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揭开自然资源孕育生长的奥秘

2021-04-07 10:15:49    来源: 中国自然资源报    作者:葛良胜 杨贵才

地表基质起着支撑或孕育其他相关自然资源的关键作用,是多门类自然资源之间相互作用和密切联系的纽带。当前,我国首次针对地表基质层开展的系统调查已经拉开帷幕:从4月开始,地表基质层试点调查工作将陆续在东北黑土区、黄河流域、长三角地区铺开——

地表基质,是一个跨越多门类自然资源业务体系和学科体系的新概念。自然资源部2020年1月发布的《自然资源调查监测体系构建总体方案》(以下简称《方案》),首次提出“地表基质”概念,并将地表基质层作为自然资源分层分类模型的第一层。

2020年12月,自然资源部发布的《地表基质分类方案(试行)》明确,地表基质是指当前出露于地球陆域地表浅部或水域水体底部,主要由天然物质经自然作用形成,正在或可以孕育和支撑森林、草原、水等各类自然资源的基础物质,并将地表基质分为岩石、砾质、土质、泥质4个一级类、14个二级类。由此可见,地表基质覆盖地球浅表,起着支撑或孕育其他相关自然资源的关键作用,是多门类自然资源之间相互作用和密切联系的纽带,也是地球各圈层交互作用最为频密的空间。

地表基质调查,就是针对地表基质层开展的调查工作,其目的是通过调查,查清一定区域范围内地表基质类型、基本状态、物质组成、理化性质及地表景观属性等,及时掌握不同类型地表基质时空分布、数量质量、利用状况和动态变化,研究地表基质层自身变化发展及其与其他自然资源和环境要素的相互关系和作用机理,为自然资源统一管理、国土空间整体规划和生态环境保护修复提供翔实资料支撑和信息服务。

地表基质调查是支撑服务自然资源统一管理和国土空间规划的重要基础

阅读提示 在新时代生态文明建设大背景下,面向自然资源统一管理和科学研究、国土空间统一规划和用途管制以及生态环境整体保护修复和综合治理,开展地表基质调查意义重大。

地表基质层是自然资源分层分类模型中的第一层,集复杂物质组成和多样化属性于一体。地表基质层中的基础物质,主要包括各种类型的岩土体以及赋存于其间或依附其存在的水、微生物、细菌等有机或无机组分。查明这些基础物质的存在状态和时间、空间、物理、化学属性等,具有明显的基础调查特点。

地表基质层作为森林、草、农作物等资源的生长或支撑层,其地表景观特征、自身物理化学状态及其变化,控制着相应资源的生息状态和生长趋势。比如:地表基质层作为地表水体的支撑层和地下水体或气体的赋存空间,其内部结构构造等决定了地表水体稳定性和地下水体饱和度;作为地下生物体或微生物、细菌等的生活或活动层,决定了相应生物的生境状态;作为地球关键带的重要组成部分,它与人类活动关系最密切,相互作用最频繁。可以看出,地表基质层在自然资源状态禀赋和生长演化中发挥着根、源、储、汇的作用。

地表基质层连接地下资源和地上覆盖层,由此形成了一个完整的支撑生产、生活、生态的自然资源立体空间。此外,地表基质本身也是一种自然资源,例如岩石、黏土、沙石等是重要的建材资源、陶瓷原料、装饰材料,高质量的砂矿是不可多得的非金属原料,冰川、冻土则是重要的自然生态资源。如果不对地表基质层开展系统调查,那么,对不同类型自然资源的相互作用、互馈机理及综合效应研究就难以深化,对其孕育和支撑的自然资源进行整体评估和趋势预测工作就无法开展,也必将影响和制约对地表基质层资源的管理、开发、利用和保护。

瞄准国家重大战略和重大需求,加强顶层规划和体系设计

阅读提示 我国前期开展的有关自然资源调查工作都或多或少涉及地表基质的某些方面,但针对地表基质层开展的系统调查还是首次。

长期以来,我国不同类型自然资源分属不同部门管理,调查工作也由不同部门组织实施,但或多或少都涉及地表基质层。如:林业部门在森林资源调查时,会对某些特定区域的立地情况进行评估和研究;农业部门开展的土壤普查,涉及了地表基质的某些要素;自然资源部门开展的不同比例尺区域地质调查和地球化学调查,以及水文地质、工程地质、第四纪地质等专项调查,虽然主要服务于地质找矿和地质科学研究,也不同程度涉及地表基质。特别是21世纪以来部署的1∶5万多目标地球化学调查和土地质量地球化学调查等,因服务领域从矿产勘查拓展到农业、旅游、水、城市地下空间、生态、灾害与环境等领域,涉及地表基质层的要素和属性也逐渐增多。此外,国家组织的两次全国土地调查,对地表基质层的部分信息也进行了采集,第三次全国国土调查涉及地表基质的内容更多。

虽然这些调查都涉及地表基质的某些方面,但将其独立出来,从自然资源调查监测体系的角度进行全域部署、系统开展、整体推进,还是首次。

开展地表基质调查,总体目标是全面了解和准确掌握国土空间范围内地表基质层的本底性状和基本特征,深化研究地表基质层对多门类自然资源产生、形成、发育、演化的孕育和支撑作用;着力查清自然资源生态退化、环境变化等制约因素和内在原因,以及不同类型自然资源之间相互作用和互馈机理,从而提升自然资源综合利用和国土空间规划科学化、体系化、规范化水平,为生态环境整体保护、系统修复和综合治理提供基本依据。

地表基质调查区覆盖全部陆地海洋国土空间,应按照“整体规划、体系设计、急区先调、试点先行、分阶段推进” 原则,瞄准国家重大战略、重大需求和重点工程先行开展试点,同步开展标准规范制定。全国尺度上,根据国际标准分幅或国家行政区划,组织开展1∶100万~1∶25万区域地表基质调查工作,称为“概查”;重要工程区、城市群、功能区和流域尺度上,开展1∶10万~1∶5万调查工作,称为“调查”;根据需要,可组织某些特定区域 1∶1万甚至更大比例尺的调查工作,称为“精查”。

在此基础上,构建与自然资源调查监测相配套的一体化数据平台,按照自然资源立体化时空数据模型,统一管理和使用调查数据。对地表基质调查中易于变化的动态指标,结合自然资源多要素监测观测,在全国性和区域性调查成果基础上进行必要的补充调查和更新。

查明整个国土空间地表基质的类型分布、数量质量、理化性质及其动态变化

阅读提示 地表基质调查的重点是将与地表基质层有关的调查要素和时空—物质属性结构查清楚,进而构建地表基质调查的要素—属性结构模型和指标体系。

一是查清时间结构,即组成地表基质层的地质实体和物质在地球演化过程中不同时间尺度上形成、就位和变化情况。

地表基质层最初形成和最终在地表就位时间,决定于相关区域大地构造环境演化及在相关环境中发生的地质作用类型、频率和过程。此外,也与相应地区的地理位置、气候气象及其变化相关。

地表基质层的时间属性指标,如形成的地质年代、就位时代等,可从区域地质调查资料中获取。但其变化情况,应纳入自然资源监测体系中,以相关指标的变化范围、速度、方向、强度、大小、频率等进行定性或定量描述。

二是查清空间结构,即组成地表基质层的地质实体和物质在地球表层(陆地浅表层和水体底层)空间的分布、状态和特征。

笔者建议,将地表或水底向下30米(特殊情况下可以更浅或更深)的空间作为地表基质层调查的基本范围。这是一个着眼于调查工作需要而划定的边界,而非自然物理边界,虽只是地壳浅表的极薄层,但这一范围内物质组成复杂、物质和能量交换剧烈、存在状态和结构构造多样、与人类相互作用频繁。

地表基质层空间结构的地理表观部分,属于测绘学和地形地理学内容,可直接从测绘、高精度遥感图像中读取或解译得到;而空间形态和内部结构特征,有些可以从地质调查资料中得到,有些则需要通过开展现场调查获取。

三是查清物质结构,即组成地表基质层的物质成分类型、数量、质量及其存在状态和理化性质等,这些是地表基质层调查的核心内容。

地表基质层的物质组成可划分为主体物质和附属物质两部分。主体物质是指构成地表基质主体的不同类型岩石、砾、土、泥及其混合体,及其物质成分,如矿物、元素和它们的化合物等。其中,元素种类、分布及含量等是关注重点。

附属物质中最重要的是水,既包括包气带内的吸着水、薄膜水、毛管水、气态水,以及暂时存在的重力水,也包括赋存于岩土体中的裂隙水、孔隙水和缝隙水。这些水可统称为“地表基质水”。由于水对于孕育和支撑其他自然资源具有不可替代的作用,因此,它是与主体成分同等重要的调查内容。其次是有机质、生物、微生物和细菌等。

一般情况下,地表基质层的主体物质相对稳定,随时间变化缓慢,主要由基岩岩石组成的地表基质层更是如此。但是,由砾、土等混合体组成的地表基质层,因其不断孕育和生长植被、草、农作物等,易与大气、降雨和地下上升的流体等发生物质交换,其成分及含量则较易发生变化,在受到人类活动影响或干扰的情况下更是如此。因此,加强地表基质物质成分的动态监测十分必要。

地表基质调查是一项新业务,要根据不同调查阶段的精度需要,配套不同的调查方法技术,形成体系化的技术方法组合。成果服务方面,应聚焦政府宏观决策、国家重大战略和支撑服务生态文明建设等需求,加强调查数据管理和成果集成。一方面,要面向自然资源统一管理要求,构建地表基质调查数据库。另一方面,要创新开发多样化成果产品,形成专业性、学术性、大众性、通俗性、特色性兼具的体系化成果产品体系。

相信随着工作的推进,地表基质调查将为构建自然资源调查监测体系“一张底版、一套数据、一个平台”提供基础支撑,进而助力我国自然资源管理能力和国土空间规划科学水平的持续提升。

(作者分别为中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心副主任、总工程师,中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心自然资源调查监测处高级工程师)

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