地質(zhì)調(diào)查支撐服務福建生態(tài)文明試驗區(qū)理論與方法探索

陳國光,湛 龍,劉紅櫻,張 景,張 潔,張曉東,張定源,陳進全,侯曉龍,牛曉楠,王 沖

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心,江蘇 南京 210016;2.福建省地質(zhì)調(diào)查研究院,福建 福州 3500132;3.福建農(nóng)林大學,福建 福州 350002)

在地貌和水系上,福建省是一個相對獨立的自然區(qū),背山面海,北、西、南三面陸域省界基本是沿海拔1 000 m以上的山地分水嶺[1]。西面和北面山脈對西北方向冷氣流有明顯阻滯作用,是我國重要的生態(tài)屏障。此外,福建省是我國最早開展生態(tài)文明建設的省份之一,十三五期間設區(qū)城市空氣優(yōu)良天數(shù)占98.8%,主要流域優(yōu)良水質(zhì)占97.9%,水質(zhì)綜合合格率為99.9%,森林覆蓋率為66.8%[2]。隨著城市化進程和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,福建省面臨以下資源環(huán)境問題:人地矛盾日益加劇,國土空間格局有待進一步優(yōu)化;水土流失、濕地退化、環(huán)境污染等生態(tài)系統(tǒng)問題較突出;自然資源合理配置與科學開發(fā)利用效率有待提高;都市區(qū)地上、地下空間統(tǒng)籌利用效率有待進一步提升。為了充分發(fā)揮地質(zhì)調(diào)查工作基礎性、先行性作用,2019年中國地質(zhì)調(diào)查局啟動了“福建生態(tài)文明試驗區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查工程”,通過開展資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價、生態(tài)地質(zhì)調(diào)查和生態(tài)系統(tǒng)修復試點示范、都市區(qū)城市地質(zhì)調(diào)查及海岸帶綜合地質(zhì)調(diào)查,支撐服務國土空間規(guī)劃與用途管制、生態(tài)保護修復及城市地下空間利用,探索形成服務生態(tài)文明建設的地球系統(tǒng)科學解決方案,為新時代地質(zhì)工作轉(zhuǎn)型升級提供相關經(jīng)驗。

1 福建省地理概況

福建省位于我國東南沿海地區(qū),山脈、盆地、河口三角洲、海灣是主要的地貌類型。鷲峰山、戴云山和博平嶺構(gòu)成閩中山脈,閩、贛兩省沿線形成了武夷山脈,兩山脈之間形成了一系列低地[3],由于受NE向、NW向斷裂多期次活動影響,兩大山脈向低地延伸多條支脈,形成一連串的紅層盆地和第四系山間盆地(浦城盆地、建陽盆地、三明盆地、龍巖盆地)。閩中山脈東側(cè)主要受NW向構(gòu)造和現(xiàn)代河流沉積作用控制,形成了一系列三角洲沉積和海灣(閩江三角洲、閩南三角洲、泉州灣)。

2 長汀縣巖性-風化殼-土壤與水土流失規(guī)律

福建長汀是中國南方亞熱帶紅壤丘陵土壤侵蝕典型區(qū),受地理環(huán)境、氣候和人類活動影響,歷史上區(qū)內(nèi)水土流失、山體滑坡較嚴重[4]。目前,該區(qū)水土流失已逐步扭轉(zhuǎn)[5],形成了生態(tài)林草復合治理模式、地表草被合理覆蓋模式、生態(tài)果園復合循環(huán)模式、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)治理模式及典型流域綜合治理模式[6]。但是,長汀縣水土流失治理仍面臨挑戰(zhàn)[7],以地球系統(tǒng)觀點探索水土流失成因規(guī)律,從地質(zhì)的角度提出解決方案十分迫切。地質(zhì)條件控制地表物質(zhì)成分和地形地貌,對水土流失產(chǎn)生影響[8],區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造使地形隆升,對水土流失具有重要影響,局部地區(qū)裂隙、節(jié)理、劈理和片理縱橫切割,使巖石破碎,其透水性增加、風化作用相對增強,巖石抗蝕性能降低,造成水土流失。巖石由于風化類型、抗風化能力及風化物質(zhì)等差異,造成不同巖性水土流失程度不同。巖性與構(gòu)造共同作用,引起不同地質(zhì)體水土流失發(fā)育階段、侵蝕速度、侵蝕強度、風化殼-土壤分布規(guī)律具有較大差異[8]。長汀縣水土流失率最高的巖石主要為晚侏羅世花崗巖、早侏羅世—中侏羅世碎屑巖和白堊紀紅層,其水土流失率分別為15.56%、9.08%和8.58%,三者占長汀水土流失面積的68.7%,每一類巖性表現(xiàn)不同的水土流失規(guī)律。

2.1 中?；◢弾r分布區(qū)風化殼-土壤與水土流失規(guī)律

中粒花崗巖風化層發(fā)育最厚,風化層松散、透水性強、抗蝕力弱,同等條件下是侵蝕最快的地質(zhì)體。不同地形部位風化殼-土壤與水土流失具有規(guī)律性:山頂和上坡地形相對較緩,局部殘坡積層之上分布腐殖質(zhì)層,以面蝕荒漠化和細溝侵蝕為主;中坡相對較陡,分布全風化花崗巖,以階梯溝狀侵蝕和深溝侵蝕為主;下坡殘坡積層相對發(fā)育,但崩崗強烈;坡腳土壤層相對發(fā)育,分布腐殖質(zhì)層(淋溶層)、淀積層土壤,有利于植物生長。與中細粒花崗巖相比,中(粗)?；◢弾r風化殼結(jié)構(gòu)更松散,以砂礫質(zhì)為主,中(粗)粒花崗巖崩崗數(shù)量更多,且侵蝕深度大。區(qū)內(nèi)沿NE向、NNE向、NW向斷裂發(fā)育的巖體,節(jié)理密集,在4 m2地表分布不同方向的節(jié)理數(shù)達30～40條,水土流失較強烈,頂、坡、底水土流失差異更明顯。

2.2 細?；◢弾r分布區(qū)風化殼-土壤與水土流失規(guī)律

細粒花崗巖抗風化能力強,殘積層不發(fā)育,侵蝕速度相對較慢、侵蝕強度中等,水土流失以面蝕和細溝侵蝕為主。山頂和上坡地形相對較陡,主要為強風化層,以面蝕和細溝侵蝕為主;中坡分布中等風化層,以面蝕為主;下坡以全風化層和殘積層為主。

2.3 早侏羅世—中侏羅世碎屑巖風化殼-土壤與水土流失規(guī)律

早侏羅世—中侏羅世碎屑巖抗風化能力較強,風化程度相對較低。碎屑巖侵蝕主要發(fā)育在山脊,為裸露的強風化基巖或薄的殘積層,殘積層以長英質(zhì)中砂和細砂為主,黏土質(zhì)含量低,植被覆蓋率極低或植被已被破壞,水土流失以坡面徑流侵蝕為主。碎屑巖山坡發(fā)育較厚土壤層,植被發(fā)育。

2.4 白堊紀紅層風化殼-土壤與水土流失規(guī)律

長汀白堊紀紅層為一套河湖相沉積的紅色細碎屑巖,石英、巖屑、長石等含量較高，且膠結(jié)物為鈣質(zhì)、泥質(zhì),以紅層小盆地出露，表現(xiàn)為紅層丘陵地貌，加上地質(zhì)構(gòu)造作用，其抗風化能力弱。白堊紀紅層風化殼-土壤及水土流失與地形地貌、巖性、地層結(jié)構(gòu)及斷裂等相關。泥巖與砂礫巖互層分布區(qū),以細溝侵蝕、階梯溝狀侵蝕為主,侵蝕速度快、侵蝕劇烈;含礫砂巖或砂礫巖分布區(qū),以面蝕為主,侵蝕速度中等、侵蝕相對較弱;泥質(zhì)頁巖分布區(qū),侵蝕速度、強度與地形地貌、層理產(chǎn)狀相關。白堊紀紅層山脊是裸露的含礫砂巖、砂礫巖或薄層殘積層,巖性不同,基巖風化程度不同。山坡為泥質(zhì)頁巖、泥巖與砂礫巖互層,土壤層較薄;山坡低洼處和山腳分布較厚的土壤,土壤結(jié)構(gòu)相對完整。

3 流域水土流失風險全視角評價

流域治理是我國生態(tài)文明建設的重點,水土流失是我國最嚴峻的小流域問題,迫切需要探索出具有普遍適用性的小流域治理路徑[9]。小流域治理需要在流域水土流失規(guī)律研究的基礎上,提出有效的解決途徑。在長汀朱溪河、羅地河開展以森林生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為單元的流域水土流失風險評價(圖1),分析小流域水土流失規(guī)律。朱溪河和羅地河屬汀江一級支流,屬于山地性河流,總體呈樹枝狀、格子狀展布。朱溪河全長14.4 km,平均坡降1.2‰,小流域面積43.9 km2,包括河田鎮(zhèn)晨光、明光、朱溪、南塘,南山鎮(zhèn)大田和謝屋等行政村,有游坊、晨光、紅畬和南塘4條主要支流,水系以SW向徑流與NNW向主流作直角相交或斜交匯合。羅地河全長15.9 km,平均坡降1.0‰,小流域面積44.01 km2,包括露湖、伯湖、羅地和南塘4個行政村,有逕哩、沙田尾、露湖、伯公前、伯湖和羅地6條主要支流,水系以NW向-NNW向徑流與EW向主流作直角相交或斜交匯合。小流域上游為中侏羅世碎屑巖,中下游為早白堊世含斑中細粒正長花崗巖,是長汀水土流失最為嚴重的區(qū)域。

圖1 朱溪河—羅地河小流域范圍(a)及微流域水系與地質(zhì)背景(b)圖

3.1 山地森林生態(tài)系統(tǒng)水土流失風險評價

朱溪河、羅地河小流域總面積91.294 km2,林地生態(tài)系統(tǒng)面積62.973 km2,占流域面積的68.98%。區(qū)內(nèi)曾是長汀水土流失最嚴重的地區(qū),經(jīng)過多年治理,水土流已大幅減少,但林地生態(tài)系統(tǒng)仍存在水土流失及其相關的生態(tài)風險。為全面評價水土流失風險,選擇水土流失面積與強度、植物多樣性、土壤涵養(yǎng)功能、土壤肥力等指標進行評價,發(fā)現(xiàn)2019年該區(qū)水土流失面積11.43 km2,水土流失率為15.88%,其中水土流失強烈區(qū)、極強烈區(qū)和劇烈區(qū)面積分別為2.15 km2、0.45 km2和0.10 km2(圖2)。

圖2 小流域生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)圖(a)和林地生態(tài)系統(tǒng)水土流失狀況圖(b)(2019年)

將流域劃分成若干個面積為1 km2的公里網(wǎng)。格據(jù)不同地質(zhì)背景、不同坡向確定每個公里網(wǎng)格3個調(diào)查樣地,共86個樣地。每個調(diào)查樣地選擇10 m×10 m的樣方,測定不同樹種胸徑、樹高、冠幅、密度、頻度、林分郁閉度。在樣方內(nèi)設置5個1 m×1 m小樣方測定林下植被種類、數(shù)量、高度、密度、頻度。

利用物種多樣性Shannon-Wiener指數(shù)[10-11]進行評價,公式為

(1)

式中:S為樣地中物種總數(shù)目,N為樣地中所有物種重要值之和,Ni為第i個物種的重要值,Pi=Ni/N為第i個物種的相對重要值。

Shannon-Wiener指數(shù)顯示,羅地河流域物種多樣性相對較高(圖3)。漳平組中段碎屑巖Shannon-Wiener指數(shù)為0.53,晚侏羅世似斑狀中粒正長花崗巖區(qū)Shannon-Wiener指數(shù)為0.25,物種多樣性相對較低。

利用土壤含水量表征土壤涵養(yǎng)功能特征。流域內(nèi)表層土含水率為14.00%～29.82%,小流域土壤(風化殼)主要受巖性控制,晚侏羅世花崗巖區(qū)表層土含水率相對較低,漳平組中段碎屑巖表層土含水率相對較高,中游匯水盆地分布區(qū)含水率相對較高(圖3)。

圖3 小流域植被物種多樣性指數(shù)(a)和0～10 cm土層土壤含水率空間變化(b)圖

利用有機質(zhì)、N、P、K、Zn、Mo、Mn和土壤通氣度等表征土壤肥力狀況,區(qū)內(nèi)丘陵區(qū)養(yǎng)分以缺乏為主(圖4),尤其是上游流域養(yǎng)分缺乏更明顯。

圖4 林地土壤(風化殼)養(yǎng)分分級圖

通過流域水土流失風險評價,認為區(qū)內(nèi)水土流失治理雖然取得明顯成效,但大部分地區(qū)仍存在生物多樣性指數(shù)偏低、水涵養(yǎng)功能較弱、土壤肥力較弱等風險,林地生態(tài)系統(tǒng)依然脆弱。

3.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水土流失風險評價

朱溪河、河羅地河小流域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)面積14.322 km2,占流域面積的15.69%。以往區(qū)內(nèi)由于經(jīng)受嚴重的水土流失,造成了“河比田高”。本文以土壤砂泥比[12-14]表征土壤砂化情況,調(diào)查發(fā)現(xiàn)水土流失造成了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)存在嚴重的沙化現(xiàn)象,砂泥比>1.0的重度沙化和嚴重沙化占比達35.71%(圖5)。在空間分布上,農(nóng)田土地沙化程度由上游向下游逐漸降低,河流交匯區(qū)土地沙化程度較低。

圖5 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土地沙化和肥力分級圖

以土壤有機質(zhì)、N、P[15-16]表征水土流失造成的土壤養(yǎng)分流失情況,區(qū)內(nèi)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有機質(zhì)、N、P等分布與砂化具有相似的分布特征。

通過流域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水土流失風險評價,發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)水土流失造成了嚴重的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)沙化,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分明顯偏低與流失。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)存在水土流失引起的土壤沙化顯性風險,還存在土壤養(yǎng)分流失的隱性風險。

3.3 河流濕地生態(tài)系統(tǒng)水土流失風險評價

長汀朱溪河、羅地河小流域河流濕地生態(tài)系統(tǒng)面積2.25 km2,主要由河道和水庫組成,水土流失造成河流濕地生態(tài)系統(tǒng)淤積和底泥重金屬污染風險。

以淤積厚度[17]表征河流濕地生態(tài)系統(tǒng)風險,區(qū)內(nèi)淤積厚度為2.5～56.0 cm,淤積程度以中度-重度為主,兩者占河流濕地生態(tài)系統(tǒng)面積的81.58%(圖6(a)),無-輕度淤積僅占5.70%,表明水土流失造成了河道淤積,尤其是上游水庫是淤積的嚴重地區(qū)。

圖6 河流濕地淤積分級圖(a)和污染風險管控圖(b)

以Cd、Pb、As、Hg等重金屬表征河流濕地生態(tài)系統(tǒng)污染風險,參照長江、黃河、遼河、松花江、海河、淮河和珠江中國七大水系沉積物重金屬質(zhì)量基準值[18]以及《GB15618—2018土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準》[19],朱溪河、羅地河小流域河流濕地需關注鉛高含量引起的生態(tài)風險(圖6(b)),安全利用類濕地主要分布在羅地河中下游羅地村和伯湖村微流域,其成因需進一步研究。

3.4 水土流失修復效果評價

選擇土壤結(jié)構(gòu)及肥力指標(土壤容重、土壤最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度、總孔隙度、DOC、DON、速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀、全鈣、全鎂、土壤pH值),植被生長及多樣性指標(馬尾松樹高、馬尾松胸徑、馬尾松冠幅、草本層物種豐富度、草本層Shanno-Wiener指數(shù)、草本層Pielou均勻度指數(shù)、灌木層物種豐富度、灌木層Shanno-Wiener指數(shù)、灌木層Pielou均勻度指數(shù)等)進行因子分析,公式為

Y=0.257 1F1+0.235 34F2+0.154 33F3+

0.149 76F4+0.112 72F5+0.090 75F6,

(2)

式中:Y為綜合得分;F1—F6為主成分因子。主成分因子F1(土壤理化性質(zhì))、F2(植被生長)、F3(植被多樣性)、F4(林內(nèi)土壤溫濕度)、F5(林內(nèi)空氣溫濕度)和F6(水源涵養(yǎng)功能)及對應的相對貢獻率分別為58.34～43.30、253.74～237.83、-193.85～-228.11、634.47～600.61、103.81～89.55和-239.04～-286.95(表1)。

表1 不同套種模式林分生態(tài)恢復主因子及其生態(tài)功能提升綜合評價得分

評價結(jié)果顯示,馬尾松及套種馬褂木模式(綜合得分123.5)>無患子模式(綜合得分122.5)>深山含笑模式(綜合得分120.11)>油桐模式(綜合得分119.67)>楓香模式(綜合得分119.64)>山杜英模式(綜合得分117.29)>馬尾松純林(綜合得分112.65),套種闊葉樹有利于馬尾松林生態(tài)功能的提升,對馬尾松林下土壤、植被恢復、林內(nèi)小氣候以及水源涵養(yǎng)功能的恢復效果最優(yōu)。調(diào)查發(fā)現(xiàn),區(qū)內(nèi)馬尾松純林相對較多,存在修復效果不理想的問題。

3.5 水土流失量監(jiān)測評價

對朱溪河、羅地河流域不同郁閉度(0.2、0.4、0.6和0.8)的48個徑流小區(qū)連續(xù)11個月水土流失監(jiān)測獲得的528個監(jiān)測結(jié)果進行分析,發(fā)現(xiàn)泥沙流失量隨徑流量增加而增大(圖7)。朱溪河、羅地河流域的徑流量和徑流深在11個觀測月中的變化規(guī)律基本一致, 2019年10月—2020年3月總體為上升趨勢, 2020年3月取得最大值,2020年3—6月為先降后升再降趨勢,2020年6—9月總體為上升趨勢。泥沙流失量仍與徑流量密切相關,局部月份仍然較大。

圖7 不同郁閉度徑流小區(qū)泥沙流失量與徑流量散點圖

對74個樣方中的每個樣方設置10根侵蝕針,通過侵蝕針獲得土壤侵蝕深度,發(fā)現(xiàn)侵蝕針年平均裸露長0.12 cm,年平均土壤侵蝕量142.23 t/(km2·a),年最大土壤侵蝕量529.33 t/(km2·a),經(jīng)過長期治理,流域內(nèi)水土流失已得到改善,但仍存在個別區(qū)域水土流失嚴重的問題。

3.6 生態(tài)風險綜合評價

參照前人資料[10-26]和本次朱溪河、羅地河小流域綜合調(diào)查成果,結(jié)合小流域自然資源和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境條件及生態(tài)現(xiàn)狀,確定11個二級因子[20],建立了小流域生態(tài)風險評價層次結(jié)構(gòu)模型。遵循綜合分析與主導因素相結(jié)合和可持續(xù)發(fā)展的原則,采用兩步評判法評價小流域生態(tài)風險等級。

(1)評價因子分級標準及分值。依據(jù)生態(tài)風險對自然資源和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境條件要求,小流域生態(tài)風險評價體系選擇9個B級因子下的11個C級因子進行分級和賦值[10-23](表2)。

表2 水土流失生態(tài)風險評價因子分級標準、分值及權重統(tǒng)計結(jié)果

(2)評價因子的權重值確定。依據(jù)各因子的重要性,將各評價因子窮盡成對比矩陣輸入計算機,由公式(3)計算各因子的權值W(表1)。

(3)

式中:W為評價因子權重值;j為第j個重要性判斷;n為重要性判斷個數(shù);i為第i個評價因子;m為評價因子個數(shù);Vij為i為評價因子j重要性判斷向量值。

(3)生態(tài)風險等級劃分。采用綜合指數(shù)法,進行小流域生態(tài)風險評價,從生態(tài)地學角度,劃分出風險等級。公式為

(4)

式中:P為各因子的綜合分值,Wi為i因子的權重,Pi為i因子的分值。

根據(jù)P≤3、39劃分為Ⅰ級(無風險)、Ⅱ級(弱風險)、Ⅲ級(低風險)、Ⅳ級(中風險)和Ⅴ級(高風險)。

(4)評價結(jié)果。小流域無-低生態(tài)風險區(qū)面積32.574 km2,主要分布于小流域下游丘陵林地和農(nóng)田區(qū);高-中風險區(qū)面積35.371 km2,主要分布于小流域上游低山林地和村鎮(zhèn)周邊,其中高風險區(qū)面積11.708 km2,主要分布于朱溪河小流域紅畬、晨光村和游坊村微流域以及朱溪村(河田工業(yè)園區(qū))周邊(圖8)。小流域水土流失區(qū)、河庫淤積區(qū)和農(nóng)田土地沙化區(qū)具有相互鄰近和集中分布的特點,水土流失嚴重區(qū)的下游溝谷水庫淤積和溝谷兩側(cè)農(nóng)田沙化明顯加重。

圖8 小流域生態(tài)風險等級綜合評價分區(qū)圖

4 海陸統(tǒng)籌生態(tài)健康評價

海岸帶是人類活動與自然作用交互最強烈的地區(qū),隨著海岸帶城鎮(zhèn)化程度的提高,重大工程和基礎設施建設加快,海岸帶地質(zhì)環(huán)境問題更突出[27],導致了岸線侵蝕、濱海濕地和岸線退化、河口生態(tài)惡化、沿海污染、近岸海域地質(zhì)災害隱患等問題。在生態(tài)文明理念下,生態(tài)系統(tǒng)健康研究已成為地球系統(tǒng)科學、生態(tài)學研究的重要內(nèi)容。健康的生態(tài)系統(tǒng)應具有良好的自我維持和恢復能力,對人類健康和社會經(jīng)濟發(fā)展具有支持和推動作用[28]。海岸帶生態(tài)系統(tǒng)是由陸地及海洋環(huán)境和人類活動相互作用形成的復合生態(tài)系統(tǒng)[29]。在這個復雜的系統(tǒng)中,應以地質(zhì)成因規(guī)律為主線開展關鍵要素分析,達到海陸統(tǒng)籌生態(tài)健康評價的目的。

4.1 海岸帶侵蝕與防護林統(tǒng)籌評價

福建省海岸線總長5 217.27 km,沙(礫)質(zhì)海岸長約479.52 km,占全省岸線的9.19%。砂質(zhì)海岸是侵蝕最嚴重的海岸類型,目前有57%的砂質(zhì)海岸處于侵蝕狀態(tài)[30]。沙質(zhì)岸線除易受侵蝕外,在波浪、潮汐、風暴潮影響下,風砂順著平原地帶對農(nóng)田和農(nóng)作物、公路、居民生活的生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。修筑海堤和種植防護林是防御海岸侵蝕的主要手段[31]。沙質(zhì)岸線的侵蝕與沿海防護林分布的不完整、不連續(xù)性是海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的重要問題之一。針對砂質(zhì)岸線防護林不連續(xù)、破碎化、邊界后退、人為破壞等現(xiàn)象進行評價,可有效劃定海岸帶侵蝕重點治理區(qū)。福建沙質(zhì)岸線防護林應加強修復保護,如莆田市平海鎮(zhèn)東川村—保營村東部沙質(zhì)岸段15年內(nèi)防護林退化(圖9),沙侵作用不斷增強,造成土地明顯沙化。

圖9 莆田市平海鎮(zhèn)東川村—保營村沙質(zhì)岸段防護林退化與沙侵對比圖

4.2 海灣淤積與水土流失統(tǒng)籌評價

半封閉的溺谷河口海灣,泥沙來源豐富,水動力條件較弱,灘面寬闊平緩,組成物質(zhì)較細,具有有利的沉積環(huán)境,容易造成淤積。詔安灣、東山灣、舊鎮(zhèn)灣、廈門灣、同安灣、安海港、泉州灣、興化灣、福清灣、閩江口、羅源灣、湄洲灣、福寧灣均存在不同程度的淤積。羅源灣淤積較嚴重,1988年羅源灣內(nèi)泥灘淤積面積52.63 km2, 至2018年新增淤積面積達14.04 km2。羅源灣淤積與流域內(nèi)上游水土流失作用相關(圖10),流域內(nèi)水土流失面積50.68 km2,其中強烈流失區(qū)面積為10.08 km2,極強烈流失區(qū)面積為6.94 km2,劇烈流失區(qū)面積為1.43 km2。羅源灣淤積治理要與水土流失治理相結(jié)合,做到山海一體化評價與修復。

圖10 羅源灣水土流失與淤積分布圖

4.3 海岸帶沖淤與工程建設統(tǒng)籌評價

沿海重大工程威脅著海岸生態(tài)環(huán)境,填海工程改變了海水的運動特性,降低了沿海水動力條件,引起泥沙沖淤遷移規(guī)律的變化,造成岸線淤積與侵蝕加劇。在福建沿海分布的硬式護岸工程、碼頭與防波堤工程、人工島工程等具有不同的侵淤特征。硬式護岸工程陸源補給造成護岸前海灘整體下蝕或下游岸線侵蝕后退,人工護岸堤阻斷了正常的泥沙交換在灣內(nèi)形成淤積。碼頭與防波堤工程下游岸段由于缺少泥沙補給,岸線侵蝕后退,上游岸段由于漁港其他構(gòu)筑物的阻擋而發(fā)生淤積,海灘形態(tài)發(fā)生改變(圖11)。人工島由于島體大小、離岸距離及相對位置不同,造成不同的侵蝕與淤積。人工島阻斷淤泥帶入外海,淤積可形成連島沙壩。

圖11 湄洲島西南部人工碼頭修筑導致的侵蝕和淤積

5 地質(zhì)調(diào)查支撐國土間開發(fā)適宜性評價

國土空間開發(fā)適宜性指在維系生態(tài)系統(tǒng)健康和國土安全的前提下,綜合考慮資源環(huán)境要素條件,特定國土空間進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)開發(fā)建設等人類活動的適宜程度[32]。國土空間資源環(huán)境要素須抓住國土空間資源、環(huán)境和災害3個要素[33]。在福建國土空間適宜性評價中,從地球系統(tǒng)觀點出發(fā),突出巖石圈、土壤圈、生物圈資源與環(huán)境特征評價,促進適宜性評價更加科學。

5.1 水土流失地質(zhì)規(guī)律應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評價

在寧化縣生態(tài)地質(zhì)調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)白堊紀紅層與水土流失關系密切,寧化紅層為早白堊世沙縣組泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂礫巖，構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育，裸露和半裸露區(qū)占20%以上，泥巖、粉砂巖表面風化裂隙密布，易造成水土流失。在紅層區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜區(qū)評價中,將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不適宜區(qū)的地形坡度下浮至15°,保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

5.2 土地質(zhì)量地球化學調(diào)查成果應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜區(qū)評價

福建省土地質(zhì)量地球化學調(diào)查系統(tǒng)獲取了有機質(zhì)、氮、磷、鉀、銅、鉛、鋅、鎘等54項指標,劃定了富硒土壤分布區(qū)和主要重金屬污染區(qū)。識別農(nóng)業(yè)適宜性區(qū)和不適宜區(qū)的重要因素是農(nóng)產(chǎn)品安全、優(yōu)質(zhì)和有利農(nóng)業(yè)種植。在農(nóng)業(yè)適宜性評價中,當空間單元的土壤有機質(zhì)含量≤10 g/kg時不利于農(nóng)業(yè)種植,劃定為不適宜區(qū);當空間單元土壤中污染物含量大于風險管制值時不利于農(nóng)產(chǎn)品安全,劃定為不適宜區(qū)。在農(nóng)業(yè)資源潛力區(qū)核算中,盡可能將優(yōu)質(zhì)土地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),推進特色農(nóng)業(yè)與高效農(nóng)業(yè)發(fā)展。在福建省、市、縣農(nóng)業(yè)資源潛力區(qū)核算中,根據(jù)福建具有較大面積的富硒富鋅土地分布,且富硒富鋅特色產(chǎn)業(yè)開發(fā)已進入良性發(fā)展的特點,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力初判區(qū)和城鎮(zhèn)建設潛力初判區(qū)存在較大的重疊區(qū)域,將富硒富鋅土地劃定為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力區(qū)。

5.3 地質(zhì)安全評價應用于城鎮(zhèn)建設適宜性評價

城鎮(zhèn)建設適宜性評價在生態(tài)保護極重要區(qū)以外的區(qū)域,優(yōu)選考慮環(huán)境安全、糧食安全和地質(zhì)安全等底線要求,識別城鎮(zhèn)建設不適宜區(qū)[33]。福建省級層次地質(zhì)災害危險性評價要素包括斷層、工程地質(zhì)巖組、坡向、坡形、起伏度、坡度等6個因子。在考慮區(qū)域地質(zhì)災害孕災背景的基礎上,南平市地質(zhì)災害危險性評價選擇地層巖性、坡向、坡度、瞬時降雨量、持續(xù)強降雨量、土地利用類型等6個地質(zhì)災害易發(fā)性指數(shù)進行評價。在地質(zhì)災害現(xiàn)狀調(diào)查、地質(zhì)災害成因模式分析的基礎上,建陽新區(qū)選擇地形坡度、土體厚度、坡向-地層產(chǎn)狀一致性、巖性建造、植被類型等5個主要指標開展地質(zhì)災害危險性評價。地震危險性評價主要在福建沿海地區(qū)活動性斷裂分析的基礎上開展。

5.4 城鎮(zhèn)建設適宜性區(qū)優(yōu)勢度評價

城鎮(zhèn)建設適宜性區(qū)在保證建設、運行安全底線的要求下確定,但在安全底線下如何選擇最優(yōu)方案,需進一步分析資源環(huán)境要素,開展適宜性區(qū)優(yōu)勢度評價。在福建城鎮(zhèn)建設緩坡地建設適宜性區(qū)優(yōu)勢度評價中,采用平整土地過程中的工程量、工程難易程度、耕地破壞狀況、應急水源保障等進行綜合評價。以山體為單元,計算開挖土石方體積,確定開挖工程方量評價指標。通過工程地質(zhì)調(diào)查,確定山體風化和基巖類型,以各風化層和基巖體積與巖土飽和單軸抗壓強度值乘積,確定工程難易程度指標。以侵蝕階地為評價單元,計算現(xiàn)有耕地與階地面積比作為耕地破壞程度的指標。以小流域為單元開展水文地質(zhì)調(diào)查,估算應急地下水資源量,確定應急水源保障供給條件指標。

6 自然資源地表基質(zhì)調(diào)查探索

地表基質(zhì)是地球表層孕育和支撐森林、草原、水、濕地等自然資源的基礎物質(zhì)[34]。地表基質(zhì)調(diào)查主要查清巖石、礫石、沙、土壤等類型、理化性質(zhì)及地質(zhì)景觀屬性,同時地表基質(zhì)成果信息可應用服務于自然資源質(zhì)量、生態(tài)評價、資源環(huán)境承載能力和國土空間適宜性評價。在福建省寧化縣開展了地表基質(zhì)層調(diào)查試點,形成了多要素地表基質(zhì)層調(diào)查方法。

6.1 地表基質(zhì)分布狀況調(diào)查

地表基質(zhì)分布狀況調(diào)查包括地表巖石、礫石、沙、土壤賦存環(huán)境及其分布特征,主要調(diào)查地形地貌特征和分布現(xiàn)狀。地形地貌特征調(diào)查包括地形坡度、地貌類型、沉積階地等基質(zhì)環(huán)境條件,以地形坡度圖和地貌類型圖表達。基質(zhì)分布現(xiàn)狀調(diào)查包括劃定巖石裸露區(qū)、半裸露區(qū)、礫石、沙分布區(qū)、土壤分布區(qū)、水系分布狀況,以地表基質(zhì)分類圖表達。

6.2 巖石性質(zhì)調(diào)查

巖石性質(zhì)調(diào)查以1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果為基礎,在巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖劃分的基礎上,以巖石建造為單元進一步劃分巖石類型,以巖石建造圖表達。對自然資源質(zhì)量具有控制作用的巖石性質(zhì)要素在不同區(qū)域有所不同,寧化縣主要選擇與水土流失、與富硒土地、與地質(zhì)災害發(fā)育有關的特殊巖性進行劃分,以特殊巖石建造分布圖表達。

6.3 土壤性質(zhì)調(diào)查

土壤性質(zhì)調(diào)查包括土壤類型、土壤化學特征、土壤物理特征、土壤結(jié)構(gòu)特征。土壤類型主要調(diào)查土壤分類特征、成土母質(zhì)類型,以土壤分類圖、成土母質(zhì)圖表達;土壤化學特征主要調(diào)查土壤地球化學元素分布特征,以土壤肥力圖、土壤環(huán)境質(zhì)量圖、特色土地分布圖表達;土壤物理性質(zhì)重點調(diào)查土壤粒級分布,以土壤質(zhì)地圖表達;土壤結(jié)構(gòu)特征重點調(diào)查土壤厚度及其剖面構(gòu)型,以土壤厚度圖和土壤構(gòu)型剖面表達。

6.4 地表基質(zhì)綜合分類調(diào)查

根據(jù)巖石與土壤分布、理化性質(zhì)、成因條件調(diào)查結(jié)果,依據(jù)巖石出露與巖石建造,以國際制土壤質(zhì)地分級標準開展地表基質(zhì)類型分類方案(表3),并編制地表基質(zhì)分布圖(圖12)。

表3 地表基質(zhì)類型分類

圖12 寧化縣地表基質(zhì)分布圖

7 結(jié)論

(1)巖石類型對水土流失速度與強度具有控制作用,與地形共同控制風化殼和土壤分布,地質(zhì)構(gòu)造對水土流失具有重要影響。

(2)水土流失區(qū)存在泥沙流失與肥力流失的雙重風險。森林生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水土流失引起的風險不同,應針對性選擇指標進行水土流失風險評價。森林生態(tài)系統(tǒng)風險評價指標應包括水土流失強度、生物多樣性、水土保持功能、土壤肥力;濕地生態(tài)系統(tǒng)風險評價指標應包括淤積與重金屬污染;農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)風險評價指標應包括土地沙化與土壤肥力。

(3)海岸帶侵蝕與淤積受海與陸、人為與自然因素控制。海陸生態(tài)健康風險需統(tǒng)籌各因素進行一體化評價;海岸帶侵蝕與防護林、海灣淤積與水土流失、海岸帶沖淤與工程建設綜合分析是海陸統(tǒng)籌評價的重點。

(4)地質(zhì)背景對地表資源環(huán)境具有重要影響。引入地質(zhì)與土地質(zhì)量地球化學指標,逐級深化地質(zhì)安全風險評價指標對提升不同級次國土空間適宜性評價的精準性具有重要意義。引入資源環(huán)境要素在適宜性區(qū)開展優(yōu)勢度評價,對在安全底線下選擇最優(yōu)的利用方式具有重要作用。

(5)地表基質(zhì)調(diào)查既是自然資源的基礎物質(zhì)調(diào)查,又是為自然資源質(zhì)量、生態(tài)評價提供參數(shù)的調(diào)查。地表基質(zhì)調(diào)查包含地表基質(zhì)分布狀況、巖石性質(zhì)、土壤性質(zhì)等,巖石性質(zhì)反映巖石類型、構(gòu)造特征及其對自然資源質(zhì)量具有控制作用的相關要素,土壤性質(zhì)反映土壤類型、土壤物理化學及結(jié)構(gòu)特征。