地表基质调查分层及分层测试指标体系设计与构建

地表基质是地球表层物质与能量循环的主要载体,地表基质调查是一项创新性工作,明确地表基质调查分层及分层测试指标是开展地表基质调查的基础。本文基于地表基质调查的内涵和目标定位,深入分析了多目标区域地球化学调查、全国第三次土壤普查和全国农用地土壤污染详查等调查深度和测试指标;利用近三年自然资源综合调查指挥中心在吉林省梨树县、辽宁省丹东市、黑龙江省哈尔滨市三个地表基质调查试点项目实测数据,运用变动系数法分析了不同地区地表基质层的地球化学元素垂向变化特征,结合表生地质作用(风化为主)最大深度、地表植被根系最大深度、浅层地下水位波动下限、基岩顶面深度等因素,将地表基质在垂向上大致分为三层:表层(0~2m)、中层(2~10m)和深层(10~20m),基岩埋深浅于20m则以揭露到基岩为准;表层(0~2m),称为生产层,包括支撑农业生产的耕作层,主要服务国家粮食安全,以收集资料为主;中层(2~10m),称为生态层,主要支撑植被生长和群落演替,服务国土空间开发保护与格局优化,是地表基质调查的重点;深层(10~20m),称为沉积层,主要研究地表基质从基岩—深层—中层—表层演替规律和特征,以部署少量工程控制为宜。基于地表基质分层调查意义,结合元素在垂向上的变化规律,提出4+N型地表基质分层测试指标体系,即4类必测指标和针对特殊工作需要的N类选测指标,以期加快推进地表基质调查标准化、规范化。

地表基质的科学内涵与理论框架

地表基质是中国科学家提出的自然资源领域新概念。从理论层面加以阐释和规范,是迫切需要解决的重大课题。本文基于多个地表基质调查和研究项目实践,在深入研究思考的基础上,阐明了地表基质和地表基质层的科学内涵及其与相关学科术语的区别与联系,综合考虑地下变温带深度、农作物和植被根系深度、表生岩溶发育带深度、风化壳厚度、潜水位埋深等5方面因素界定了地表基质层的底部边界;基于物质类型、成因类型和特征理化性质,提出了5类三级的地表基质分类方案和4种基本类型的地表基质层构型划分方案;系统总结梳理了与植被和农作物生长密切相关的3大类20项地表基质理化性质和微生物性质指标。这些内容构成地表基质理论的基本框架,可作为地表基质调查研究的基本参考和遵循。

地表基质分类标准与编图方法探索--以内蒙古雅鲁河流域为例

地表基质是基于地球系统科学理论,为服务支撑自然资源综合管理而提出的概念。从地表基质的概念出发,从物质属性、空间特征、生态功能3个方面剖析地表基质的本质属性,并详细阐释其内涵特征。通过分析该领域内的研究热点并结合实践经验,总结了现行分类方案中存在的主要问题。通过对相关问题的分析,在遵循“科学性、从先性、统一性、通俗性”原则的基础上,制定了新的地表基质三级分类方案,新方案共划分5个一级类、19个二级类和若干个三级类。基于该方案,选取内蒙古东部的雅鲁河流域为研究区,提出了“建立同一深度范围内固定深度的地表基质垂向构型”的编图思路,利用野外测量与室内测试数据编制了雅鲁河流域地表基质图。研究可有效促进地表基质调查与应用服务的紧密融合,对建立地表基质调查技术方法体系具有参考价值。

山丘区地表基质空间异质性特征及其对植被生态影响

地表基质是地球表层孕育和支撑森林、草原、水、湿地等各类自然资源的基础物质,受地球关键带空间结构、元素特征等因素的影响,山丘区地表基质呈现明显的空间异质性特征,并显著影响着所属植被的空间分布和生态演化。研究地表基质空间异质性特征及其对植被生态的影响机理,对于进一步认识地球关键带结构及地表作用规律,支撑国土空间生态环境修复具有重要意义。以宁波山丘区地表基质为研究对象,采取剖面研究和样品测试的方法,从地表基质空间结构和元素特征角度,对花岗岩、流纹岩和玄武岩3类典型地表基质空间异质性进行了分析。研究发现,花岗岩类具有土质粗、透水性强等特点,流纹岩类具有土质较粗、浅表透气好等特点,玄武岩类具有土质细、通气性差等特点。此外,花岗岩类主量和微量元素较缺乏,流纹岩类富含Mo和Zn,玄武岩类富含Fe、Mg、Co、Cu、Zn等元素,且玄武岩CIA值明显高于花岗岩和流纹岩。结果表明,山丘区地表基质空间异质性主要受基岩的结构和元素组成影响,并对植被生长产生明显的生态效应。地表基质的空间结构主要影响水分的分布与运移,元素特征影响着养分的分布状况,由此引起的水分和养分的空间分布和丰度差异直接影响着植被生长。

基于自然资源统一管理的地表基质模型、分类及调查研究

基于自然资源统一管理的需要,自然资源部提出了“地表基质”的概念,并组织开展典型地区地表基质试点调查工作。目前,地表基质三级分类体系仍未形成统一认识和标准,严重制约着地表基质数据调查、野外填图、成果应用等工作。鉴于此,通过辨析地表基质内涵,明确了地表基质的理论意义和应用价值,综合考虑国土城镇空间、生态空间和农业空间规划的数据利用需求,建立了基于调查-分类-应用的地表基质垂向空间层次模型,可实现与岩石、砾质、土质、泥质4类地表基质数据的有机结合,进而提出三级分类体系方案。该方案以《地表基质分类方案(试行)》二级类型为基础,与现有分类体系充分衔接,并以现有的研究基础和现行技术标准为依据,在命名上遵守自然科学术语从先的惯例,通过科学编号,形成具有科学性、统一性、操作性、应用性和规范性的三级体系,具有应用的可行性,可为开展地表基质理论研究和调查应用提供借鉴和参考。

大兴安岭东麓黑土地地表基质空间分布特征及其生态效应

地表基质是指地球表层孕育和支撑森林、草原、水、湿地等各类自然资源的基础物质。不同的地表基质类型孕育和支撑不同的生态系统和植被类型,制约着生态要素的空间格局和演化趋势(葛良胜等,2020;侯红星等,2021)。本文以大兴安岭东麓阿荣旗为研究区,在研究地表基质和地表覆盖空间分布特征的基础上,定量评估研究区生态环境质量优劣,分析不同地表基质类型的生态效应特征,进而为黑土地保护管理与合理开发利用提供数据支撑和科学依据。

大兴安岭东缘岩浆岩区地表基质风化成土过程常量元素特征及其意义

岩石—土壤风化成土过程中元素地球化学特征对于理解不同类型地表基质的转化机理和耦合关系有重要意义(侯红星等,2022)。笔者选取大兴安岭地区不同类型岩浆岩原生风化剖面为研究对象,查明常量元素在风化成土过程中迁移转化及分布规律特征,为解释岩浆岩背景区地表基质岩石风化与土质成土过程耦合关系研究提供依据。

五常市黑土地地表基质调查支撑自然资源管理的思考与实践

2020年1月18日,自然资源部发布《自然资源调查监测体系构建总体方案》,提出系统性、整体性、协同性重构自然资源调查监测体系,构建自然资源分层分类模型,提出地表基质层的概念。从地表基质分类上看,《地表基质分类方案(试行)》将地表基质分为岩石、砾质、土质、泥质4个一级类,并将这4个一级类再细分为14个二级类。

基于PLUS模型与地表基质的土地利用变化模拟与多情景预测

地表基质层是支撑与孕育自然资源的基础物质,是约束地上各类自然资源生长的重要圈层(侯红星等,2022),作为地表土地利用的重要联系纽带,特别是作为土地资源的本底支撑层,开展地表基质调查研究,能够对按照“宜林则林、宜草则草、宜耕则耕、宜荒则荒”的原则科学合理调整自然资源规划布局提供基础数据支撑(孙兴涛等,2023)。

基于地貌单元分区的地表基质结构调查方法与实践——以长春地区为例

地表基质是自然资源调查的基础内容,如何开展这项调查还未形成统一的工作指南.本文在长春地区地表基质调查工作的基础上,提出基于地貌单元分区的地表基质结构调查方法,并系统总结该区地表基质的空间结构特征.结果表明:地表0~20 cm深度内,河谷冲积平原、山前台地和山间盆谷地区地表基质以土质为主、泥质为辅,低山丘陵区地表基质以岩石为主、砾质为辅;0~5 m,漫滩和一级阶地区地表基质典型结构分为壤土+砂土和壤土+黏质壤土+黏质壤土两种类型,二级阶地、山前台地和山间盆谷地区地表基质典型结构为灰黑色壤土+黄褐色黏质壤土+黄色黏质壤土,低山丘陵区地表基质典型结构为壤土+砂土(或粗骨土)+岩石;0~50 m,漫滩和一级阶地区地表基质典型结构为壤土+砂土+岩石,二级阶地区地表基质典型结构为黏质壤土+砂土+岩石,山前台地区地表基质典型结构为黏质壤土+岩石,山间盆谷地区地表基质结构基本与二级阶地或山前台地区相同,低山丘陵区地表基质典型结构为壤土+砂土(或粗骨土)+岩石.

松嫩平原齐齐哈尔地区拜泉县地表基质特征及其古环境恢复

地表基质是自然资源管理的全新概念,是支撑孕育各类自然资源的基础物质。加强地表基质沉积环境分析和古环境恢复对研究其形成机制具有重要意义。通过对松嫩平原拜泉地区50 m以浅地表基质沉积特征和沉积环境剖析,并结合全芯粘土矿物、碳酸盐、磁化率、碳元素数据分析,认为研究区垂向上分布了16层土质基质,由深至浅呈现湖相沉积→陆域风成相→草甸相过渡沉积演化特点,深层湖相沉积具有滨湖相沉积、堤岸相沉积、滨湖相多旋回沉积特点;其中深层滨湖相和堤岸相沉积物形成于寒冷极干燥环境,中深层湖相沉积物形成于温暖湿润环境,浅表层草甸相和风成相沉积物形成于较干冷环境。综合前人资料和^(14)C、光释光、ESR测年结果,将研究区沉积演化阶段划分为早更新世晚期—中更新世早期干冷沉积阶段、中更新世中晚期温暖的湖相沉积阶段、晚更新世—早全新世风成黄土沉积阶段、中晚全新世以来黑土沉积阶段。

面向国土空间规划的地表基质分层分类调查监测研究

新时代生态文明建设为自然资源科学管理和国土空间现代化治理提出了更高的要求。基于此,自然资源部印发《自然资源调查监测体系构建总体方案》,首次提出“地表基质”概念,并已组织开展典型地区地表基质试点调查工作。然而目前地表基质三级分类、调查对象、调查内容、技术体系等仍未形成统一认识和标准,严重制约着地表基质调查研究工作。笔者等通过深入辨析地表基质科学内涵,综合考虑国土农业空间、国土生态空间、国土城镇空间规划的数据支撑需求,依据地表基质空间属性特征,建立了地表基质分层分类模型。基于科学性、统一性、操作性和应用性的分类原则,提出了地表基质三级分类方案,进一步探讨明确了地表基质分层分类调查对象和调查内容,建立了一套地表基质调查监测技术体系。本研究可为进一步开展地表基质调查研究提供理论依据和借鉴参考。

基于地貌区划的新疆地表基质质地分类方案

地表基质调查是新时代自然资源调查监测与地质工作的新领域,分类是地表基质调查的前提。为尽快掌握全国或省级更大区域的地表基质空间格局,需借鉴相关学科概念、充分利用已有基础调查成果,探索分类方案。质地是地表基质内不同颗粒的组合状况,基于质地类型刻画地表基质类型,有助于明确其孕育林草生态要素的本底特征。新疆地域广阔、地貌复杂,地貌是该区自然资源与地表基质质地分类空间分异的主控因素。本研究利用数字高程模型、遥感影像、土地利用、土壤性质、植物特征等多源信息,确定新疆地貌三级区划方案,基于地貌区划提出地表基质质地的分类方案。将新疆按坡度、起伏度、高程和成因分为47种地貌类型,划分6个一级、27个二级和1056个三级地貌区。山地区的三级地貌区数量高于平原区,中海拔丘陵是分布最广泛的三级地貌类型,中起伏中山和中海拔风积地貌分别是山地和平原内面积最大的三级地貌类型。大部分地貌类型的植被根系深度平均值低于100 cm, 0~200 cm的土壤信息足以描述新疆地表基质结构。不同三级地貌类型的0~200 cm内主要土壤质地类型的数量占比均值为70.9%,表明在新疆采用基于地貌的地表基质质地分类具有一定可靠性。粉壤质、砂质和砾质是新疆的主要地表基质质地,分别占全疆面积的49.6%、27.1%和10.3%。粉壤质是新疆森林、草原与耕地资源数量与质量最高的质地分类。基于地貌类型的地表基质质地分类方案兼顾了水热条件与地表物质组成,有助于评价不同类别自然资源的适宜性,可为新疆土地整治与生态修复提供重要参考。

大兴安岭东麓阿荣旗地区黑土地地表基质分布特征及成因

地表基质可以看作是地球的“皮肤”,它是山水林田湖草沙自然资源综合体在立体空间的基本纽带,其物质组成涵盖了地表自然资源产生、发育、演化和利用的全过程,因此是孕育和支撑了森林、草原、水等各类自然资源的基础物质(侯红星等,2022)。地表基质是自然作用的产物,同时与人类活动也息息相关。当前,按照地表基础物质的肉眼可见的物质形态,将地表基质划分为岩石、砾质、土质、泥质4个一级分类.

地表基质土质类型对表层土壤有机碳空间分布的影响——以阿荣旗、莫旗地区为例

研究地表基质土质类型与表层土壤有机碳之间的关系对土壤有机碳调控和生态平衡由重要意义。笔者等以大兴安岭东麓地区表层黑土为研究对象,运用地理加权回归(丁亚鹏等,2021),探讨地表基质土质类型对有机碳分布的影响,为黑土地的保护和利用和土壤有机碳调控提供科学依据。

基于多源数据和图像分割的地表基质遥感解译方法——以垫江北部地区为例

地表基质于2020年1月首次提出,是孕育和支撑森林、草原、水和湿地等各类自然资源的各类基础物质,如何对地表基质层进行快速且准确的分类识别对于地表基质研究有着至关重要的作用。近年来,卷积神经网络凭借其出色的拟合能力,广泛地用于解决各类调查问题。本文开展了基于卷积神经网络的地表基质分割研究,通过融合遥感和三调数据,联合利用不同数据间的互补特性,提高了分割边界的准确性,最终解译了垫江北部地区各类地表基质的分布。

西北干旱农牧交错带地表基质调查成果经验

2020年自然资源部发布《自然资源调查监测体系构建总体方案》,创新性地提出了地表基质的概念。此后中国地质调查局率先开展了地表基质调查试点,本文即依托“黄河流域巴彦淖尔地区地表基质层调查”项目,总结了2021年项目成果经验,以期为后续西北干旱—半干旱区地表基质领域的调查与研究提供借鉴。

微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定黑土地地表基质调查样品中碘

碘是活跃元素,价态多,各价态间易相互转化,使其具有熔点低、易挥发,严重记忆效应的独特性质,其分析一直是个挑战。传统方法如半熔法、高压密闭法等存在操作难度大、消解时间长、工作效率低等问题。通过采用硝酸-氢氟酸微波消解处理样品,并利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定碘含量,克服了传统碘分析方法的一系列问题。研究了不同酸体系和赶酸时间对样品分解效率和挥发损失的影响,同时验证了不同冲洗液对降低碘记忆效应的效果。在此基础上,确定了最佳反应条件为7 mL硝酸+1 mL氢氟酸混合酸比例,180℃赶酸控温程序,并采用2%NH_(3)·H_(2)O充当冲洗液,降低了ICP-MS测定过程中的记忆效应,提高测试的稳定性。为验证该使用国家一级标准物质对方法的准确性和精密度进行验证,结果表明,方法的准确度(Δlgc)为0.001~0.004,相对标准偏差(RSD)为1.2%~3.4%,相关系数为0.9998,检出限为0.17 mg/kg,定量限为0.54 mg/kg,表现出较好的准确度和精密度,满足规范要求。通过实际样品测试,进一步验证了方法的可行性,实验结果表明,相对偏差在1.6%~4.1%。方法操作方便、试剂用量少、工作效率高,适用于测定黑土地地表基质调查样品,同时也为碘的快速、准确分析提供了一种可行的解决方案。

深圳市南澳街道地区地表基质垂向结构特征研究

地表基质调查可为地方经济可持续发展、资源合理利用和生态环境保护等提供科学依据。本文以深圳市南澳街道为研究区域,依据岩石风化程度和植被覆盖程度对该区域进行分区调查,主要探讨低山丘陵区域和滨海第四系沉积区域的地表基质垂向分布特征,探索适宜深圳市的地表基质调查方法,取得了以下认识:(1)通过选点取样和测量裸露剖面的方法,确定了研究区内低山丘陵风化壳区的地表基质垂向结构以薄层风化壳—基岩为主要特征,上层以1 m以内厚度的壤土为主,下层基岩以岩浆岩为主;(2)通过整理已有钻孔资料,确定了研究区内滨海第四系沉积区地表基质垂向结构以黏土—基岩、砂土—黏土—基岩为主要特征,部分地区有人工填土,土质层厚度多在20 m以内。本研究填补了深圳在地表基质调查领域的空白,为理解地表基质与其他自然资源和环境要素之间相互关系提供了基础,并为深圳市后续地表基质调查提供了可参考的技术方法和建议。

背包钻机在黑土地地表基质调查中的应用研究

为查清齐齐哈尔工作区黑土地地表基质平面及垂向空间分布等本底属性,设计土壤钻孔320个,钻探工作量1600 m,要求采取0~5 m土壤原状样品,样品按分层原则进行取样,以判断地表基质分层结构特征及理化性质等属性。为确保工程质量,采用了GL-10型背包钻机,该钻机为手持液压柱状土壤采样钻机,采用液压动力头驱动冲击圆凿和钻杆进行冲击钻进方式,有效解决了传统钻探的局限性和样品受污染等问题。本文阐述了背包钻机的钻进工艺以及工作原理,论证了其在等方面的突出表现。在调查施工过程中,展示了背包钻机的灵活性、便携性和高效性,以及在获取准确的地表基质样本和数据方面的可靠性。结果表明,背包钻机能够适应复杂多样的地表条件,为地表基质调查提供了一种便捷且有效的技术手段,显著提升了调查工作的精度和效率,对推动地表基质调查技术的发展具有重要的实践意义和应用价值。