2025年大学《地球系统科学》专业题库- 自然资源环境科学在地球系统科学中的应用

2025年大学《地球系统科学》专业题库——自然资源环境科学在地球系统科学中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题4分，共20分）1.地球系统科学2.自然资源可持续利用3.生态系统服务功能4.遥感（RS）5.环境承载力二、简答题（每题8分，共40分）1.简述自然资源环境科学在地球系统科学中的核心地位和作用。2.阐述地球系统科学视角下，水、气、土、生四大圈层之间的相互联系。3.简要说明遥感技术（RS）在自然资源调查和环境监测中的主要应用领域。4.简述生态系统服务功能评估的基本概念及其在地球系统管理中的意义。5.分析人类活动对地球系统主要圈层（如大气圈、水圈、生物圈）产生的典型影响。三、论述题（每题15分，共30分）1.结合具体实例，论述如何在地球系统科学框架下进行区域水资源优化配置与管理。2.探讨自然资源环境科学的主要理论和方法如何帮助我们理解和应对全球气候变化带来的挑战。四、案例分析题（25分）某区域近年来面临水资源短缺、土地退化、生物多样性下降等多重环境问题，同时经济发展对资源的需求不断增长。请运用地球系统科学的相关知识和自然资源环境科学的理论方法，分析该区域人地系统面临的主要矛盾和相互作用机制，并提出一个综合性的、可持续的解决方案框架，说明其依据和预期效果。试卷答案一、名词解释1.地球系统科学：地球系统科学是一门以整个地球系统为研究对象，强调大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和冰雪圈等各大圈层之间相互作用、相互联系的科学。它运用系统科学的理论和方法，研究地球系统的结构、功能、演化规律以及人类活动对其的影响，旨在理解和管理人地耦合系统，实现可持续发展。2.自然资源可持续利用：自然资源可持续利用是指在满足当代人需求的同时，不损害后代人满足其需求的能力。它强调对自然资源（如水资源、土地资源、森林资源、矿产资源等）的开发利用应与自然再生能力相协调，注重资源的保护、维护和恢复，并在利用过程中考虑经济、社会和环境的综合效益。3.生态系统服务功能：生态系统服务功能是指生态系统及其物种所提供的能够满足人类需求的惠益。主要包括供给服务（如食物、水源、木材）、调节服务（如气候调节、洪水调蓄、水质净化、病虫害控制）、支持服务（如土壤形成、养分循环、光合作用）和文化服务（如审美、娱乐、精神寄托）。4.遥感（RS）：遥感是指不直接接触物体本身，利用传感器（通常在航空或航天平台上）远距离探测物体，获取其电磁波信息（如可见光、红外线、微波等），并通过解译、分析，提取有用信息，从而认识物体的性质、状态和变化规律的技术。在地球系统科学中，遥感是进行大范围、动态监测地表覆盖、资源变化和环境质量的重要手段。5.环境承载力：环境承载力是指在特定的环境条件下，一个区域或生态系统能够容纳和维持人类社会经济活动的能力上限，同时不导致环境质量不可逆转地恶化，也不损害其可持续提供生态系统服务功能的能力。它是一个动态的概念，受环境阈值、资源再生能力、技术水平和生活方式等多种因素影响。二、简答题1.简述自然资源环境科学在地球系统科学中的核心地位和作用。*解析思路：首先点明自然资源环境科学的研究对象（自然资源的利用与环境问题的防治）。然后阐述其在地球系统科学中的地位，即它是连接人类社会与自然地球系统的关键纽带。最后说明其作用，主要体现在：为理解人地相互作用机制提供基础理论和数据支撑；为地球系统各圈层的相互作用（特别是生物圈、岩石圈、水圈、大气圈与人类活动的相互作用）提供研究视角和方法；为制定可持续的开发利用和环境保护策略提供科学依据。*答案要点：自然资源环境科学是研究自然资源的合理开发利用和生态环境保护和改善的科学。在地球系统科学中，它处于核心地位，是连接人类社会活动与自然地球系统（大气圈、水圈、岩石圈、生物圈、冰雪圈）的关键学科。它为理解人地相互作用的机理、过程和效应提供了基础理论和数据支持；为研究地球系统各圈层间的物质循环、能量流动及其与人类活动的相互影响提供了重要视角和方法；其研究成果是制定科学合理的资源管理、环境治理和可持续发展战略的重要科学依据。2.阐述地球系统科学视角下，水、气、土、生四大圈层之间的相互联系。*解析思路：将水圈、大气圈、岩石圈（以土壤为代表）、生物圈视为地球系统的四大主要圈层。分别阐述每一对或三对圈层之间的具体联系和相互作用。例如，大气降水（水）形成地表径流和地下水流（水），汇入河流湖泊；大气中的水汽、二氧化碳等参与生物的光合作用（气-生），并影响气候（气）；土壤（土）是水循环的重要介质，也是植物生长的基础，其理化性质受大气降水和大气成分影响，同时生物活动深刻改变土壤（土-生-气/水）；生物通过光合作用和呼吸作用，与大气（气）和水（水）进行物质交换，其遗体分解又影响土壤（生-气/水-土）。*答案要点：在地球系统科学视角下，水、气、土、生四大圈层紧密联系、相互作用。水圈通过大气降水和地表/地下径流，为生物提供生命之源，并塑造地貌；大气圈为生物提供生存环境（氧气、二氧化碳等），其成分和水汽含量影响气候和水循环；岩石圈（以土壤为代表）是陆地生物生长的基础，是水循环的重要媒介，其形成和性质受大气和水的影响，生物活动也深刻改变土壤；生物圈是地球系统中最活跃的因素，通过光合作用、呼吸作用等与水圈、大气圈进行物质和能量的交换，并影响土壤的形成和性质。这四大圈层的相互作用共同构成了地球系统的复杂运行机制。3.简要说明遥感技术（RS）在自然资源调查和环境监测中的主要应用领域。*解析思路：列举遥感技术在自然资源调查和环境监测中的具体应用实例，并简要说明其作用。可分为自然资源调查（如土地资源、森林资源、水资源、矿产资源等的调查、监测和评价）和环境监测（如大气污染、水体污染、土壤污染、植被破坏、水土流失、自然灾害等监测和评估）两大类。*答案要点：遥感技术在自然资源调查中的应用主要包括：土地资源调查与动态监测（如耕地、林地、草地面积变化监测）；森林资源调查（如森林覆盖率、生物量估算、林火监测）；水资源调查（如水库面积变化、水面蒸发监测、洪水范围评估）；矿产资源勘查（如寻找矿化蚀变信息）；矿产资源储量估算等。在环境监测中的应用主要包括：大气环境监测（如沙尘暴、火山灰云、城市烟雾监测）；水环境监测（如水体富营养化、油污泄漏监测）；土壤环境监测（如土地退化、土壤盐碱化监测）；生态环境监测（如植被覆盖变化、生物多样性热点区识别、非法砍伐、毁林监测）；自然灾害监测与评估（如地震、滑坡、泥石流、干旱、洪涝灾害范围和灾情评估）等。4.简述生态系统服务功能评估的基本概念及其在地球系统管理中的意义。*解析思路：首先解释生态系统服务功能评估的概念，即定量或定性评价生态系统为人类提供各种惠益的能力和过程。然后说明其在地球系统管理中的意义，主要体现在：提高对生态系统价值的认识；为生态系统保护和管理提供科学依据；支持资源决策和生态系统服务价值补偿机制的建立；促进可持续发展目标的实现。*答案要点：生态系统服务功能评估是指运用各种方法（如实地调查、模型模拟、遥感解译等）定量或定性评价生态系统及其物种所提供的各种惠益（供给服务、调节服务、支持服务、文化服务）的能力和过程。其在地球系统管理中的意义在于：有助于深入理解生态系统的价值和功能，提高全社会对保护生态环境重要性的认识；为制定科学的生态系统保护、恢复和可持续利用策略提供科学依据；能够为生态补偿、生态税费等资源环境政策提供量化的基础数据支持；有助于平衡经济发展与环境保护的关系，促进人与自然和谐共生和可持续发展目标的实现。5.分析人类活动对地球系统主要圈层（如大气圈、水圈、生物圈、岩石圈）产生的典型影响。*解析思路：分别针对大气圈、水圈、生物圈、岩石圈，列举人类活动的主要影响类型。例如，大气圈方面（工业化排放导致温室气体增加、空气污染）；水圈方面（工农业活动导致水体污染、过度取水导致水资源短缺、修建水利设施改变水系）；生物圈方面（土地开发导致栖息地破坏、环境污染导致生物多样性下降、外来物种入侵、过度捕捞导致渔业资源枯竭）；岩石圈方面（矿产开采导致地表破坏、城市化建设导致土地硬化、工程建设诱发地质灾害、酸雨导致土壤酸化）。*答案要点：人类活动对地球系统主要圈层产生了广泛而深刻的影响。对大气圈的影响：大量燃烧化石燃料排放二氧化碳等温室气体，导致全球变暖；工业排放、汽车尾气等造成空气污染（PM2.5、SO2、NOx等）；破坏臭氧层。对水圈的影响：工业、农业和生活废水排放导致水体富营养化、污染；过度引水灌溉、工业用水导致水资源短缺；修建大坝、运河等改变天然水系和水文情势。对生物圈的影响：大规模土地开发（城市扩张、农业开垦）导致原始植被破坏、栖息地碎片化；环境污染（农药、化肥、重金属、塑料等）导致生物多样性锐减；过度捕捞、狩猎导致物种资源枯竭；全球贸易和交通导致外来物种入侵。对岩石圈的影响：矿产开采、工程建设等导致地表植被破坏、水土流失、地质灾害（滑坡、泥石流）；城市扩张导致土地硬化和地下空间开发；酸性降水（酸雨）导致土壤酸化、建筑物腐蚀。三、论述题1.结合具体实例，论述如何在地球系统科学框架下进行区域水资源优化配置与管理。*解析思路：首先阐述地球系统科学框架下水资源管理的理念（系统性、整体性、可持续性）。然后论述具体方法：①水资源系统模拟与评估（利用模型模拟水循环过程、水资源量、水质变化，评估水资源的承载能力）；②多维度信息集成（整合遥感、GIS、地面监测等数据，动态监测水资源的时空分布和利用状况）；③综合评估生态系统服务功能（评估水资源开发利用对河流生态系统、湿地生态服务功能的影响）；④考虑社会经济需求（将区域发展战略、产业结构、人口分布等纳入水资源配置模型）；⑤制定适应性管理策略（根据模拟结果和监测数据，动态调整水资源分配方案，实施节水措施，建立生态补偿机制，应对气候变化等外部变化）。最后结合一个具体实例（如某流域、某地区）说明如何综合运用这些方法。*答案要点：在地球系统科学框架下进行区域水资源优化配置与管理，需遵循系统性、整体性和可持续性的原则。具体方法包括：首先，利用水循环模型、水文模型等工具，模拟区域水资源量、时空分布、水质变化趋势，评估水资源的数量和质量状况及其对生态系统和社会经济系统的支撑能力。其次，集成遥感、GIS、地面监测站网等多源信息，实现对水资源的动态、立体监测与管理。再次，将水资源管理置于整个地球系统背景下，综合评估水资源开发利用对水生生态系统、湿地等生态服务功能的影响，确保水资源的可持续利用。同时，将区域经济社会发展需求（如农业灌溉、工业用水、城市供水、生态用水）纳入配置模型，进行多目标优化。最后，实施基于模型的预测预警和基于监测的适应性管理，动态调整水资源配置方案，推广节水技术和措施，建立流域水权交易、生态流量保障、雨水资源利用等机制，并考虑气候变化等长期因素，制定灵活的应对策略，实现水资源的合理开发、高效利用和有效保护。2.探讨自然资源环境科学的主要理论和方法如何帮助我们理解和应对全球气候变化带来的挑战。*解析思路：首先明确全球气候变化的主要挑战（海平面上升、极端天气事件频发、生态系统退化、水资源短缺、粮食安全威胁等）。然后梳理自然资源环境科学的关键理论（如资源承载力、可持续性、生态系统服务功能、人地关系耦合模型等）和方法（如气候变化影响评估模型、脆弱性评估、适应性管理、生态系统修复技术等）。接着，逐一论述这些理论和方法如何应用于理解气候变化的机制、影响和应对策略。例如，资源承载力理论用于评估气候变化对区域资源可持续供应能力的影响；生态系统服务功能理论用于评估气候变化对生态系统结构和功能（如碳汇、水源涵养）的影响；人地耦合模型用于模拟气候变化下人类社会经济系统与自然系统的相互作用和反馈；适应性管理用于制定应对气候不确定性的灵活策略。*答案要点：自然资源环境科学的理论和方法为理解和应对全球气候变化提供了重要支撑。其主要理论，如资源承载力理论，有助于评估气候变化（如极端降水、干旱）对水资源、土地资源等可持续供应能力的影响，为制定更具韧性的资源管理策略提供依据。可持续性理论强调了在应对气候变化时，发展必须兼顾经济、社会和环境效益，追求长期平衡。生态系统服务功能理论有助于我们认识到气候变化对森林、湿地等关键生态系统的结构和功能（如碳汇能力、水源涵养、洪水调蓄）的威胁，并指导生态修复和保育工作。人地关系耦合模型能够模拟气候变化背景下人类社会活动（如能源结构转型、城市适应）与自然环境的相互作用和反馈机制，为制定综合应对策略提供科学依据。其方法，如气候变化影响评估模型（如GCMs、RCMs），可以预测未来气候变化情景下区域气候、水文、生态等方面的变化趋势；脆弱性评估方法可以识别对气候变化最敏感的人群、区域和生态系统，为优先干预提供依据；适应性管理方法则强调制定灵活、动态的应对策略，以应对气候变化的复杂性和不确定性。通过综合运用这些理论和方法，可以更全面地理解气候变化的挑战，评估其多重影响，并制定有效的减缓（减少温室气体排放）和适应（增强系统韧性）策略，促进人与自然协同适应气候变化。四、案例分析题（本题目为开放性题目，答案要点应包含对问题的深入分析、逻辑清晰、论据充分、体现相关知识应用能力）解析思路：1.问题识别与分析：深入分析案例区域面临的具体环境问题（水资源短缺的原因，如降水时空分布不均、用水效率低、工农业污染等；土地退化的类型，如水土流失、土地盐碱化、石漠化等；生物多样性下降的原因，如栖息地破坏、环境污染、外来物种入侵等）。同时分析经济发展对资源需求的压力来源（工业化、城镇化、人口增长等）。2.人地系统相互作用机制：阐述上述问题之间以及它们与人类活动之间的相互联系。例如，经济发展导致工农业用水增加和污染加剧，加剧了水资源短缺和水环境问题；土地利用变化（如毁林开荒、过度放牧）导致土地退化，进而影响生物栖息地；环境污染不仅直接影响生物，也通过改变水、气、土壤等要素影响整个系统的稳定性。3.综合解决方案框架：*原则：强调基于地球系统科学的整体观和可持续性原则，协调经济发展与环境保护。*水资源管理：提出节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力（政府调控与市场机制结合）的策略。具体措施可包括：提高农业灌溉效率（推广滴灌、喷灌），发展旱作农业；工业废水深度处理与资源化利用；严格控制生活污水排放，建设污水处理设施；优化水资源配置，保障生态用水；加强地下水超采治理；雨水资源利用。