學(xué)科眾多，該專著對(duì)構(gòu)成四個(gè)大的分支學(xué)科的基礎(chǔ)體系方面多從研究?jī)?nèi)容或方向方面進(jìn)行構(gòu)建，但對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科或者分支學(xué)科的關(guān)注還較薄弱。因此，討論現(xiàn)代巖溶學(xué)的學(xué)科體系及其分支學(xué)科的特點(diǎn)，構(gòu)建現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科體系就顯得十分重要且必要。

1 現(xiàn)代巖溶學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)指導(dǎo)理論

自20 世紀(jì)80 年代地球系統(tǒng)科學(xué)思想和概念被提出并蓬勃發(fā)展以來(lái)，根據(jù)地球系統(tǒng)多圈層相互作用思想開展科學(xué)研究逐漸成為地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科的核心研究思想，但巖溶學(xué)采用地球系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識(shí)論和方法論，比地學(xué)中研究其它表生地質(zhì)作用的領(lǐng)域較晚[33]。指導(dǎo)巖溶學(xué)研究的學(xué)術(shù)思想從十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初的基于形態(tài)描述、分類與成因追溯的經(jīng)典地質(zhì)、地貌學(xué)方法，發(fā)展到地殼升降與水動(dòng)力條件的相互作用思想，然后發(fā)展到水圈和巖石圈界面上的地質(zhì)作用理論即水-巖相互作用的理論，經(jīng)歷了數(shù)十年。我國(guó)巖溶學(xué)術(shù)界廣泛接受的前蘇聯(lián)學(xué)者Д.C.索科洛夫1962 年總結(jié)的巖溶發(fā)育的四個(gè)基本條件（可溶性巖石、巖石的透水性、侵蝕性的水和水的運(yùn)動(dòng)性）即是基于水-巖相互作用的巖溶學(xué)研究指導(dǎo)思想[34]。在當(dāng)前許多地貌學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)的教課書中仍是以該思想或理論作為涉及巖溶或喀斯特章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的主要乃至唯一指導(dǎo)理論。然而，隨著地球系統(tǒng)科學(xué)思想的發(fā)展和深入，與全球碳、水、鈣循環(huán)共存的巖溶作用的研究與發(fā)展及相關(guān)重大資源環(huán)境生態(tài)問題的解決迫切需要新的科學(xué)思想或?qū)W科理論。

在地球系統(tǒng)科學(xué)思想的指導(dǎo)下，20 世紀(jì)80 年代末和90 年代初，袁道先[35]從全球碳、水、鈣耦合循環(huán)的思路出發(fā)重新認(rèn)識(shí)了巖溶作用的過(guò)程和機(jī)制，提出巖溶作用是在碳循環(huán)及與其相偶聯(lián)的水循環(huán)、鈣循環(huán)系統(tǒng)中碳酸鹽（巖）的被溶蝕或沉積，而各種巖溶形態(tài)則是這一復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)在碳酸鹽（巖）上留下的軌跡的巖溶動(dòng)力系統(tǒng)思想，并指出巖溶動(dòng)力系統(tǒng)是控制巖溶形成演化，并常受制于已有巖溶形態(tài)的，在巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈界面上的，以碳、水、鈣循環(huán)為主的物質(zhì)、能量傳輸、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)[36]。同時(shí)在實(shí)際工作中建立了一系列捕捉巖溶動(dòng)力系統(tǒng)中碳、水、鈣循環(huán)行蹤的野外和實(shí)驗(yàn)室工作方法，創(chuàng)立了研究巖溶動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和運(yùn)行規(guī)律及其應(yīng)用的巖溶動(dòng)力學(xué)理論體系[33,36]。巖溶動(dòng)力學(xué)理論體系的創(chuàng)立從地球系統(tǒng)科學(xué)思想的高度革新了傳統(tǒng)巖溶研究的指導(dǎo)理論，使得各學(xué)科有機(jī)聯(lián)系并形成了廣泛的交叉和滲透，得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛認(rèn)可。1994 年聯(lián)合國(guó)教科文組織國(guó)際地學(xué)計(jì)劃（IGCP）執(zhí)行局主席Malcolm Brown 院士在IGCP 官方刊物Nature & Resources 專文介紹了巖溶動(dòng)力學(xué)理論[37]。國(guó)際上相關(guān)的巖溶研究機(jī)構(gòu)，如斯洛文尼亞科學(xué)與藝術(shù)院巖溶研究所、美國(guó)國(guó)立洞穴與巖溶研究所、美國(guó)巖溶水研究所、美國(guó)霍夫曼環(huán)境研究中心、巴西巖溶研究所、英國(guó)洞穴研究會(huì)、塞爾維亞貝爾格萊德大學(xué)巖溶水文地質(zhì)研究中心、西班牙馬拉加大學(xué)巖溶水文地質(zhì)中心、羅馬尼亞洞穴研究所等國(guó)際巖溶研究機(jī)構(gòu)以及國(guó)際水文地質(zhì)學(xué)家協(xié)會(huì)巖溶委員會(huì)、國(guó)際地理聯(lián)合會(huì)巖溶委員會(huì)、美國(guó)洞穴基金會(huì)等國(guó)際相關(guān)巖溶學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)均對(duì)巖溶動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行了充分的肯定，在他們相關(guān)的教學(xué)、培訓(xùn)中均對(duì)巖溶動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行介紹。2008 年聯(lián)合國(guó)教科文組織設(shè)立的第一個(gè)地學(xué)國(guó)際研究中心-國(guó)際巖溶研究中心將巖溶動(dòng)力學(xué)理論作為中心指導(dǎo)理論寫入了中心章程。

巖溶動(dòng)力學(xué)理論認(rèn)為巖溶動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)高度開放且敏感的三相不平衡系統(tǒng)。它由固相、 液相、氣相三部分構(gòu)成，固相部分由各種以碳酸鹽巖為主的巖石及其中的裂隙網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，液相部分為含有以Ca2+（Mg2+），HCO3-, CO32-，H+和溶解CO2為主要成分的水流，氣相部分則為以 CO2為主的各種參與巖溶作用的氣體[2,33]。由此，巖溶動(dòng)力系統(tǒng)就同地球四大圈層密切聯(lián)系起來(lái)，從以往的對(duì)巖溶作用的單因素（要素）分析發(fā)展到從地球四大圈層界面上“水-巖-氣-生”相互作用的多因素（要素）分析的新階段。經(jīng)過(guò)多年的調(diào)查研究，袁道先等[2,33,36]總結(jié)了巖溶動(dòng)力系統(tǒng)的四大功能，即:①驅(qū)動(dòng)各種巖溶形態(tài)的形成；②通過(guò)巖溶作用調(diào)節(jié)大氣溫室氣體（CO2）濃度，緩解環(huán)境酸化；③驅(qū)動(dòng)元素遷移、富集、沉淀，形成有用礦產(chǎn)資源，影響生命；④記錄全球環(huán)境變化過(guò)程。由此可見，巖溶區(qū)的一切資源、生態(tài)、環(huán)境問題（水土資源、礦產(chǎn)資源、巖溶旅游資源、生態(tài)資源與生物多樣性、巖溶地質(zhì)災(zāi)害、水土污染和石漠化等）都同巖溶動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、運(yùn)行機(jī)制密切相關(guān)，巖溶動(dòng)力學(xué)理論也由此成為地球系統(tǒng)科學(xué)引入巖溶研究以后發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代巖溶學(xué)的學(xué)科核心理論，它與地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、水文學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、全球變化科學(xué)等學(xué)科有著廣泛的交叉前景，對(duì)于科學(xué)解決巖溶區(qū)乃至某些全球性資源生態(tài)環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)區(qū)域人地和諧和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

2 現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科體系

現(xiàn)代巖溶學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)指導(dǎo)理論是巖溶動(dòng)力學(xué)理論，其巖溶動(dòng)力系統(tǒng)的四大功能即構(gòu)成了現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科體系中的“四梁”。根據(jù)這四大功能的特點(diǎn)及符合學(xué)科對(duì)象獨(dú)立、學(xué)科問題獨(dú)立、學(xué)科特征獨(dú)特和社會(huì)服務(wù)功能獨(dú)特[38]這四個(gè)構(gòu)成一門學(xué)科的基本要求來(lái)看，現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科可分為巖溶地質(zhì)學(xué)、巖溶地貌學(xué)、巖溶水文地質(zhì)學(xué)、巖溶環(huán)境學(xué)、巖溶工程地質(zhì)學(xué)、巖溶生態(tài)學(xué)、巖溶資源學(xué)、全球變化巖溶學(xué)、洞穴學(xué)等九個(gè)分支學(xué)科，這九個(gè)分支學(xué)科就構(gòu)成了現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科體系的主體（圖1，圖2）。九個(gè)分支學(xué)科既具有較強(qiáng)的獨(dú)立性和獨(dú)特性，又在實(shí)際的教學(xué)、研究過(guò)程中存在一定程度的交叉，這體現(xiàn)了利用多學(xué)科綜合手段深入認(rèn)識(shí)并解決實(shí)際問題的特點(diǎn)。

巖溶地質(zhì)學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)中一門最基礎(chǔ)的學(xué)科，也屬于現(xiàn)行學(xué)科分類目錄（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13 745-2009）中二級(jí)學(xué)科“地質(zhì)學(xué)”的一個(gè)分支。它主要研究形成各種巖溶現(xiàn)象的地質(zhì)過(guò)程及演化，主要包括各種可溶巖（碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵鹽類巖石等）巖石學(xué)和巖相古地理、含可溶巖地層形成環(huán)境以及它的形成過(guò)程、地質(zhì)構(gòu)造與地質(zhì)作用、巖溶發(fā)育史等。巖溶地質(zhì)學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科體系中具有統(tǒng)領(lǐng)性質(zhì)的學(xué)科，是深入開展巖溶發(fā)育機(jī)理、水文地質(zhì)過(guò)程、地質(zhì)災(zāi)害防治與治理、退化生態(tài)修復(fù)、資源開發(fā)利用等的基礎(chǔ)。利用巖溶動(dòng)力學(xué)理論開展巖溶地質(zhì)學(xué)研究就是要分析和揭示形成特定巖溶地質(zhì)問題、特定的地質(zhì)時(shí)期碳、水、鈣（鎂）循環(huán)條件及同當(dāng)時(shí)環(huán)境的相互作用關(guān)系及地質(zhì)演化過(guò)程對(duì)碳、水、鈣（鎂）循環(huán)條件的改變和影響，找出關(guān)鍵影響因素及變化。巖溶區(qū)一切資源、環(huán)境、生態(tài)問題的產(chǎn)生、發(fā)展都是在特定的巖溶地質(zhì)背景下形成的，要解決涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的相關(guān)難題都需要依靠深入的巖溶地質(zhì)過(guò)程及演化的相關(guān)研究。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《中國(guó)巖溶研究》[18]、《Carbonate Depositional Environments》[39]、《Processes in Karst Systems：Physics, Chemistry, and Geology》[32]、《Carbonate Sedimentology》[40]、《中國(guó)巖溶動(dòng)力系統(tǒng)》[36]等。

巖溶地貌學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，也屬于現(xiàn)行學(xué)科分類（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13745-2009）中三級(jí)學(xué)科“自然地理學(xué)”中地貌學(xué)的一個(gè)分支，發(fā)展歷史最為悠久。它主要研究地球表面各種巖溶地貌（或形態(tài)）的特征、成因、分布和演化規(guī)律及其與形成環(huán)境的相關(guān)關(guān)系。巖溶地貌學(xué)旨在揭示巖溶區(qū)地表、地下各種巖溶地貌（或形態(tài)）形成的物理、化學(xué)、生物學(xué)機(jī)理，區(qū)域差別，明確其發(fā)育過(guò)程和演化規(guī)律，建立各種巖溶地貌（或形態(tài)）與形成環(huán)境之間的相關(guān)關(guān)系。研究區(qū)域巖溶的形成及其發(fā)育演化必須從巖溶地貌（或形態(tài)）的分析入手。巖溶區(qū)一切資源、環(huán)境、生態(tài)問題的形成、發(fā)展都要依賴于一定的巖溶地貌（或形態(tài)），所以解決前述問題也必須充分認(rèn)識(shí)和了解巖溶地貌（或形態(tài)）?，F(xiàn)代巖溶地貌學(xué)研究要求依據(jù)巖溶形態(tài)組合（karst feature complex）思想①巖溶形態(tài)組合（karst feature complex）是指一組在大致相同環(huán)境里形成的, 由地表形態(tài)和地下形態(tài)、 宏觀形態(tài)和微觀形態(tài)、 溶蝕形態(tài)和沉積形態(tài)組成的巖溶形態(tài)[41]。，克服“異質(zhì)同相、異期同位”現(xiàn)象造成的混亂。巖溶地貌學(xué)及其知識(shí)體系具有廣闊的社會(huì)應(yīng)用前景，在巖溶景觀資源開發(fā)、利用與保護(hù)，世界自然遺產(chǎn)、世界（國(guó)家或地方）地質(zhì)公園申報(bào)、建設(shè)、評(píng)估與保護(hù)等方面發(fā)揮了巨大的作用。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《Karst Landforms》[20]、《Karst Geomorphology》[24]、《中國(guó)巖溶-景觀、類型、規(guī)律》[25]、《Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains》[27]、《Karst Geomorphology and Hydrology》[29]、《Karst of China (中國(guó)巖溶學(xué))》[30]、《Karst Hydrogeology and Geomorphology》[31]等。

巖溶水文地質(zhì)學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)中兼具基礎(chǔ)和應(yīng)用性質(zhì)的一門學(xué)科，也屬于現(xiàn)行學(xué)科分類（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13745-2009）中三級(jí)學(xué)科“水文地質(zhì)學(xué)”的一個(gè)分支，發(fā)展歷史悠久。它主要研究自然環(huán)境和人類活動(dòng)影響下巖溶區(qū)的地下水儲(chǔ)存、分布、運(yùn)動(dòng)及水量和水質(zhì)時(shí)空變化及演變規(guī)律、地表水-地下水相互轉(zhuǎn)化規(guī)律、地下水資源評(píng)價(jià)、開發(fā)利用及水環(huán)境保護(hù)等內(nèi)容。巖溶水文地質(zhì)學(xué)旨在揭示賦存于巖溶介質(zhì)中的地下水與含水介質(zhì)本身相互作用的物理、化學(xué)、生物學(xué)規(guī)律及其對(duì)巖溶水文系統(tǒng)補(bǔ)給、徑流、蓄積、排泄的影響，建立相關(guān)的勘查技術(shù)和研究方法，提出巖溶地下水開發(fā)利用和保護(hù)方案。巖溶水文系統(tǒng)最重要的特征是存在溶洞、管道、裂隙、孔隙共存的現(xiàn)象，具有不均質(zhì)性、多級(jí)次性和水力聯(lián)系的各向異性，因此巖溶地下水多存在層流與紊流共存、水位和流量變幅大、開發(fā)利用難度大、對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)敏感等特征。在裸露型巖溶區(qū)，由于覆蓋層薄、地下水-地表水轉(zhuǎn)換頻繁，巖溶水文系統(tǒng)十分脆弱，易受人類活動(dòng)影響誘發(fā)水質(zhì)退化、地下水污染等問題，且治理恢復(fù)難度大。巖溶區(qū)特有的地質(zhì)災(zāi)害問題的發(fā)生，如巖溶塌陷、內(nèi)澇等往往同特殊的巖溶水文地質(zhì)條件或系統(tǒng)原有的水文地質(zhì)條件被改變相關(guān)，要解決這些問題也需要深入開展巖溶水文地質(zhì)學(xué)的研究。因此，巖溶水文地質(zhì)學(xué)及其知識(shí)體系具有廣闊的國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)用前景，在巖溶地下水開發(fā)利用、巖溶區(qū)水利水電工程建設(shè)、巖溶區(qū)道路交通建設(shè)、污染巖溶含水層修復(fù)、巖溶地質(zhì)災(zāi)害防治等方面發(fā)揮了巨大作用。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《巖溶地區(qū)供水水文地質(zhì)工作方法》[17]、《Karst Hydrology and Physical Speleology》[21]、 《 Karst Hydrogeology》[22]、《Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains》[27]、 《 Karst Geomorphology and Hydrology》[29]、《Karst Hydrogeology and Geomorphology》[31]、《Methods in karst hydrogeology》[42]、《巖溶水文地質(zhì)學(xué)》[43]等。

巖溶環(huán)境學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)與環(huán)境科學(xué)進(jìn)行學(xué)科交叉研究中形成的一門基礎(chǔ)學(xué)科，也屬于現(xiàn)行學(xué)科分類目錄（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13745-2009）中三級(jí)學(xué)科“環(huán)境學(xué)其他學(xué)科”的一個(gè)分支，是二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)學(xué)科的發(fā)展和解決巖溶區(qū)特有的環(huán)境問題的需要而形成的新興學(xué)科。巖溶環(huán)境學(xué)是研究巖溶環(huán)境系統(tǒng)的科學(xué)，主要研究圍繞著人類的受巖溶條件制約的巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈的特征、相互作用關(guān)系和物質(zhì)、能量循環(huán)演化規(guī)律，以及產(chǎn)生的各種環(huán)境問題并針對(duì)性提出解決方案。巖溶環(huán)境系統(tǒng)是由可溶巖及其上覆風(fēng)化殘余的土壤、巖溶形態(tài)、巖溶水文系統(tǒng)、巖溶區(qū)的地表地下空氣層和巖溶生物群落組成的一種富鈣的碳酸鹽三相不平衡的環(huán)境系統(tǒng)，其大氣圈、水圈和生物圈都具有地表、地下雙層結(jié)構(gòu)[26]。巖溶環(huán)境學(xué)的形成、發(fā)展主要是由于巖溶環(huán)境的特殊性及其帶來(lái)的特殊的環(huán)境問題驅(qū)動(dòng)的。在地球系統(tǒng)科學(xué)思想和巖溶動(dòng)力學(xué)理論指導(dǎo)下，要充分認(rèn)識(shí)巖溶環(huán)境特殊性和解決特殊的巖溶環(huán)境問題就需要現(xiàn)代巖溶學(xué)與現(xiàn)代環(huán)境科學(xué)進(jìn)行深度學(xué)科交叉。在學(xué)科發(fā)展的過(guò)程中，巖溶區(qū)的社會(huì)人文環(huán)境變化及與自然環(huán)境的相互作用也逐漸成為巖溶環(huán)境學(xué)研究的一部分。巖溶環(huán)境學(xué)及其知識(shí)體系在巖溶區(qū)環(huán)境保護(hù)、規(guī)劃、管理與治理、巖溶退化環(huán)境修復(fù)、巖溶區(qū)國(guó)土空間規(guī)劃、巖溶區(qū)資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)、巖溶區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《Karst Hydrology and Physical Speleology》[21]、《巖溶環(huán)境學(xué)》[26]、《Sinkholes and Subsidence》[44]等。

巖溶工程地質(zhì)學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)中具有較強(qiáng)應(yīng)用性質(zhì)的一門學(xué)科，是在巖溶地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科，也屬于現(xiàn)行學(xué)科分類目錄（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13745-2009）中二級(jí)學(xué)科“工程地質(zhì)學(xué)”的一個(gè)分支。它是研究巖溶區(qū)的工程建設(shè)活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境相互作用和相互影響，并運(yùn)用現(xiàn)代巖溶學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科的技術(shù)方法解決工程地質(zhì)問題，保障建設(shè)工作順利進(jìn)行和工程安全運(yùn)營(yíng)的科學(xué)。巖溶工程地質(zhì)問題主要發(fā)生在裸露型和覆蓋型巖溶區(qū)。碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵鹽類巖石等可溶性巖類是孔隙、裂隙、管道、溶洞相互交織的復(fù)雜的巖溶巖體和水文地質(zhì)單元，給前期工程地質(zhì)勘察、評(píng)價(jià)和選址帶來(lái)較大困難，同時(shí)可誘發(fā)巖溶滲漏、地基失穩(wěn)、地面塌陷、涌水（泥）、危巖崩塌等工程問題，給相關(guān)工程建設(shè)和安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)較大威脅。巖溶工程地質(zhì)學(xué)通過(guò)對(duì)巖溶系統(tǒng)組成、巖溶發(fā)育規(guī)律、水文地質(zhì)條件與水動(dòng)力特征、巖土工程力學(xué)性質(zhì)等的分析和研究，評(píng)價(jià)區(qū)域工程地質(zhì)條件，防治和處治各種巖溶工程地質(zhì)問題，保障工程建設(shè)順利進(jìn)行和安全運(yùn)行[45]。新中國(guó)成立后，我國(guó)巖溶學(xué)的快速發(fā)展即是得益于制約巖溶地區(qū)大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)的工程地質(zhì)問題的解決。巖溶工程地質(zhì)學(xué)及其知識(shí)體系在巖溶區(qū)水利水電工程建設(shè)、道路交通工程建設(shè)、城市地下空間開發(fā)利用、地下水庫(kù)建設(shè)、隧道工程建設(shè)等領(lǐng)域具有十分廣闊的運(yùn)用前景并能發(fā)揮巨大的作用。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《水利水電巖溶工程地質(zhì)》[46]、《Water Resources Engineering in Karst》[47]、 《 Sinkholes and Subsidence》[44]、《Engineering Karstology of Dams and Reservoirs》[48]、《巖溶工程地質(zhì)學(xué)》[45]等。

巖溶生態(tài)學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)與生態(tài)學(xué)進(jìn)行學(xué)科交叉研究中形成的一門基礎(chǔ)學(xué)科和新興學(xué)科，也屬于現(xiàn)行學(xué)科分類目錄（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13745-2009）中三級(jí)學(xué)科“生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)”的一個(gè)分支。它主要研究受巖溶環(huán)境制約的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、運(yùn)行機(jī)制及其與人類活動(dòng)的相互影響。受巖溶環(huán)境制約的生態(tài)系統(tǒng)也叫巖溶生態(tài)系統(tǒng)，它由無(wú)機(jī)環(huán)境和生命兩個(gè)部分組成，后者受前者制約，并受到無(wú)機(jī)方面的“巖溶動(dòng)力系統(tǒng)”和生命方面的“遺傳信息傳遞系統(tǒng)”聯(lián)合作用驅(qū)動(dòng)[49]。巖溶生態(tài)學(xué)通過(guò)研究主要由巖溶水文地質(zhì)系統(tǒng)組成的無(wú)機(jī)環(huán)境和在無(wú)土、缺水、富鈣、偏堿的地面環(huán)境及無(wú)光、潮濕、相對(duì)恒溫的地下環(huán)境受遺傳信息傳遞系統(tǒng)控制的特殊生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者群落的形成和演化來(lái)揭示巖溶生態(tài)系統(tǒng)的特征、運(yùn)行規(guī)律并加以保護(hù)和合理開發(fā)利用。巖溶生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類健康也有特殊影響。此外，由于巖溶水文地質(zhì)系統(tǒng)本身的脆弱性加之不合理的人類活動(dòng)干擾，一些區(qū)域巖溶生態(tài)系統(tǒng)退化，誘發(fā)生物多樣性喪失、旱澇災(zāi)害頻發(fā)、水土污染和石漠化等嚴(yán)重問題，巖溶生態(tài)學(xué)的理論和相關(guān)技術(shù)方法是解決這些問題的重要科技支撐。巖溶生態(tài)學(xué)及其知識(shí)體系同生態(tài)文明建設(shè)密切相關(guān)，在巖溶生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、退化巖溶環(huán)境治理、石漠化綜合治理、生物多樣性保護(hù)、地下生物群認(rèn)識(shí)與保護(hù)等方面發(fā)揮了重要作用。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《Rock Desertification in the subtropical karst of south China》[50]、《On the Karst Ecosystem》[51]、《受地質(zhì)條件制約的中國(guó)西南巖溶生態(tài)系統(tǒng)》[52]、《The Biology of Caves and Other Subterranean Habitats》[53]等。

全球變化巖溶學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)與全球變化科學(xué)、氣候?qū)W、生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)等進(jìn)行學(xué)科交叉研究中形成的一門新興學(xué)科、特色學(xué)科，在現(xiàn)行學(xué)科分類目錄（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13745-2009）中還無(wú)相關(guān)性學(xué)科。全球變化巖溶學(xué)是地球系統(tǒng)科學(xué)思想引入巖溶學(xué)研究以后，從全球碳、水、鈣物質(zhì)循環(huán)的角度研究巖溶與環(huán)境變化的關(guān)系而發(fā)展起來(lái)的。它主要研究巖溶動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程與全球溫室氣體（主要是CO2）源匯的關(guān)系和解譯巖溶沉積物中高分辨率全球或區(qū)域環(huán)境變化的信息。CO2和水是巖溶作用的主要驅(qū)動(dòng)力，在形成巖溶溶蝕形態(tài)的過(guò)程中快速消耗大氣CO2，產(chǎn)生碳匯效應(yīng)。另一方面，在形成各種巖溶沉積形態(tài)的過(guò)程中又快速釋放出CO2，這一吸收與釋放共存的作用過(guò)程，調(diào)節(jié)著大氣CO2的濃度，成為調(diào)控巖溶碳循環(huán)過(guò)程和提高并穩(wěn)定巖溶碳匯的重要研究對(duì)象。此外，一些與斷裂活動(dòng)、熱液活動(dòng)有關(guān)的巖溶作用（深部巖溶動(dòng)力系統(tǒng)）在地表伴隨碳酸鈣的沉積常釋放大量深部來(lái)源CO2，成為碳源。巖溶洞穴沉積物敏感的記錄了環(huán)境變化的信息，且分辨率高、定年準(zhǔn)確、代用指標(biāo)豐富、分布廣，成為繼深海沉積、黃土、冰芯記錄后全球變化研究的重要支柱。全球變化巖溶學(xué)是目前的國(guó)際研究熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域，其知識(shí)體系在碳匯效應(yīng)評(píng)價(jià)、固碳增匯能力提升、氣候環(huán)境變化預(yù)測(cè)及應(yīng)對(duì)極端氣候、環(huán)境演化與人類適應(yīng)等方面發(fā)揮了重要作用，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《The carbon cycle in karst》[54]、《A high-resolution absolutedated late Pleistocene monsoon record from Hulu Cave,China》[55]、《中國(guó)巖溶動(dòng)力系統(tǒng)》[35]、《碳循環(huán)與巖溶地質(zhì)環(huán)境》[56]、《Timing, duration, and transitions of the Last Interglacial Asian Monsoon》[57]、 《 Ice age terminations》[58]、《Speleothem Science：From Process to Past Environments》[59]、《The Asian monsoon over the past 640000 years and ice age terminations》[60]、《Large and active CO2uptake by coupled carbonate weathering》[61]等。

巖溶資源學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)與資源科學(xué)進(jìn)行學(xué)科交叉研究中形成的一門基礎(chǔ)性、應(yīng)用性學(xué)科，在現(xiàn)行學(xué)科分類目錄（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13 745-2009）中還無(wú)相關(guān)性學(xué)科。它主要是研究與巖溶系統(tǒng)相關(guān)的各種資源（主要是自然資源）的形成、賦存、演化、分布的理論、規(guī)律和相關(guān)資源的保護(hù)、開發(fā)與可持續(xù)利用的理論、技術(shù)和方法。巖溶資源包括水資源、空氣資源、景觀資源、礦產(chǎn)資源、油氣資源、地?zé)豳Y源、特殊的生物資源等。巖溶系統(tǒng)的構(gòu)成基礎(chǔ)-可溶巖本身就是一種重要的礦產(chǎn)資源。地表、地下相關(guān)的巖溶形態(tài)為各種資源提供了賦存或運(yùn)移空間。合理開發(fā)、利用和保護(hù)巖溶資源需要系統(tǒng)的研究地質(zhì)時(shí)期和現(xiàn)代巖溶動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，揭示各種資源與巖溶形態(tài)之間的匹配關(guān)系和演變，為提高資源開發(fā)利用效率和可持續(xù)利用提供支撐。巖溶資源學(xué)及其知識(shí)體系在國(guó)家能源資源安全與保障、鄉(xiāng)村振興、生物多樣性保護(hù)等方面具有廣闊的發(fā)展前景。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《Paleokarst》[62]、《Paleokarst Related Hydrocarbon Reservoirs》[63]、《Cave minerals of the world》[64]、 《 Water in Karst:Management, Vulnerability, and Restoration》[65]等。

洞穴學(xué)是現(xiàn)代巖溶學(xué)的一門獨(dú)有和古老的學(xué)科。它是研究人可進(jìn)入的洞穴的科學(xué)，主要研究洞穴成因、洞穴地貌和地質(zhì)過(guò)程、洞穴沉（堆）積物及各種形態(tài)成因、過(guò)程和環(huán)境意義、洞穴物理、化學(xué)、水文和氣象過(guò)程、洞穴生物與微生物、洞穴古生物和考古、洞穴文化藝術(shù)、洞穴勘測(cè)與制圖技術(shù)、洞穴開發(fā)利用和保護(hù)、洞穴旅游、洞穴醫(yī)療等，在現(xiàn)行學(xué)科分類目錄（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 13745-2009）中還無(wú)相關(guān)性學(xué)科。現(xiàn)代巖溶學(xué)注重從多圈層相互作用的角度研究可溶性巖類（碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵鹽類巖石等）分布區(qū)洞穴系統(tǒng)的物質(zhì)、能量循環(huán)過(guò)程、機(jī)理與環(huán)境的關(guān)系及對(duì)洞穴特殊生態(tài)系統(tǒng)、微生物生物地球化學(xué)過(guò)程的影響。在一些火成巖、砂巖分布區(qū)形成的洞穴，也可借鑒現(xiàn)代巖溶學(xué)的相關(guān)研究思路和手段開展相關(guān)研究工作。在巖溶地區(qū)的一些人工開鑿洞穴，為研究其地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的影響和開鑿后的環(huán)境變化也可借鑒洞穴學(xué)的研究方法和手段。一些由地下熱液形成的深部（深成）洞穴，其同表生巖溶作用形成的洞穴不一樣，但也屬于洞穴學(xué)的研究范疇，需采用現(xiàn)代巖溶學(xué)、油氣地質(zhì)、地球化學(xué)等綜合性的研究手段。洞穴學(xué)的知識(shí)體系在洞穴景觀資源開發(fā)、利用和保護(hù)、區(qū)域環(huán)境演變研究、生態(tài)系統(tǒng)及生物多樣性保護(hù)、地下空間開發(fā)利用等方面具有十分廣闊的運(yùn)用前景。這一分支學(xué)科的代表性或重要性論著主要是《Karst Hydrology and Physical Speleology》[21]、《桂林巖溶地貌與洞穴研究》[28]、《應(yīng)用巖溶學(xué)與洞穴學(xué)》（1985）[66]、《Speleogenesis： evolution of Karst Aquifers》 [67]、《Cave Geology》[68]、 《 Speleothem Science： From Process to Past Environments》[59]等。

3 結(jié) 語(yǔ)

構(gòu)建現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科體系，并不是標(biāo)新立異的提法，而是依據(jù)國(guó)內(nèi)外為解決巖溶地區(qū)面臨的獨(dú)特資源、環(huán)境、生態(tài)等問題所提出的科學(xué)理論、建立的相關(guān)技術(shù)方法而形成的，是科學(xué)研究的成果、解決實(shí)際問題的效果而孕育的，也是學(xué)科發(fā)展的必然。需要特別說(shuō)明的是，從便于進(jìn)行科學(xué)體系分類和開展教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的角度，對(duì)現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科進(jìn)行了科學(xué)的分類。但是，上述各個(gè)分支學(xué)科在保持各自獨(dú)立性的同時(shí)，在實(shí)際研究、調(diào)查中也不是截然分開的，而是為深入認(rèn)識(shí)和解決某一問題，不同學(xué)科間經(jīng)常進(jìn)行交叉和滲透，這也是現(xiàn)代科學(xué)研究的基本思路和手段。從支撐服務(wù)國(guó)家重大需求來(lái)看，現(xiàn)代巖溶學(xué)也大有用武之地，并能做出重大貢獻(xiàn)。巖溶面積占我國(guó)國(guó)土面積的1/3，在美麗中國(guó)建設(shè)、退化生態(tài)修復(fù)、各種交通線路建設(shè)、油氣和礦產(chǎn)資源開發(fā)利用、南海海島開發(fā)與利用、鄉(xiāng)村振興等涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)領(lǐng)域中不可避免的會(huì)遭遇巖溶問題或與巖溶相關(guān)的問題?！耙粠б宦贰毖鼐€是世界巖溶集中分布區(qū)，約占全球巖溶總面積的 60%，共同面臨生態(tài)退化、石漠化、缺水、旱澇頻發(fā)等重大生態(tài)環(huán)境問題。聯(lián)合國(guó)2015-2030 年17 項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中消除貧困、清潔飲水、清潔能源、氣候行動(dòng)、陸地生物等也同巖溶環(huán)境密切相關(guān)。要解決這些問題或?qū)崿F(xiàn)相關(guān)目標(biāo)，都需要依靠現(xiàn)代巖溶學(xué)的理論、技術(shù)和方法。此外，現(xiàn)代巖溶學(xué)中關(guān)于巖溶碳循環(huán)與全球變化的知識(shí)體系能在國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略中區(qū)域碳循環(huán)的調(diào)控和碳匯效應(yīng)評(píng)價(jià)方面發(fā)揮重要作用?？傊?，時(shí)代在召喚現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科的建立，現(xiàn)代巖溶研究也以其豐碩的成果回應(yīng)時(shí)代的召喚，兩者相互哺育，共同培育了現(xiàn)代巖溶學(xué)學(xué)科體系。

致謝：僅以此文獻(xiàn)給我尊敬的導(dǎo)師、國(guó)際著名巖溶學(xué)家、現(xiàn)代巖溶學(xué)和巖溶動(dòng)力學(xué)理論的創(chuàng)始人袁道先院士九十華誕！