人居地学环境初论

辛建荣 李同德 袁昕

[摘 要] 人居地学是研究人类聚居空间所在区域的地质学和地理学环境特征的边缘学科。人居地学环境是人居环境与自然系统的结合，主要研究人类聚居地的地学环境和生存条件及其变化特征；分析人居地学环境的基本要素及其空间差异性和时间演变性；以人地融合思想和地学工程学理论为城市规划、工程建设等提供科学指导和服务；提升建设宜居城市和人居环境工程的科学性；解决城市所面临的生态环境困境。人居地学环境研究的意义在于科学建立人居用地的理论体系，寻求不同地域文明的自然成因基础。

[关键词] 人居地学；人地关系；人居地学环境；地学环境要素；宜居城市建设

[中图分类号] TU981 [文献标识码] A [文章编号] 1002-8129（2019）02-0040-08

一、人居环境与地学

人居环境由自然系统、人类系统、居住系统、社会系统、支撑系统5大系统构成[1]。这里自然系统的主体就是地球表层系统。地球表层系统是由岩土圈、大气圈、水圈、生物圈和人类圈所构成的地表自然社会综合体，是人类圈与地球相互作用的复合物质系统。地球表层系统与周围的地球圈层其他部分存在物质能量交换关系，是一个开放的复杂次级巨系统[2]。人居环境与地球表层系统的结合，形成一门新学科——人居地学。人居地学研究的核心是人居环境与地学，即人居地学环境。

地球表层系统是人类与万物赖以生存的环境和发展的物质基础，是地球圈层结构中的特定部分，它和人类的基本生活需求“衣、食、住、行”息息相关，是人居环境发展的基础[3]。人类生活在地球表层，天体的运行、气候的变化、人居环境的开发建设和地球资源的利用，都对人类至关重要。可以说，这种“开发、建设、利用”，随时随地都在影响着地球与人类的关系。就此而言，地球科学是研究人居环境的基础和前提。

二、人居地学研究

（一）人居地学及其学科特点

人居地学是研究人类居住空间所在区域地质背景和地理环境特征的科学。人居地学研究的核心问题是人类聚居与自然的关系，它是人居环境与地球科学交叉的产物。人居地学的支撑学科是人居地质学和人居地理学，其研究内容主要包含与人类聚居相关的地理学、地质学和地学工程学3大领域。

地理学早期研究的重点是人类生产与经济活动对环境的利用、改造和管理，如资源开发、国土规划、区域发展、空间布局等[4]。也就是说，地理学很早就已经涉足人类聚落的研究，包括乡村聚落和城市地理，并形成了相对独立的城市地理学，也有些学者结合人类的基本需求，把“住”（个体人居地理）纳入城市地理学的研究。城市是人类个体居住的空间，是人类活动与地球表层相互作用最强的区域，因此，城市理所当然成为地理学研究的重点领域，城市地理学也随之得到了快速发展，并与聚落地理结合形成人居地理学[5]。人居地理学包括自然地理学、人文地理学两大部分。

人居地质学主要包含与人类生活关系密切的地质学、岩石学、地貌学、水文地质、环境地质、构造地质和工程地质等。工程地质是地学工程学的基础，地学工程学科类主要涉及建筑工程、土木建筑、岩土工程、城镇建设、风景园林及城市规划等。为了研究和解决城市环境问题，地球科学家还提出了地学环境工程学的概念（Mattig，1994）[6]。

人居地学从地球科学的理论、技术和方法入手，研究人—地交互系统，探讨地球科学领域中的环境保护、减灾防灾和全球变化[7]。研究内容涉及到城市及其周边地区的地质、地理、地球物理、气候、水文地质、工程地质等，以及与之相关的潜在性地质灾害研究、防护和管理（环境地质）。

（二）人居地学前期相关研究

最早涉及人居与地学关系的文献资料是从人居地理研究开始的。1939年，我国著名地理学家严钦尚在《地理学报》发表了“西康居住地理”[8]一文，可以说严钦尚是我国学者中把人与地学结合探讨人居环境的先驱研究者。

钱学森也是主张用地球科学与人类聚居相结合来研究城市问题的早期倡导者。1983年，钱学森倡议建立“地球表层学”，以加强地球表層系统5大圈层的研究，1987年又提出“山水城市”的概念[9]。1990年他在给吴良镛的信中提出，要把中国的山水诗词、古典园林建筑和山水画融合在一起，创立“山水城市”。他认为“人离开自然，又要返回自然”[10]。这可被看作是我国学者关于人居地学理念的开启，其核心问题就是要重视人与地球表层系统的关系。

在钱学森的提议和倡导下，许多学者开始从人类聚居与地理环境的密切关系思考城市规划、建设和工程设计问题[11]，地质环境问题[12]；从理论上探讨“人地关系思想的演变”[13][14]，“人—地系统”与人地关系系统[15] [16]；从地理学的角度研究人居环境[17] [18]，探讨人居环境因素对人居的影响[19]；论证自然地理环境对城市文化的影响[20]，并提出人居地理学[21] [22] [23]。赵鹏大院士从社会学的角度探讨社会地质学问题，他认为人类与地球相互作用问题是一个古老且持续存在的课题[24]。

（三）人居地学的任务

人居地学主要任务就是以人类居住地为研究对象，探索地球表层系统与人类聚居相关的问题。吴良镛认为，人居环境5大系统的研究，应该从全球、区域、城市、社区（村镇）、建筑等5个层次进行研究[1]。根据人居地学理论和人居地学环境研究内容，其任务主要有以下5个方面：

1. 指导人居地学环境的选择。人居地学首先是指导选择最佳或适宜居住的地学环境条件和区位的应用学科。其任务主要是探讨在不同地貌类型区域所构筑的人居地学环境的差异性，由此为人口密度分布、城镇布局、城市规划、工程建设等提供科学指导和服务。

2. 研究人居地学环境聚居条件。研究以地球科学为主体的自然系统，包括人地关系的融合，人类对地球表层各种地理环境的适应性特征。地理分区、地貌类型、大地构造背景及其后生的自然与人为变化特征、人类聚集的关系，由此为选择与构建安全适宜的人居环境，为城乡规划设计提供理论基础，为合理开发利用区域土地资源提供科学依据。

地球表层有高原、山地、平原、丘陵和盆地等地貌单元及其毗邻的水系，而这些自然单元还处于不停的变化中，在不同的地貌单元环境和生态条件变化里都有人类聚居，从而形成具有地域特色的人居地学环境。

3. 解决城市人居环境污染问题。在城市化进程中，人类活动对地球系统的影响，主要表现为直接或间接移动地球物质，改变地球物质的赋存状态。据统计，在发达国家中每人每年平均移动20吨地球物质。对于一个大城市，特别是特大城市而言，这种搬运对地学环境影响巨大。这种城市化进展和人为的工程技术开发，包括城市的地质和地理环境、城市水环境、城市岩土结构环境、城市气象环境、城市对地学环境污染以及沿海城市地学的特殊问题等[5]，引起了地球科学者的特别关注。人居地学充分利用城市地学环境工程学的成果指导防治和减轻自然灾害，并具体解决城市和工程建设中的实际问题。

4. 解决人居环境面临的生态困境。随着人类社会的发展，人类对于地球资源无休止的开发利用和对地球空间的掠夺性占有和改造，给整个地球甚至太阳系的近地环境与空间带来威胁和破坏，由此引发的各类生态环境问题已经成为人类聚居和生存的极大威胁与挑战。

随着人类活动影响范围和强度的增加，人居环境问题越来越突出[25]，这些问题主要是地球表层系统环境的日益恶化。人类对地表的不合理开发，造成森林、草原、大气等自然生态环境的严重破坏和地质结构构造的缓慢变化。为寻求生存对自然资源的过量开采，大量消耗能源资源，使人类、动物、植物的生存条件和环境急剧恶化，而且衍生出各种地质灾害。生态环境破坏造成的后果往往需要很长时间才能恢复，有些甚至是不可逆的。这关系到人类能否在地球上继续生存、繁衍子孙、持续发展。

5. 促进城市与自然和谐发展。城市是人口密集的集聚区，是一个受“自然-经济-社会”因素共同作用的地域综合体。随着人类社会的进步和经济的高速发展，大量的人口聚集到城市，完全改变了原有自然生态环境。由此带来交通拥堵、水资源短缺和大气污染、垃圾污染（建筑垃圾、生活垃圾、固体废物）、噪声污染、土壤污染、绿地破坏、生态恶化等问题。从现代经济社会和高科技社会的角度来反省和看待城市——城市或成为人类为了生存而建立起来的与地球和大自然对立的产物[26]。城市环境破坏造成的后果更为直接地危害到人类的生存和生命安全。所以，研究人地关系，研究人类聚居和活动与大自然的协调及其可持续发展乃是人居地学面临的重大课题，也是人居地学环境重点要研究的内容。

三、人居地学环境要素与特性

（一）人居地学环境的基本要素

人居地学环境重点是探究人类聚居地的地学背景及其变化特征。包括：大地构造背景、区域地质、地形地貌、水文条件、气候类型、生物面貌（群落）等6大基本要素。这6大要素是人类选择聚居地必须考虑的地学因素，它们直接影响到城市规划、村镇布局、建筑形式。

（二）人居地学环境的空间差异性

人居地學环境的6大基本要素中起主导作用的是区域地质特征，这是由人居地学环境所在大地构造部位和相应的地貌类型所决定的，它可以决定人类聚居的适宜性和居住环境的优劣。就生态环境而言，不同纬度具有不同的气候带和不同的动植物种群——植被类型、植物群落、林木景观和动物属种等。就人文社会文化而言，不同地貌和气候带会对生态环境和人文社会环境产生影响。人类聚居地形成不同的人居环境风貌，不同地貌和气候条件影响到不同地域人群的生活规律、服饰和饮食，也影响到当地的生产方式、交往方式、民族风情、节庆活动、文化艺术、宗教信仰等。人居地学环境还直接影响到该区域的政治统治、经济活动方式等。

就人类聚居环境而言，什么样的地学环境就会有相对应的人类聚居特征。在不同地学环境里生活的民族，他们对空间的利用和民居建筑风格都具有自己的地方特色。

（三）人居地学环境的时间演变性

在很短的时间内，地学环境的变迁并不容易被观测到。在人的生命周期内，我们今天能够看到的主要是各种地质灾害（滑坡、暴雨、地震、洪水、泥石流）和气候的变化。

有一句谚语：“三十年河东，三十年河西”，这本身就是地学环境变迁的真实写照，它是由于地壳升降导致江河游移所造成的。例如一些河流入海口的变动对人居环境带来重大影响，长江入海口变动对崇明岛以及上海市和江苏省行政边界的影响；黄河入海口的摆动对黄河下游城乡人居环境的影响等，成为不以人的意志为转移的佐证。

北京地区所处的北京湾在元朝时，还是一处遍布湖泊（海淀、海子）、湿地和沼泽的平原，也正是这片沼泽湿地造就了“马背上的英雄”成吉思汗。但是现在北京地区干旱缺水，一方面是由于人口剧增，人类过度开发资源，对地下水过量开采利用所致；另一方面随着人类对自然环境的破坏，整个西北、华北地区气候变得干旱少雨，河流干涸，由此造成京津地区严重缺水。

另外，除自然因素即各种地质作用造成的环境变化外，人类的各种生产建设和科学技术开发活动对自然环境变化的影响也是不容忽视的。由于地壳运动和大地构造变动，地质灾害和人类活动的快速变化，人居地学环境总是随着时间演变在更迭，甚至发生沧海桑田的大变化。

四、人居地学环境研究的意义

（一）科学建立居住环境用地理论体系

人居地学环境的研究主要涉及到人类居住生存空间自然环境的安全性、舒适性、系统性等问题及其具体因素，并运用地学原理科学地建立选择居住用地的理论体系，由此指导城乡规划建设。人居地学环境研究所提出的终极目标，是要通过理论和实践结合，科学地解决“天人合一”的途径，营造人类永续发展的聚居环境，真正达到人与自然长期的和睦共存。

对于人类聚居区域地学环境的调查研究，主要是为大范围国土空间规划和城镇体系布局提供基础性的自然空间环境现状成果，使其成为指导城镇规划的理论基础和切实可行的重要科学依据。

（二）提升建设宜居城市的科学性

根据人居地学环境理论，对现有的城市地学环境进行综合评估，用以指导修复被破坏了的生态环境，限制过高的建设强度，修改或调整原有规划，科学而不是空谈建设宜居城市。在宜居城市规划建设中，要谨防和克服对自然规律认识不清、措施盲目的倾向。

出现盲目性的最突出实例之一是京津冀地区。被改造的地学环境使大气环流受到影响，限制了大气环境对人类活动污染质排放的自净能力，京津地区因人口和产业活动过度排放污染质超出了其自净能力，使该地区长时间发生严重雾霾，不得不花费极大的决心和极高的成本去治理。所幸党和政府已高度重视这一问题。

出现盲目性实例之二是湖北武汉。武汉地区地学环境本身就具有吸纳和调节强降水的能力，被誉为“百湖之城”，城市水域面积约占全市国土面积的25%，居全国省会城市之首。但是由于城镇化的快速发展，包括湖泊在内的各类水体和具有吸纳容量的湿地、滩涂不断被填塞挤占。据武汉市水务局最新的调查数据显示，1987年时武汉的湖泊面积为370.97km2，到2013年，只剩下264.73km2。20多年的时间，湖泊面积减少近1/3。武汉中心城区建国初期的127个湖泊如今仅存38个，目前仍面临继续被侵蚀的危险。原有水体失去了吸蓄雨水的能力，导致武汉洪涝灾害时有发生。近些年武汉下决心整治地学环境问题，包括地学环境在内的生态文明建设已呈健康向好的发展趋势，“大江大河大武汉”形象日渐凸显。

如何运用人居地学环境理论科学地指导环境工程建设，避免盲目性，这是人居环境工程需要重视的问题。从三峡大坝工程建设的利与弊，到高铁的发展，这些方面也同样需要运用人居地学环境理论进行科学指导。三峡工程建设对人居环境、南水北调、渔业养殖等带来极大便利，对防洪、发电和航运也带来很大收益，对发展和繁荣长江两岸至沿海地区经济起到了很好的作用。但是也带来了对当地生态的不利影响和气候变化的争议。同样在高铁建设中，必须结合中国的地理位置、地形地貌和土壤结构等，在施工时应采取必要的措施加大地面的弹性以起到相应的缓冲作用，尽可能减弱“夏尔谢夫力”所产生的斯蒂芬金效应，避免对人居环境产生负面影响。

（三）科学寻求不同地域文明的自然成因基础

人居地学环境理论还研究不同地貌环境对人类居住文明的影响，探求不同地域文明的自然成因，通过这种研究，建立保护不同文明形成的科学基础。同时，为多元文化的交流、学习、互鉴、共存、融合寻求共同点——地球是人类共同的家园，人类有责任共同保护自身的伊甸园。

感谢地学工作者已与规划师合作，对传统村落或古镇的地学环境进行调查，研究其文脉、习俗形成的自然因素，科学地编制遗产保护规划，保护或修复遗产形成所在地的原始自然环境，使其永续传承和发展，克服只注重遗产建筑物的修复，而忽视原有或原始自然环境的修复与保护的缺陷，人居地学环境的研究与实践日臻完善。

（本文得到中国科学院赵鹏大院士的悉心指导，特以致谢。）

[參考文献]

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[责任编辑：邹立鸣]

Abstract： Habitat geoscience is an interdisciplinary subject that studies the geology and geography environmental characteristics of the region where human settle. The habitat geoscience environment is a combination of human settlements and natural systems， which mainly studies the geoscience environment， living conditions and their changing characteristics of places of human settlements； analyzes the basic elements of the human settlements environment and its spatial and temporal evolution； provides scientific guidance and services for urban planning and engineering construction by the theory of man-nature fusion and geo-engineering； enhances the scientific nature of building the cities that are livable and good for human settlements； and solves the ecological dilemma faced by cities. The significance of the study of the habitat geoscience environment is to scientifically establish the theoretical system of human settlements and seek the natural causes of different regional civilizations.

Keywords： Habitat Geoscience； Human-nature Relationship； Geoscience Environment Elements； Livable City Construction