服务生态文明的生态地质调查工作方法浅析——以地表基质调查为例

服务生态文明是新时期赋予地质调查工作的新使命,广义上相关调查工作都可称之为生态地质调查。由于处于初期摸索阶段,缺少成熟的技术规范支撑,生态地质相关调查工作内容不是十分清晰。因此,梳理相关概念的内涵、厘清工作思路、明确调查内容对于实现任务目标具有重要的意义。笔者以表生地质过程对地表生态发育的制约作用为线索,从地球系统科学的角度探讨生态地质调查的任务与目标,并提出生态地质学属于“地质+”范畴。基于陆地生态系统不同地质-地貌单元的表生地质过程,以地表基质调查为例,从剥蚀区到沉积区将陆地生态系统划分为浅山-丘陵区、河流-湖泊-湿地区、平原-盆地区。根据不同调查单元的表生地质特征,分别阐述相关调查内容、调查手段及布署原则。在此基础上,探讨地表基质调查的成果表达方式与应用,以期为其他相关生态地质调查工作提供借鉴和参考。     

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...     

桂林会仙岩溶湿地水位动态特征及水文生态效应

会仙湿地是我国最大的岩溶湿地,具有重要的生态环境功能。近年来湿地面积萎缩、退化趋势显著,生态环境逐步恶化。从湿地水文过程的角度,基于野外定点监测数据,运用统计学方法研究了会仙湿地年季水位分布特征及其对降水的响应过程,分析了湿地内地下水与地表水的转换关系,并进一步讨论了湿地水位波动对生态环境的影响。结果表明：会仙湿地地表、地下水位存在显著的空间差异性,两者均对降水响应迅速,多峰多谷特征显著。湿地中部地表水位较边缘区稳定,各区地表水域相互贯通;地下水位变化受地势、降水、岩溶发育及第四系厚度等因素影响,表现出与地表水相似的变化特征,但其水位变幅自补给到排泄区逐渐降低。区内地表、地下水转换频繁、水力联系紧密,湿地地下水常年以一稳定强度补给地表水,是会仙湿地重要的补给水源。Pearson相关性分析表明,湿地地表水位与水体电导率呈显著负相关（R=-0.780 8）,水位下降期间水体营养盐浓度增高,可能诱发水体富营养化;而湿地地下水位与浅层土壤含水量的相关性不显著,对湿地生境的扰动较小。     

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

<正>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。     

地表基质三级分类方案探讨

地表基质是支撑林草水等地表覆盖层的基础物质,影响着陆表生态系统的稳定性。自然资源部提出地表基质分类方案（试行）后,众多学者开展了积极、有益探索,对地表基质类型划分提出了不同建设性意见,但至今尚未形成统一、具体的三级分类方案。以北京市昌平区南口镇地表基质调查工作为基础,结合国内不同地区地表基质调查试点工作,探讨了山区和平原两种地貌类型区地表基质三级分类指标,确定了三级分类方案。山区包括岩石、砾质、土质3种基质,平原包括砾质、土质2种基质。岩石基质共23个三级类,分别为岩浆岩6个、沉积岩11个、变质岩6个;砾质基质共16个三级类,其中巨砾、粗砾、中砾及细砾各4个;土质基质共66个三级类,其中粗骨土和砂土各3个（山区与平原相同）,山区壤土与平原壤土各27个。     

地表基质分类及调查初步研究

地表基质分类研究是开展地表基质调查的基础,而厘清地表基质的科学内涵、时空展布特征、支撑服务目标及调查精度等是开展调查的前提条件。文章充分借鉴区域地质、水文地质、工程地质、第四纪地质、环境地质等学科分类和图件表达方式,综合岩石、砾石、沙、土壤等的物质组成、成因类型、地貌形态和粒度质地等,初步将地表基质的类型划分为四个层级,并提出了地表基质层的物质组成、成因属性和研究深度范围,指出了未来开展地表基质调查和编图的主要方向,结果为地表基质统一分类体系构建和全国范围开展的地表基质调查提供了参考依据。     

重要生态功能区土壤化学元素的空间分布模式——以大兴安岭松岭区为例

大兴安岭森林带是我国“两屏三带”生态安全战略格局中的重要一环,其北段松岭区目前是生态地质调查的空白区,查明区内土壤中的元素含量以及空间分布模式,可以为该区生态保护与修复提供基础支撑。以松岭区表层土壤和深层土壤为研究对象,利用多目标区域地球化学采样及分析方法,探讨了各元素指标的地球化学特征及分布模式。研究区土壤的元素分布模式有以下特征: 全C、N、P、S在表层土壤中显著富集; K₂O、CaO、Na₂O、SiO₂在表层土壤中明显贫化; F、Cl、Br、I在表层土壤中高值区的分布受深层土壤影响,同时Br和I在表层土壤中的富集与有机质关系密切; 内梅罗综合指数显示As、Cd、Hg、Ni、Pb、Zn等重金属元素在土壤中轻微超标。     

大兴安岭东坡新林林区冻土变化特征

大兴安岭处于欧亚大陆多年冻土带南缘, 其多年冻土形成、 发展和保存更多受制于植被、 水分等局地因子的影响。采用钻探、 探地雷达和冻土温度长期监测等手段研究发现, 放牧活动会影响大兴安岭东坡新林林区活动层厚度, 放牧活动比较强烈的地段, 活动层可达2.5 m, 放牧区边缘至未放牧区域, 活动层缩减至1.5 m。塔头2013年11月2.0 m处的地温仍然在0 ℃以上（0.04 ℃）, 当放牧行为终止及加漠公路改道后, 2.0 m处的温度开始逐渐恢复, 温度由-0.12 ℃降到-0.69 ℃, 1.5 m处的温度则由0.17 ℃降到-0.42 ℃, 2018年底塔头的活动层厚度已经小于1.5 m。从地表植被类型上看, 松树林、 塔头和灌丛的活动层多年平均厚度分别为0.8 m、 1.3 m和0.7 m, 近地表0.5 m处的年平均地温为0.07 ℃、 0.52 ℃和0.22 ℃, 年变化深度处（11 m）的年均温度为-1.34 ℃, -0.98 ℃和-2.19 ℃。从地温曲线类型上看, 灌丛下的多年冻土比较稳定, 地温曲线属于正梯度型。松树林和塔头下的冻土温度比较复杂, 松树林地温曲线为偏负梯度型-零梯度型-偏正梯度型, 塔头为负梯度型-扭曲型。在地表植被类型和人类活动的共同影响下, 研究区多年冻土经历了地表干扰开始退化、 干扰消除不再退化以及慢慢恢复的过程。     

东北黑土区近半世纪土地利用变化时空特征分析

东北黑土区作为世界四大黑土区之一,分布着肥沃、珍稀的黑土资源,它的保护和利用历来备受关注。土地利用/覆盖变化影响生态系统的结构、功能和健康,对实现土地资源的可持续利用具有重要意义。本文选取1970年、1995年、2010年和2020年四期土地利用/覆盖数据,应用土地利用转移矩阵、综合动态度、空间变化模型等方法分析东北黑土区近半世纪以来的土地利用变化时空特征,发现:①近半世纪以来东北黑土区建设用地、耕地及草地面积总体增加,湿地、林地及未利用地面积总体降低,地类变化主要集中于三江平原、松嫩平原西北部及西辽河平原地区;②各地类变化均以交变量占主导优势,存在大量空间位置转移;③土地利用程度呈逐年小幅增长的趋势,但仍低于全国水平,土地开发利用的潜力巨大。未来,应进一步研究东北黑土区土地利用变化时空特征、机制及其对生态环境、生态服务功能、碳收支平衡的影响,优化国土空间布局,实现“把黑土地用好养好”。     

天山山区降水量的空间分布及其估算方法

利用天山山区及周边31个国家基本站1998～2008年期间的逐月降水资料结合TRMM卫星月平均降水资料,使用卫星结合雨量计的降水估算方法,得到天山山区逐月降水空间分布,并运用交叉检验方法对降水估算精度评估,Nash-Sutcliffe效率系数在0.5以上,相关系数高达0.9以上。结果表明,TRMM卫星对西北山区的降水活动有一定的探测能力,能够较好的反映天山山区降水时空变化特征,为山区降水数据稀缺条件下的降水空间分布估算提供方法,为相关的水文、气象等研究提供数据支持。     

大兴安岭湿地多年冻土区活动层水热特征分析

大兴安岭北部是我国唯一的中高纬度多年冻土区,其水热特征分析对陆气能量交换、生态系统和气候变化等研究有重要意义。基于2011—2020年期间对大兴安岭森林生态站附近的湿地多年冻土开展的气温和0~2 m地温和土壤含水量数据,对大兴安岭湿地多年冻土活动层的水热特征进行了分析。结果表明：湿地多年冻土活动层内地温的变幅随深度减小,且具有滞后性。融化期地表温度高于深层地温,冻结期相反。2012年、2013年、2019年和2020年的平均融化速率分别为0.49、0.61、0.47和0.56 cm·d^-1,向上平均冻结速率分别为1.34、2.12、2.58和1.65 cm·d^-1。向下平均冻结速率分别为1.69、1.02、3.32和1.00 cm·d^-1,最大融化深度分别为78.73、85.65、66.22和74.94 cm。2012年5月—2013年5月期间,土壤未冻水含量随地温变化的拟合关系较好,相关系数大于0.90,且深层拟合效果优于表层。融化期土壤水分变化幅度大,与地温的相关性差,随深度增加相关性减弱。湿地充足的水分为多年冻土的双向冻结提供了条件。研究成果可为大兴安岭湿地多年冻土区的冻融循环、水热耦合机理和模拟研究提供数据基础和理论依据。     

平行于水平面表面渗流对生态边坡中客土稳定性影响研究

设定平行于水平面表面渗流情况下客土破坏模式为一条沿平面网上表面的平行于原边坡坡面的直线滑动面。根据此破坏模式,采用无限坡模型进行客土的稳定性分析,推导出有地震、平行于水平面表面渗流作用下的客土稳定厚度的通式。通过对通式中参数取值的讨论,给出了各种情况下的客土稳定设计图表。利用平行于水平面表面渗流和平行于坡面表面渗流情况下的客土稳定设计图表,进行了两种情况下客土稳定性的对比。结果表明,客土失稳厚度相同时,平行于水平面表面渗流比平行于坡面表面渗流时的客土稳定性显著降低,且客土失稳厚度越小,客土稳定性的降低更为显著。     

沙丘表面沙土密度分布特征及其成因

沙土是存在于干旱、半干旱地区的一种特殊性土,其岩土工程性质与风沙环境紧密相关。沙丘表面沙土物质成分均一,比重一致,但密度的离散性很大。观测表明,新月形沙丘迎风坡密度较大,但中部存在一个低密度区,落沙坡密度最小,接近该类沙丘沙样的最小干密度。线性沙丘上,则是沙丘脊部沙土的密度最大,接近该类沙丘沙样最大干密度,两腰部密度较小。沙丘表面沙土密度分布特征与风沙流结构和沙丘表面压力关系极为密切。     

表面渗流对生态边坡中客土稳定性影响研究

讨论表面渗流对生态边坡中客土稳定性的影响,设计并进行了同一种客土的无渗流和表面渗流情况下的稳定性试验。表面渗流情况下客土的破坏模式与无渗流情况下相同,即一条沿平面网上表面的平行于原边坡坡面的直线滑动面。利用表面渗流情况下的客土稳定性试验结果,验证了杨俊杰等提出的客土稳定设计图表的适用性。试验结果和理论分析均表明,渗流使客土的稳定性显著降低。     

建三江地区土壤氮磷生态化学计量空间异质性特征及其影响因素分析

土壤全氮(TN)、全磷(TP)及氮磷比(N/P)是衡量土壤肥力和土壤质量的重要指标,研究其空间异质性特征对土壤养分管理以及生态环境监测等政策的制订具有重要意义。本文通过土样采集和室内实验分析,结合地统计分析及地理信息系统(GIS)等方法,对建三江地区表层(0~20 cm)土壤中的氮、磷生态化学计量空间变异及影响因素进行研究。结果表明:土壤全氮、全磷以及氮磷比的均值分别为2.49×10-3、0.81×10-3和3.20。土壤全氮和氮磷比空间自相关性很强,而土壤全磷空间自相关性处于中等程度,且均符合指数模型。从空间分布来看,土壤全氮高值区主要呈斑块零星分散在东部、南部和西北地区,而低值区主要在西北和中西部地区零星分布;土壤全磷高值区主要分布在东部和西北地区,中部地区则为低值地区;土壤氮磷比分布则呈镶嵌状,高值区以斑块状分散于中部、南部和东北部地区,而低值区主要位于西北地区。研究区土壤类型、第四系类型和土地利用类型是影响土壤氮、磷生态化学计量特征的重要结构性和随机性因素,而土壤母质和地貌类型则对土壤氮、磷生态化学计量特征影响不大。     

福建南安市石井—东田地区土壤厚度空间分布特征及主要影响因素

在福建省南安市石井—东田地区开展了土壤垂向剖面野外地质调查,根据调查结果制作了南安市石井—东田地区土壤厚度空间分布图,探讨了该区土壤厚度空间分布特征及主要影响因素。石井—东田地区土壤厚度背景值以20 cm和15 cm的土壤层为主,其次为土壤厚度背景值为35 cm和10 cm的土壤层。福建沿海地区土壤厚度空间变异的主要影响因素为土壤成因和地面坡度。沉积环境越稳定、人为或自然干扰因素越小的区域,土壤层越厚;土壤厚度与地面坡度呈负相关,地面坡度越陡,土壤层越薄。