地表基質(zhì)綜合調(diào)查：內(nèi)涵、分層、填圖與支撐目標(biāo)

殷志強(qiáng)，陳自然，李 霞，衛(wèi)曉鋒，邵 海

（1.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081；2.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100012；3.中色紫金地質(zhì)勘查（北京）有限責(zé)任公司，北京 100012）

地表基質(zhì)是地球表層孕育和支撐森林、草原、水、濕地等各類資源的基礎(chǔ)物質(zhì)[1]，也是地球關(guān)鍵帶的主要承載體[2?6]和淺山區(qū)流域尺度表層巖土體調(diào)查、監(jiān)測、支撐服務(wù)國土空間生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)的“主戰(zhàn)場”[7]，其對(duì)于認(rèn)識(shí)表層地球關(guān)鍵帶結(jié)構(gòu)特征及其土壤透氣性、水文連通機(jī)制等具有重要意義[8]。

近年來，多位專家學(xué)者圍繞地表基質(zhì)分類及調(diào)查與編圖開展了大量探索性研究工作，初步構(gòu)建了地表基質(zhì)三級(jí)分類體系，建立了要素與屬性調(diào)查指標(biāo)體系，完成了不同尺度的地表基質(zhì)編圖試點(diǎn)[9?15]。如葛良勝等[10]提出地表基質(zhì)調(diào)查是自然資源調(diào)查監(jiān)測工作新領(lǐng)域；殷志強(qiáng)等[11?12]開展了地表基質(zhì)的三級(jí)分類研究，并初步提出了地表基質(zhì)調(diào)查的支撐服務(wù)目標(biāo)；侯紅星等[13?14]在保定試點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出了地表基質(zhì)層調(diào)查的技術(shù)方法、主要內(nèi)容及要素-屬性指標(biāo)體系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在相同或者相似的微環(huán)境或者生境空間內(nèi)，氣溫和降雨等氣候條件很難解釋不同的植物群落組成差異與共存現(xiàn)象，地表基質(zhì)層時(shí)空差異對(duì)局地生態(tài)系統(tǒng)空間布局具有決定性影響[16?18]。

由于地表基質(zhì)包括的內(nèi)容豐富，在植被群落保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤多樣性調(diào)查等不同領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尚未取得一致認(rèn)識(shí)，主要表現(xiàn)在：如何在保證科學(xué)性前提下構(gòu)建地表基質(zhì)的分類體系和標(biāo)準(zhǔn)？不同比例尺的圖面如何表達(dá)？調(diào)查監(jiān)測的地表基質(zhì)核心要素指標(biāo)有哪些？等等。2020年筆者發(fā)表的《地表基質(zhì)分類及調(diào)查初步研究》[11]初步探討了地表基質(zhì)的科學(xué)內(nèi)涵、三級(jí)分類、支撐服務(wù)目標(biāo)、調(diào)查與編圖應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)問題等。2021年以來，筆者在承德生態(tài)文明示范區(qū)地表基質(zhì)調(diào)查和編圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合東北黑土地、北京、河北、江蘇等不同地區(qū)地表基質(zhì)調(diào)查試點(diǎn)工作，進(jìn)一步厘清了地表基質(zhì)的科學(xué)內(nèi)涵和支撐服務(wù)目標(biāo)，完善了地表基質(zhì)統(tǒng)一分類方案和調(diào)查深度分層等內(nèi)容，以期為全國范圍內(nèi)的地表基質(zhì)調(diào)查與編圖提供參考。

1 地表基質(zhì)調(diào)查的理論、定位與內(nèi)涵

1.1 地表基質(zhì)調(diào)查理論基礎(chǔ)

地表基質(zhì)調(diào)查是一項(xiàng)服務(wù)于生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)性和公益性綜合地質(zhì)調(diào)查工作（有別于土壤普查），需要以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，從地質(zhì)本身出發(fā)，堅(jiān)持大生態(tài)觀和大系統(tǒng)觀，將地表基質(zhì)與自然資源和生態(tài)環(huán)境緊密聯(lián)系（圖1），查清、填繪巖石和表層沉積物的物質(zhì)組成、空間范圍、厚度、理化性質(zhì)等屬性，描述其自然性質(zhì)、表現(xiàn)行為及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的約束影響。

圖1 地表基質(zhì)層位置及剖面結(jié)構(gòu)圖（據(jù)文獻(xiàn)[19]，有修改）Fig.1 Cross-sectional structure of the ground substrate layer（modified after Ref.[19]）

地表基質(zhì)的理化性質(zhì)指標(biāo)是多門類自然資源之間相互作用和密切聯(lián)系的紐帶，是“山水林田湖草沙”生命共同體的形成基礎(chǔ)，地表基質(zhì)研究強(qiáng)調(diào)的是其自然屬性和生態(tài)屬性，需要回歸自然本源。在第三次全國國土調(diào)查的基礎(chǔ)上，研究植被覆蓋層下部的土壤、風(fēng)化殼及包氣帶中水、氣、元素的遷移和交換等，查清地表基質(zhì)與林草生態(tài)植被的協(xié)同適宜性，糾正目前部分地區(qū)地表基質(zhì)層與覆蓋層不匹配、土地利用錯(cuò)位問題，實(shí)現(xiàn)調(diào)查成果的“一查多用”，支撐服務(wù)糧食生產(chǎn)（耕地占補(bǔ)平衡、耕地后備資源潛力區(qū)評(píng)價(jià)，國土整治等）、科學(xué)綠化（生態(tài)修復(fù)）、地質(zhì)安全（城市建設(shè)區(qū)沙土液化、山區(qū)滑坡崩塌泥石流等地質(zhì)災(zāi)害防治）、承載力評(píng)價(jià)與適宜性區(qū)劃、碳儲(chǔ)碳匯評(píng)估以及表層地球科學(xué)演化研究等。

1.2 地表基質(zhì)調(diào)查目標(biāo)定位

通過地表基質(zhì)調(diào)查，查清全國地表基質(zhì)的類型、分布范圍、厚度、剖面結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、孔隙度、生態(tài)特征及分布規(guī)律等屬性，掌握地表基質(zhì)層中水汽和關(guān)鍵養(yǎng)分元素的動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)地表基質(zhì)的地質(zhì)成因，分析地表基質(zhì)演化規(guī)律及其對(duì)表生過程和多圈層相互作用的影響和響應(yīng)。

現(xiàn)階段是地表基質(zhì)的概念內(nèi)涵、三級(jí)分類體系和調(diào)查編圖等技術(shù)方法的探索階段，迫切需要結(jié)合已有的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作，率先開展華北山前平原區(qū)、長三角沿江地區(qū)、西北黃土沙漠過渡區(qū)、東北黑土地典型發(fā)育區(qū)、福建海南等南方強(qiáng)風(fēng)化區(qū)和承德等農(nóng)牧過渡帶地區(qū)的地表基質(zhì)層試點(diǎn)調(diào)查，形成陸域與海岸帶，地上與地下，山區(qū)、丘陵與盆地、平原，河流與湖泊，沙漠與戈壁等不同區(qū)域的地表基質(zhì)調(diào)查工作模式和技術(shù)方法。如通過對(duì)東北黑土地貫穿不同氣候、地貌、景觀、植被區(qū)的典型剖面調(diào)查，分析黑土地關(guān)鍵帶的生態(tài)地質(zhì)特征，系統(tǒng)揭示黑土地資源數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)，提出黑土地變薄、變瘦和變硬的地球系統(tǒng)科學(xué)解決方案。

1.3 地表基質(zhì)約束植被群落的科學(xué)內(nèi)涵

地表基質(zhì)是表生地質(zhì)作用的主要承載體，也是各種物理和化學(xué)風(fēng)化、土壤形成發(fā)育的發(fā)生帶[20]，更是人類土地利用與管理的主要對(duì)象。地表基質(zhì)是林草植被孕育和生長的基礎(chǔ)，并影響著生態(tài)環(huán)境的形成演化過程和穩(wěn)定性。不同的地表基質(zhì)類型孕育了不同的生態(tài)系統(tǒng)和植被類型，決定著林草生態(tài)要素孕育的本底特征，制約著生態(tài)要素的空間格局和演化趨勢(shì)。如承德的板栗、山楂等的果實(shí)籽粒對(duì)基巖-風(fēng)化殼-土壤中富集的有益、有害元素有很好的響應(yīng)關(guān)系[16]。

不同地質(zhì)成因的地表基質(zhì)類型具有不同的沉積構(gòu)造、分層結(jié)構(gòu)、厚度、孔隙度、巖性等理化性質(zhì)，直接影響表土的地氣和水分交換、微生物群落類型和有機(jī)質(zhì)組成，為植被提供不同的營養(yǎng)和有害成分。同一氣候條件下，不同的地表基質(zhì)類型區(qū)生長有不同的植被群落類型和覆蓋密度，地表基質(zhì)對(duì)植被類型及組合有明顯影響?；|(zhì)內(nèi)含有的營養(yǎng)元素將促進(jìn)植被生長，如花崗巖和玄武巖礦物類型豐富，風(fēng)化殼在成壤化過程中富集了較多的營養(yǎng)成分，基質(zhì)區(qū)適宜生長喬木；而砂巖和粉砂巖風(fēng)化殼區(qū)由于顆粒小且致密，風(fēng)化殼因礦物相對(duì)單一而缺乏足夠的營養(yǎng)元素，基質(zhì)區(qū)的植被類型往往以草本和灌木為主。因此，地表基質(zhì)異質(zhì)性直接影響著植被的類型和空間展布格局。

2 地表基質(zhì)分類及綜合調(diào)查

2.1 地表基質(zhì)分類

《地表基質(zhì)分類方案（試行）》[21]根據(jù)粒徑、質(zhì)地、組成、成因等把地表基質(zhì)劃分為4個(gè)一級(jí)類和14個(gè)二級(jí)類，但方案存在類型劃分標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、地質(zhì)含義不明確、缺少科學(xué)性等問題，造成實(shí)際地表基質(zhì)填圖中難以操作、生態(tài)修復(fù)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中無法落地的窘境。筆者根據(jù)承德市地表基質(zhì)調(diào)查研究實(shí)際案例，提出了地表基質(zhì)的三級(jí)分類方案。

關(guān)于地表基質(zhì)三級(jí)分類，筆者根據(jù)承德市地表基質(zhì)編圖實(shí)踐，建議在物質(zhì)組成、成因類型、地貌形態(tài)、粒級(jí)、厚度、有機(jī)質(zhì)等基礎(chǔ)上，巖石以成因類型+地貌形態(tài)+粒級(jí)等進(jìn)行命名，如巖漿巖半裸露型巖石、巖漿巖殘積粗粒，還可以在巖性前面加限定修飾詞；第四系松散沉積物增加成因質(zhì)地（反映原生沉積環(huán)境）進(jìn)行命名，命名方式可采用成因類型（地貌形態(tài)）+粒級(jí)（質(zhì)地），如沖洪積扇（alluvial fan）粗礫（gravel）（Qa?g）。實(shí)際編圖中可用花紋表示成因類型（或地貌形態(tài)），顏色表示粒級(jí)（質(zhì)地）。對(duì)于一定深度的地表基質(zhì)，通過地質(zhì)剖面圖展示其分層特征，標(biāo)出不同深度的巖性及其厚度。

理論上地表基質(zhì)應(yīng)該是陸域和海域全覆蓋。按照地表基質(zhì)的原始定義，自然成因的基礎(chǔ)物質(zhì)才屬于地表基質(zhì)類型。但隨著人類活動(dòng)增加，按現(xiàn)實(shí)情況和治理需要，人工填埋物已經(jīng)不可忽視，占地表很大比重，尤其是在人群密集的工業(yè)區(qū)、城市、村落，因此建議把人工填埋物作為一個(gè)獨(dú)立的地表基質(zhì)類型劃分出來。當(dāng)人工填土厚度大于1 m時(shí)，單獨(dú)在地表基質(zhì)剖面圖頂部畫出人工填土層的厚度，在平面圖上用人工填土符號(hào)表示。

2.2 地表基質(zhì)綜合調(diào)查內(nèi)容

地表基質(zhì)綜合調(diào)查包括調(diào)查、監(jiān)測、評(píng)價(jià)、區(qū)劃等內(nèi)容。重點(diǎn)是以地球多圈層相互作用為主線，調(diào)查監(jiān)測圈層之間相互作用的有聯(lián)系的那些關(guān)鍵指標(biāo)。在調(diào)查之前，需要根據(jù)地貌、氣候、地質(zhì)等對(duì)調(diào)查地域進(jìn)行分區(qū)，根據(jù)地表基質(zhì)在地球表層的分布特征，可分為基巖裸露區(qū)、半裸露區(qū)和風(fēng)化殼區(qū)，平原盆地（含高原）第四紀(jì)沉積區(qū)、人工填土堆積區(qū)（建筑覆蓋區(qū)、垃圾場等）和水域等。

2.2.1 地表基質(zhì)調(diào)查

重點(diǎn)開展地表基質(zhì)層的垂向結(jié)構(gòu)（母巖-母質(zhì)-土壤-植被中的類型、質(zhì)地、含水率、有機(jī)質(zhì)含量等）、地表地形地貌（山地-山前過渡帶-階地-平原-湖沼）及其物質(zhì)運(yùn)移方式（河流、湖泊、風(fēng)力、地下水、包氣帶水等的下滲、蒸發(fā)、淀積等物質(zhì)搬運(yùn)表現(xiàn)）、地表基質(zhì)的本底特征和理化性質(zhì)、土地開發(fā)利用情況和土地、生態(tài)保護(hù)現(xiàn)狀等調(diào)查，同時(shí)還要兼顧巖石的礦物組成對(duì)表生地質(zhì)作用的影響調(diào)查，如花崗巖區(qū)與砂巖區(qū)植被不一樣，原因是母巖對(duì)土壤性質(zhì)的控制作用及對(duì)資源環(huán)境稟賦的影響有差異。

在承德地表基質(zhì)調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，山區(qū)和平原區(qū)地表基質(zhì)調(diào)查的側(cè)重點(diǎn)有所不同。由于山區(qū)的山坡上主要為基巖風(fēng)化殼和殘坡積物，且河谷區(qū)第四系沉積物面積較小，因此，從支撐服務(wù)植被群落的角度，主要調(diào)查風(fēng)化殼和殘坡積物厚度、沙礫混雜程度指標(biāo)；而平原區(qū)（高原區(qū)）的土壤母質(zhì)主要為第四系沖洪積物或風(fēng)成沉積物，且主要服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，需著重調(diào)查地表基質(zhì)的成因（風(fēng)成沙或黃土、河流階地或?yàn)┩浚?、厚度、有機(jī)質(zhì)、容重等指標(biāo)。

2.2.2 地表基質(zhì)監(jiān)測

重點(diǎn)是地表基質(zhì)與母巖-母質(zhì)-土壤-植被關(guān)系，監(jiān)測地表基質(zhì)不同層位厚度、溫度、地下水位、土壤含水率及有機(jī)質(zhì)等趨勢(shì)變化。監(jiān)測的具體內(nèi)容需要根據(jù)監(jiān)測目的進(jìn)行部署，比如含水率監(jiān)測是為了評(píng)價(jià)包氣帶水的來源和遷移方式，晝夜地溫變化監(jiān)測是為了評(píng)價(jià)包氣帶水的凝結(jié)貢獻(xiàn)、冰川凍土地溫監(jiān)測是為了計(jì)算消融量等。

2.2.3 地表基質(zhì)評(píng)價(jià)

開展地表基質(zhì)的宜林則林、宜草則草、宜耕則耕、宜荒則荒等地質(zhì)生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)，重點(diǎn)評(píng)價(jià)風(fēng)化殼、鹽堿地、沙地、裸地等對(duì)生態(tài)和農(nóng)業(yè)的綜合潛力和宜林、宜草、宜耕、宜荒的地表基質(zhì)類型。

2.2.4 地表基質(zhì)區(qū)劃

在氣候-地貌分區(qū)基礎(chǔ)上，開展地表基質(zhì)區(qū)劃。根據(jù)地表基質(zhì)成因類型編制等厚線圖、地表基質(zhì)層與地表覆蓋層耦合關(guān)系圖、地表基質(zhì)區(qū)劃圖等。

2.3 地表基質(zhì)調(diào)查分層

在查清地表基質(zhì)區(qū)域尺度基巖風(fēng)化殼、風(fēng)成沉積物、水成沉積物平面異質(zhì)性的基礎(chǔ)上，利用野外露頭觀測，剖面測量（橫向和垂向），物探、工程地質(zhì)鉆探（背包鉆）、微動(dòng)、探槽等山地工程，土壤、水等物理參數(shù)快速監(jiān)測、古環(huán)境古地理演化代用指標(biāo)及年代學(xué)樣品采集測試等手段，對(duì)巖石與第四系沉積物的厚度進(jìn)行分層，進(jìn)而部署相應(yīng)的調(diào)查手段和調(diào)查任務(wù)。根據(jù)地表基質(zhì)垂向支撐的內(nèi)容不同，分為生產(chǎn)層、生態(tài)層和生活層。

2.3.1 生產(chǎn)層

調(diào)查深度一般為0～1 m，最深為2 m，主要支撐農(nóng)作物種植和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。調(diào)查深度確定為1 m的理由是一般農(nóng)作物根系的深度在1 m以內(nèi)（主要集中在20～30 cm），少數(shù)作物最大根系深度可達(dá)2 m（如玉米）。這一層主要是耕地的土壤層或耕作層，也是土壤微生物的主要活動(dòng)層位，由于主要支撐糧食生產(chǎn)，故命名為生產(chǎn)層。建議同一種土壤類型單元部署一個(gè)控制性調(diào)查點(diǎn)，因?yàn)檫@一層與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，從糧食安全的角度出發(fā)，需要開展常規(guī)定期監(jiān)測，強(qiáng)化管控。

2.3.2 生態(tài)層

調(diào)查深度一般為0～5 m，最深為20 m，主要服務(wù)植被群落科學(xué)綠化。調(diào)查深度確定為20 m以淺的理由是大多數(shù)植被的根系最大深度為20 m，如西北地區(qū)民勤盆地的沙棗樹。這一層是地下水與林草濕等植被群落的物質(zhì)和能量交換層位，主要支撐植被群落生長和演替，故命名為生態(tài)層。建議同一類地層單元部署一個(gè)地質(zhì)鉆孔或露頭剖面，調(diào)查精度相對(duì)較低，需要開展長期觀測，提高地質(zhì)與生態(tài)制約的認(rèn)知水平。

2.3.3 生活層

調(diào)查深度為0～50 m，主要支撐城市規(guī)劃建設(shè)。調(diào)查深度確定的理由是目前城市空間向下開發(fā)的深度一般約50 m。這一層主要是人類利用地下空間生產(chǎn)生活的層位，如城市地鐵或建筑地下空間，故命名為生活層。生活層是地表基質(zhì)層形成演化、沙土液化、滑坡松散堆積物等研究（年代學(xué)、沉積古環(huán)境、三維立體模型）的主要層位，需要在典型微地貌區(qū)部署垂向鉆探或橫向地質(zhì)剖面，通過精細(xì)探測，獲取三維立體剖面結(jié)構(gòu)，解析地表深部50 m以淺地質(zhì)演化信息，揭示自然資源賦存的地質(zhì)背景和表生地質(zhì)作用過程。

3 柴白河流域地表基質(zhì)填圖

3.1 柴白河流域地質(zhì)概況

筆者以承德市的柴白河流域?yàn)槔?，研究野外地表基質(zhì)調(diào)查的深度。柴白河流域位于承德盆地南緣，流域面積為481.98 km2。出露地層主要為中元古代薊縣群的霧迷山組和少量長城群高于莊組的泥晶白云巖、砂質(zhì)白云巖、粉晶白云巖等，分布于柴白河流域的南部地區(qū)；侏羅紀(jì)后城組第二、三巖性段的砂巖、粉砂夾泥巖、透鏡狀礫巖，分布于柴白河流域東北部地區(qū)；侏羅紀(jì)張家口組的流紋質(zhì)火山碎屑巖，分布于柴白河流域北部地區(qū)，呈斷層接觸關(guān)系，巖漿巖主要為侏羅紀(jì)中細(xì)粒二長花崗巖，分布于柴白河流域西北部地區(qū)。

3.2 地表基質(zhì)填圖單元厚度確定

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，山體坡向（陰坡或陽坡）、坡度、海拔等因素控制地表殘坡積層的厚度，而后者的覆蓋深度又與植被發(fā)育程度密切相關(guān)。

通過分析在該流域獲取的104組不同巖石殘積物和坡積物厚度與植被數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)殘坡積層厚度總體是陽坡小于陰坡，且坡度越大，殘坡積層厚度越小。殘坡積層厚度越小，植物發(fā)育程度就越差，如陽坡的殘積層區(qū)，植被類型主要為矮小的灌木，且灌木高度大多小于1 m；而在陰坡的殘積層區(qū)，由于殘積層厚度較陽坡大，植被發(fā)育雖然也為灌木，但高度可達(dá)1.5 m。

在陽坡的坡積層區(qū)，坡積層厚度相對(duì)較厚，植被類型中灌木和喬木均勻分布，且灌木和喬木分布比例相當(dāng)；但在陰坡的坡積層區(qū)，坡積層厚度相對(duì)更厚，植被主要以喬木為主。筆者在砂巖、白云巖、花崗巖、片麻巖及泥頁巖等5種不同的巖石風(fēng)化后的殘積物和坡積物區(qū)域內(nèi)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)殘、坡積層的厚度在各個(gè)巖性之間存在細(xì)小差別，但總體趨勢(shì)與前面總結(jié)的規(guī)律一致，即殘積層的厚度總體小于20 cm，天然植被主要為草本和灌木；而坡積層的厚度普遍大于20 cm，植被類型以喬木為主（圖2）。因此，這里筆者以殘、坡積層的厚度20 cm為界線進(jìn)行填圖單元?jiǎng)澐郑瑥闹沃脖坏慕嵌瘸霭l(fā)，<20 cm的殘積物（風(fēng)化殼）以母巖巖石類型命名為基巖填圖單元，而≥20 cm的區(qū)域作為第四系沉積類型（坡積物）的地表基質(zhì)填圖單元。

圖2 柴白河流域殘坡積物平均厚度統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 Statistical histogram of the average thickness of the eluvium and deluvium deposits in the Chaibai River basin

3.3 地表基質(zhì)填圖單元?jiǎng)澐?/h3>

根據(jù)前面的地表基質(zhì)三級(jí)分類理論，綜合巖性組合特征，對(duì)出露較少的地質(zhì)單元進(jìn)行合并，在承德市柴白河流域地區(qū)劃分了砂礫巖類基巖、白云巖類基巖、流紋巖類基巖、花崗巖類基巖、粗安巖類基巖、片麻巖類基巖、砂礫巖類坡積沙礫、流紋巖類坡積沙礫、花崗巖類坡積沙礫、粗安巖類坡積沙礫、白云巖類坡積沙礫、片麻巖類坡積沙礫、砂礫巖類殘積粗礫、白云巖類殘積粗礫、流紋巖類殘積粗礫、花崗巖類殘積粗礫、粗安巖類殘積粗礫、片麻巖類殘積粗礫、沖洪積粗礫、沖洪積沙、風(fēng)積粉沙、沖洪積黏土等22個(gè)地表基質(zhì)三級(jí)類填圖單元（圖3）。

圖3 承德柴白河流域地表基質(zhì)三級(jí)填圖單元Fig.3 Third-level mapping unit of ground substrate in the Chaibai River Basin of Chengde

這里說明一下，文中將第四系的沉積物命名為沙，由于各種巖石的風(fēng)化殼及殘坡積物均為第四系沉積物，故統(tǒng)一為沙。

4 壩上高原地表基質(zhì)調(diào)查支撐科學(xué)綠化與生態(tài)修復(fù)實(shí)踐

4.1 支撐塞罕壩地區(qū)植樹造林優(yōu)化布局

2019——2021年，筆者在位于河北北部的張家口——承德（張承）壩上高原地區(qū)開展地表基質(zhì)調(diào)查，結(jié)果顯示塞罕壩地區(qū)地表基質(zhì)類型主要是玄武巖、花崗巖、風(fēng)積物和河湖沉積物，其他類型還有凝灰?guī)r、安山巖、流紋巖等。目前的人工林主要種植于風(fēng)積物和玄武巖基質(zhì)區(qū)。

風(fēng)積物基質(zhì)區(qū)：因地下水位埋深較深（一般大于10 m），土壤養(yǎng)分含量較低，人工種植喬木林后，灌木和草本因水分和養(yǎng)分不足出現(xiàn)植被群落結(jié)構(gòu)單一現(xiàn)象。

玄武巖基質(zhì)區(qū)：調(diào)查發(fā)現(xiàn)玄武巖基質(zhì)區(qū)表層土壤厚度為0.1～0.3 m，風(fēng)化殼厚度為0.5～1.0 m，土壤中N和K元素含量較高。致密塊狀玄武巖垂向柱狀節(jié)理裂隙發(fā)育，可為落葉松等淺根喬木樹種根系生長提供物理空間和水分通道；蜂窩狀和杏仁狀玄武巖保水性較好，適宜樟子松、白樺等深根喬木樹種生長，在山坡上種植的喬木生物多樣性較好（圖4）。

圖4 張承壩上高原典型地表基質(zhì)與植被生長約束Fig.4 Typical ground substrate and vegetation growth constraints in the Bashang Plateau of Zhangjiakou——Chengde

花崗巖基質(zhì)區(qū)：土壤層厚0.2～0.5 m，風(fēng)化殼層厚1.0～2.0 m，土壤中N和K元素含量較高，巖石保水性較好，適宜樟子松、榆樹等以深根為主的喬木生長，也可作為周邊擴(kuò)大造林規(guī)劃的區(qū)域。適宜的花崗巖基質(zhì)區(qū)主要分布在塞罕壩地區(qū)中部、豐寧縣大灘鎮(zhèn)和外溝門鄉(xiāng)等地。

因此，周邊擴(kuò)大造林宜優(yōu)先規(guī)劃在玄武巖基質(zhì)區(qū)，重點(diǎn)推廣針闊混交林，并增加蒙古櫟、白樺和榆等鄉(xiāng)土樹種。適宜的玄武巖基質(zhì)區(qū)主要分布在塞罕壩地區(qū)中部、豐寧縣大灘——魚兒山鎮(zhèn)一帶和草原鄉(xiāng)、圍場縣御道口牧場及御道口鎮(zhèn)等地。

4.2 支撐壩上高原狼毒草防治

對(duì)壩上高原御道口牧場區(qū)42 處狼毒草分布區(qū)進(jìn)行樣方調(diào)查，測量株數(shù)、株高等，發(fā)現(xiàn)9處為密集斑塊類型，6處為稀疏斑點(diǎn)類型，27處為零散點(diǎn)狀類型。其中“風(fēng)積+水積”類二元地質(zhì)結(jié)構(gòu)單元更易出現(xiàn)狼毒草，在河湖相+薄層風(fēng)積沙土壤結(jié)構(gòu)單元內(nèi)狼毒草空間展布呈面狀和帶狀密集分布（圖5）；在沙地區(qū)域內(nèi)和河道兩側(cè)及低洼區(qū)域內(nèi)呈零散點(diǎn)狀分布。由于二元結(jié)構(gòu)單元對(duì)水分、養(yǎng)分的供給能力較強(qiáng)，利于狼毒草產(chǎn)生“肥島”。密集斑塊狀型地表基質(zhì)層中 N、P、K、Ca、Mg、S 等元素含量明顯高于狼毒草零散點(diǎn)狀區(qū)，且粒度組分以沙為主，水土條件優(yōu)良，“肥島”效應(yīng)顯著，利于狼毒根系對(duì)表層至深層土壤的利用效率，產(chǎn)生較多的根系沉淀，而根系活動(dòng)能維持“肥島”的功能和發(fā)育，狼毒和“肥島”相互促進(jìn)有利于狼毒種群的大面積擴(kuò)張。相反，沙地區(qū)和低洼區(qū)水土條件差異顯著，不利于“肥島”效應(yīng)發(fā)生，延緩狼毒草的擴(kuò)散。

圖5 御道口牧場區(qū)不同地表基質(zhì)層垂向結(jié)構(gòu)與植被約束特征Fig.5 Constraint characteristics of vertical structure of different ground substrates on vegetation in the Yudaokou pasture area

5 結(jié)論與建議

（1）地表基質(zhì)調(diào)查，需要從地質(zhì)本身出發(fā)，將地表基質(zhì)與自然資源和生態(tài)環(huán)境緊密聯(lián)系，查清其自然性質(zhì)及其可能的表現(xiàn)行為。

（2）同一氣候條件下，不同地表基質(zhì)類型對(duì)植被類型及其組合有明顯影響，地表基質(zhì)異質(zhì)性直接影響著植被的類型和空間展布格局。

（3）地表基質(zhì)的三級(jí)分類可在物質(zhì)組成、成因類型、地貌形態(tài)基礎(chǔ)上，巖石以成因類型+地貌形態(tài)+粒級(jí)等進(jìn)行命名，第四系松散沉積物以成因類型（地貌形態(tài)）+粒級(jí)（質(zhì)地）等進(jìn)行命名。

（4）地表基質(zhì)綜合調(diào)查包括調(diào)查、監(jiān)測、評(píng)價(jià)、區(qū)劃等內(nèi)容，根據(jù)地表基質(zhì)垂向支撐的內(nèi)容不同，可分為生產(chǎn)層、生態(tài)層和生活層。

由于土壤是氣候、植被和地表基質(zhì)相互綜合作用的產(chǎn)物，地表基質(zhì)多樣性一定程度上決定了土壤多樣性，而土壤多樣性又影響著植物多樣性[22]，故建議后續(xù)在地表基質(zhì)調(diào)查過程中增加地表基質(zhì)異質(zhì)性（或多樣性調(diào)查），也建議在目前正在開展的土壤“三普”中將土壤多樣性與地表基質(zhì)多樣性結(jié)合起來進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)查。