斯洛伐克西喀尔巴阡山脉新火山山脉的地球多样性格局：整合定量与定性方法

《CATENA》：Geodiversity patterns in the neovolcanic mountains of the Western Carpathians (Slovakia): Integrating quantitative and qualitative approaches

　　

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  综合地质多样性评估结合了地质、地貌、土壤和水文等各要素。
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  QGI与KGI为非生物景观异质性提供了互补性的度量指标。
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  斯洛伐克中部山脉在所研究的火山岩地区中展现出最高的地质多样性。
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  岩性多样性、地形切割程度和地形粗糙度共同塑造了地质多样性的空间格局。
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  所提出的方法改善了火山景观中地质多样性热点区域的识别。

引言

国际和国家层面的可持续发展政策往往忽视非生物（非生命）自然资源及其过程，尽管人类发展在很大程度上依赖于自然及其资源（Brilha等人，2018）。这些过程包括所有自然过程（如构造运动、沉积物输送和土壤形成），它们持续影响着地球表面的组成与形态的保持或改变，而这些元素与生命所需条件之间的相互作用研究正是通过地质多样性的实践应用得以实现的（Brilha等人，2018；Zwoliński等人，2023）。地质多样性被广泛定义为"地质（岩石、矿物、化石）、地貌（地形形态、地形起伏、物理过程）、土壤及水文特征的自然变异性（多样性）"，包括"它们的组合、结构、系统及其对景观的贡献"（Gray，2013）。这些要素应纳入地质保护范畴，因为它们比生境本身更具独特性（Brilha等人，2018）。对具有重要地质多样性的地点进行清单编制与定量评价，是任何地质保护策略以及确定地点管理优先级的必要组成部分（Brilha，2016）。1949年英国议会通过的《国家公园与乡村进入法》，是英国第一部明确承认地质和地貌特征保护的全国性立法（Prosser，2013）。尽管《生物多样性公约》（1992年）之后生物多样性保护成为全球优先事项，但日益增长的认识——即非生物要素是景观发育和生态系统功能的基础——推动了地质多样性作为地球科学和地质保护领域中一个补充性概念的兴起（Gray，2004；Gray，2013）。国际自然保护联盟（IUCN），作为一个以生物保护为重点的组织，于2013年成立了地质遗产专家组，旨在"就地质多样性与保护区及其管理相关的各个方面提供专业建议"。自那以来，地质多样性的概念在欧洲范围内得到了广泛采用（Gray，2004，Gray，2008；2013；2023）。

地质保护的主要目标是保护地质多样性所具有的内生价值、生态价值和文化价值，在欧洲，地质保护工作总体上一直滞后于生物多样性保护的努力（Carcavilla等人，2013）（Sharples，2002；Prosser，2013）。火山区域对欧洲整体地理生物多样性有显著贡献，塑造了其所在区域的地质与生态动态（Muellner-Riehl等人，2019；V?r?s等人，2021；De Falco等人，2021；Polman等人，2024）。关于火山景观的研究日益聚焦于改善火山过程、地质遗产、火山灾害和地质旅游方面的信息传播（Erfurt-Cooper，2011；Németh等人，2017）。

地质多样性的评估通常采用定性、定量或综合方法。定性方法侧重于描述性评价和基于专家的评估，而定量方法则利用空间数据和基于GIS的指数来度量非生物要素的丰富度（Serrano和Ruiz-Fla?o，2007；Benito-Calvo等人，2009；Pereira等人，2013）。近期研究强调整合性框架，将组成丰富度与空间结构和地形复杂性相结合，从而实现更全面的景观异质性评估（Zwoliński等人，2018；Zakharovskyi和Németh，2021；Ferrando等人，2021；Tukiainen等人，2022；Vera等人，2023；Crisp和Ellison，2024；Somma等人，2024；Santos等人，2025）。在此背景下，"定量-定性"（Quant-Qual）方法被提出作为结合地质多样性定量与定性评估的有效途径，可实现非生物景观复杂性的快速且可重复评估（Zakharovskyi和Németh，2021）。本研究中的"定性地质多样性"指的是在单个网格单元内非生物要素的多样性及其分布均匀度，依据其相对出现频率通过香农多样性指数进行量化，不应将其理解为基于专家的定性评估。

近年来，地质多样性研究在不同环境背景下得到了显著拓展，包括火山景观，那里复杂的地质演化和地貌分化产生了高度的非生物变异性（Erfurt-Cooper，2011；Németh等人，2017）。火山区域的研究强调了地质多样性在地质遗产评估、灾害分析和地质旅游开发方面的重要性（Panizza和Piacente，2017；Platania等人，2022；Alberico等人，2023；Vigliotti等人，2023；Petronelli等人，2026）。此外，地质多样性越来越被用作开发地质步道、地质公园和可持续旅游策略的基础，为火山地区和农村地区的区域发展作出贡献（Quesada-Román等人，2020；Ertekin等人，2021；Balen等人，2023；Lima和Meneses，2023；Neto和Henriques，2025；Ascione等人，2025）。

中欧和东欧的研究日益聚焦于将地质多样性与地质遗产、文化景观和区域发展相结合（Migoń和Pijet-Migoń，2016；Szepesi等人，2016；Pijet-Migoń和Migoń，2019；Zg?obicki等人，2020；Szepesi等人，2020；Tri?i?等人，2022）。近期研究强调结合地质、地貌和社会经济视角的跨学科方法，以及地质多样性在地质公园开发、地质教育和可持续旅游中的作用（Miklin和Lenart，2016；?wierkosz等人，2017；Rapprich等人，2017；Szakács和Kovacs，2022；Nunes和Benton，2023；Harangi等人，2023；Rypl等人，2025）。

尽管取得了上述进展，针对火山山地系统的全面定量地质多样性评估仍然有限，尤其是在区域尺度上。在斯洛伐克，现有研究主要聚焦于地质结构、矿产资源、地质灾害和地质旅游潜力（Lexa，2005；Kromkova和Seko，2020；Busa等人，2020；Kohút等人，2021；Palgutová和?trba，2022；Mala等人，2024），而综合性的地质多样性分析则较为匮乏。以往研究还指出了地质多样性保护、立法和管理框架方面存在的不足（?trba等人，2020；Luká?等人，2021；Baran?oková等人，2023）。然而，一种系统性的、区域尺度的、结合多种非生物要素和基于地形的指标进行地质多样性评估的方法仍然缺乏。

本研究旨在采用定量与定性相结合的方法，对斯洛伐克火山山脉的地质多样性进行评估。具体而言，本研究（i）基于地质、地貌、土壤和水文要素评估地质多样性的空间分布，（ii）整合地形粗糙度指标以增强景观复杂性的表征，以及（iii）识别西喀尔巴阡新火山岩系统内的主要地质多样性热点区域。

各章节片段

研究区域

所研究的火山岩山脉总面积为4944.71平方公里，位于斯洛伐克境内，其边界划分依据Mazúr和Lukni?（1986）的地貌分区方案（图1）。这些山脉属于内西喀尔巴阡和内东喀尔巴阡，被划分为三个地貌区域：斯洛伐克中部山脉、马特拉—斯拉内茨地区和维霍尔拉特—古廷地区（表1）。以下专题图展示了各区域的放大视图，以便

概念框架

对所研究火山岩山脉地质多样性的评估基于一种整体性方法，整合了非生物要素的丰富度和空间组织。该方法不仅考虑各个地质要素的数量，还考虑其相对分布和地形复杂性，从而对非生物景观异质性提供全面的表征。

概念假设为：具有更多种类非生物要素的区域，

地质多样性（Dg）

西喀尔巴阡火山岩山脉的地质多样性反映了火山演化差异、岩性变异性及构造分段（图8，图9）。

在斯洛伐克中部山脉内，克热姆尼察山脉的加权平均地质多样性最高，其次是弗恰尼克山脉和什蒂亚夫尼察山脉（表2）。这些山脉还包含了大量高和极高的Dg类别，两者合计占比分别为32.13%和30.93%，

方法学背景与结果可比性

本研究采用的多要素评估方法整合了地质、地貌、土壤和水文特征，以评估西喀尔巴阡火山岩系统的地质多样性。尽管该方法对非生物景观异质性提供了全面的表征，但在将所获得的指数值与其他地区报告的数值进行比较时应持谨慎态度。地质多样性指数受到

结论

所研究的西喀尔巴阡三个火山岩地区展现出各具特色的地质多样性格局，反映了火山演化、岩性组成、地貌发育、土壤分异和水文条件的差异。各部分地质多样性要素未呈现出统一的区域等级格局。马特拉—斯拉内茨地区取得了最高的区域加权平均地貌和土壤多样性，其中切罗瓦高地和赞普利山

CRediT作者贡献声明

Mária Baran?oková：写作——审阅与编辑，写作——原稿撰写，可视化，验证，指导监督，软件，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念构思。Daniela Babicová：写作——审阅与编辑，写作——原稿撰写，资源，形式分析，概念构思。Andrej Raniak：写作——审阅与编辑，可视化，软件，方法论，数据管理。Maro? Nikolaj：数据管理。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本文所报道工作的客观性。

致谢

本案例研究是在VEGA项目2/0026/25"西喀尔巴阡非森林生态系统中的生物多样性和景观多样性动态评估"期间完成的，该项目由斯洛伐克教育、科学与体育部科学基金局及斯洛伐克科学院（SAV）资助。

Mária Baran?oková|Daniela Babicová|Andrej Raniak|Maro? Nikolaj