地质调查支撑服务福建生态文明试验区理论与方法探索

陈国光,湛 龙,刘红樱,张 景,张 洁,张晓东,张定源,陈进全,侯晓龙,牛晓楠,王 冲

(1.中国地质调查局南京地质调查中心,江苏 南京 210016;2.福建省地质调查研究院,福建 福州 3500132;3.福建农林大学,福建 福州 350002)

在地貌和水系上,福建省是一个相对独立的自然区,背山面海,北、西、南三面陆域省界基本是沿海拔1 000 m以上的山地分水岭[1]。西面和北面山脉对西北方向冷气流有明显阻滞作用,是我国重要的生态屏障。此外,福建省是我国最早开展生态文明建设的省份之一,十三五期间设区城市空气优良天数占98.8%,主要流域优良水质占97.9%,水质综合合格率为99.9%,森林覆盖率为66.8%[2]。随着城市化进程和社会经济的快速发展,福建省面临以下资源环境问题:人地矛盾日益加剧,国土空间格局有待进一步优化;水土流失、湿地退化、环境污染等生态系统问题较突出;自然资源合理配置与科学开发利用效率有待提高;都市区地上、地下空间统筹利用效率有待进一步提升。为了充分发挥地质调查工作基础性、先行性作用,2019年中国地质调查局启动了“福建生态文明试验区综合地质调查工程”,通过开展资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价、生态地质调查和生态系统修复试点示范、都市区城市地质调查及海岸带综合地质调查,支撑服务国土空间规划与用途管制、生态保护修复及城市地下空间利用,探索形成服务生态文明建设的地球系统科学解决方案,为新时代地质工作转型升级提供相关经验。

1 福建省地理概况

福建省位于我国东南沿海地区,山脉、盆地、河口三角洲、海湾是主要的地貌类型。鹫峰山、戴云山和博平岭构成闽中山脉,闽、赣两省沿线形成了武夷山脉,两山脉之间形成了一系列低地[3],由于受NE向、NW向断裂多期次活动影响,两大山脉向低地延伸多条支脉,形成一连串的红层盆地和第四系山间盆地(浦城盆地、建阳盆地、三明盆地、龙岩盆地)。闽中山脉东侧主要受NW向构造和现代河流沉积作用控制,形成了一系列三角洲沉积和海湾(闽江三角洲、闽南三角洲、泉州湾)。

2 长汀县岩性-风化壳-土壤与水土流失规律

福建长汀是中国南方亚热带红壤丘陵土壤侵蚀典型区,受地理环境、气候和人类活动影响,历史上区内水土流失、山体滑坡较严重[4]。目前,该区水土流失已逐步扭转[5],形成了生态林草复合治理模式、地表草被合理覆盖模式、生态果园复合循环模式、农业综合开发治理模式及典型流域综合治理模式[6]。但是,长汀县水土流失治理仍面临挑战[7],以地球系统观点探索水土流失成因规律,从地质的角度提出解决方案十分迫切。地质条件控制地表物质成分和地形地貌,对水土流失产生影响[8],区域地质构造使地形隆升,对水土流失具有重要影响,局部地区裂隙、节理、劈理和片理纵横切割,使岩石破碎,其透水性增加、风化作用相对增强,岩石抗蚀性能降低,造成水土流失。岩石由于风化类型、抗风化能力及风化物质等差异,造成不同岩性水土流失程度不同。岩性与构造共同作用,引起不同地质体水土流失发育阶段、侵蚀速度、侵蚀强度、风化壳-土壤分布规律具有较大差异[8]。长汀县水土流失率最高的岩石主要为晚侏罗世花岗岩、早侏罗世—中侏罗世碎屑岩和白垩纪红层,其水土流失率分别为15.56%、9.08%和8.58%,三者占长汀水土流失面积的68.7%,每一类岩性表现不同的水土流失规律。

2.1 中粒花岗岩分布区风化壳-土壤与水土流失规律

中粒花岗岩风化层发育最厚,风化层松散、透水性强、抗蚀力弱,同等条件下是侵蚀最快的地质体。不同地形部位风化壳-土壤与水土流失具有规律性:山顶和上坡地形相对较缓,局部残坡积层之上分布腐殖质层,以面蚀荒漠化和细沟侵蚀为主;中坡相对较陡,分布全风化花岗岩,以阶梯沟状侵蚀和深沟侵蚀为主;下坡残坡积层相对发育,但崩岗强烈;坡脚土壤层相对发育,分布腐殖质层(淋溶层)、淀积层土壤,有利于植物生长。与中细粒花岗岩相比,中(粗)粒花岗岩风化壳结构更松散,以砂砾质为主,中(粗)粒花岗岩崩岗数量更多,且侵蚀深度大。区内沿NE向、NNE向、NW向断裂发育的岩体,节理密集,在4 m2地表分布不同方向的节理数达30～40条,水土流失较强烈,顶、坡、底水土流失差异更明显。

2.2 细粒花岗岩分布区风化壳-土壤与水土流失规律

细粒花岗岩抗风化能力强,残积层不发育,侵蚀速度相对较慢、侵蚀强度中等,水土流失以面蚀和细沟侵蚀为主。山顶和上坡地形相对较陡,主要为强风化层,以面蚀和细沟侵蚀为主;中坡分布中等风化层,以面蚀为主;下坡以全风化层和残积层为主。

2.3 早侏罗世—中侏罗世碎屑岩风化壳-土壤与水土流失规律

早侏罗世—中侏罗世碎屑岩抗风化能力较强,风化程度相对较低。碎屑岩侵蚀主要发育在山脊,为裸露的强风化基岩或薄的残积层,残积层以长英质中砂和细砂为主,黏土质含量低,植被覆盖率极低或植被已被破坏,水土流失以坡面径流侵蚀为主。碎屑岩山坡发育较厚土壤层,植被发育。

2.4 白垩纪红层风化壳-土壤与水土流失规律

长汀白垩纪红层为一套河湖相沉积的红色细碎屑岩,石英、岩屑、长石等含量较高，且胶结物为钙质、泥质,以红层小盆地出露，表现为红层丘陵地貌，加上地质构造作用，其抗风化能力弱。白垩纪红层风化壳-土壤及水土流失与地形地貌、岩性、地层结构及断裂等相关。泥岩与砂砾岩互层分布区,以细沟侵蚀、阶梯沟状侵蚀为主,侵蚀速度快、侵蚀剧烈;含砾砂岩或砂砾岩分布区,以面蚀为主,侵蚀速度中等、侵蚀相对较弱;泥质页岩分布区,侵蚀速度、强度与地形地貌、层理产状相关。白垩纪红层山脊是裸露的含砾砂岩、砂砾岩或薄层残积层,岩性不同,基岩风化程度不同。山坡为泥质页岩、泥岩与砂砾岩互层,土壤层较薄;山坡低洼处和山脚分布较厚的土壤,土壤结构相对完整。

3 流域水土流失风险全视角评价

流域治理是我国生态文明建设的重点,水土流失是我国最严峻的小流域问题,迫切需要探索出具有普遍适用性的小流域治理路径[9]。小流域治理需要在流域水土流失规律研究的基础上,提出有效的解决途径。在长汀朱溪河、罗地河开展以森林生态系统、湿地生态系统、农田生态系统为单元的流域水土流失风险评价(图1),分析小流域水土流失规律。朱溪河和罗地河属汀江一级支流,属于山地性河流,总体呈树枝状、格子状展布。朱溪河全长14.4 km,平均坡降1.2‰,小流域面积43.9 km2,包括河田镇晨光、明光、朱溪、南塘,南山镇大田和谢屋等行政村,有游坊、晨光、红畲和南塘4条主要支流,水系以SW向径流与NNW向主流作直角相交或斜交汇合。罗地河全长15.9 km,平均坡降1.0‰,小流域面积44.01 km2,包括露湖、伯湖、罗地和南塘4个行政村,有迳哩、沙田尾、露湖、伯公前、伯湖和罗地6条主要支流,水系以NW向-NNW向径流与EW向主流作直角相交或斜交汇合。小流域上游为中侏罗世碎屑岩,中下游为早白垩世含斑中细粒正长花岗岩,是长汀水土流失最为严重的区域。

图1 朱溪河—罗地河小流域范围(a)及微流域水系与地质背景(b)图

3.1 山地森林生态系统水土流失风险评价

朱溪河、罗地河小流域总面积91.294 km2,林地生态系统面积62.973 km2,占流域面积的68.98%。区内曾是长汀水土流失最严重的地区,经过多年治理,水土流已大幅减少,但林地生态系统仍存在水土流失及其相关的生态风险。为全面评价水土流失风险,选择水土流失面积与强度、植物多样性、土壤涵养功能、土壤肥力等指标进行评价,发现2019年该区水土流失面积11.43 km2,水土流失率为15.88%,其中水土流失强烈区、极强烈区和剧烈区面积分别为2.15 km2、0.45 km2和0.10 km2(图2)。

图2 小流域生态系统分区图(a)和林地生态系统水土流失状况图(b)(2019年)

将流域划分成若干个面积为1 km2的公里网。格据不同地质背景、不同坡向确定每个公里网格3个调查样地,共86个样地。每个调查样地选择10 m×10 m的样方,测定不同树种胸径、树高、冠幅、密度、频度、林分郁闭度。在样方内设置5个1 m×1 m小样方测定林下植被种类、数量、高度、密度、频度。

利用物种多样性Shannon-Wiener指数[10-11]进行评价,公式为

(1)

式中:S为样地中物种总数目,N为样地中所有物种重要值之和,Ni为第i个物种的重要值,Pi=Ni/N为第i个物种的相对重要值。

Shannon-Wiener指数显示,罗地河流域物种多样性相对较高(图3)。漳平组中段碎屑岩Shannon-Wiener指数为0.53,晚侏罗世似斑状中粒正长花岗岩区Shannon-Wiener指数为0.25,物种多样性相对较低。

利用土壤含水量表征土壤涵养功能特征。流域内表层土含水率为14.00%～29.82%,小流域土壤(风化壳)主要受岩性控制,晚侏罗世花岗岩区表层土含水率相对较低,漳平组中段碎屑岩表层土含水率相对较高,中游汇水盆地分布区含水率相对较高(图3)。

图3 小流域植被物种多样性指数(a)和0～10 cm土层土壤含水率空间变化(b)图

利用有机质、N、P、K、Zn、Mo、Mn和土壤通气度等表征土壤肥力状况,区内丘陵区养分以缺乏为主(图4),尤其是上游流域养分缺乏更明显。

图4 林地土壤(风化壳)养分分级图

通过流域水土流失风险评价,认为区内水土流失治理虽然取得明显成效,但大部分地区仍存在生物多样性指数偏低、水涵养功能较弱、土壤肥力较弱等风险,林地生态系统依然脆弱。

3.2 农田生态系统水土流失风险评价

朱溪河、河罗地河小流域农田生态系统面积14.322 km2,占流域面积的15.69%。以往区内由于经受严重的水土流失,造成了“河比田高”。本文以土壤砂泥比[12-14]表征土壤砂化情况,调查发现水土流失造成了农田生态系统存在严重的沙化现象,砂泥比>1.0的重度沙化和严重沙化占比达35.71%(图5)。在空间分布上,农田土地沙化程度由上游向下游逐渐降低,河流交汇区土地沙化程度较低。

图5 农田生态系统土地沙化和肥力分级图

以土壤有机质、N、P[15-16]表征水土流失造成的土壤养分流失情况,区内农田生态系统有机质、N、P等分布与砂化具有相似的分布特征。

通过流域农田生态系统水土流失风险评价,发现区内水土流失造成了严重的农田生态系统沙化,农田生态系统养分明显偏低与流失。农田生态系统存在水土流失引起的土壤沙化显性风险,还存在土壤养分流失的隐性风险。

3.3 河流湿地生态系统水土流失风险评价

长汀朱溪河、罗地河小流域河流湿地生态系统面积2.25 km2,主要由河道和水库组成,水土流失造成河流湿地生态系统淤积和底泥重金属污染风险。

以淤积厚度[17]表征河流湿地生态系统风险,区内淤积厚度为2.5～56.0 cm,淤积程度以中度-重度为主,两者占河流湿地生态系统面积的81.58%(图6(a)),无-轻度淤积仅占5.70%,表明水土流失造成了河道淤积,尤其是上游水库是淤积的严重地区。

图6 河流湿地淤积分级图(a)和污染风险管控图(b)

以Cd、Pb、As、Hg等重金属表征河流湿地生态系统污染风险,参照长江、黄河、辽河、松花江、海河、淮河和珠江中国七大水系沉积物重金属质量基准值[18]以及《GB15618—2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》[19],朱溪河、罗地河小流域河流湿地需关注铅高含量引起的生态风险(图6(b)),安全利用类湿地主要分布在罗地河中下游罗地村和伯湖村微流域,其成因需进一步研究。

3.4 水土流失修复效果评价

选择土壤结构及肥力指标(土壤容重、土壤最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度、总孔隙度、DOC、DON、速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、全钙、全镁、土壤pH值),植被生长及多样性指标(马尾松树高、马尾松胸径、马尾松冠幅、草本层物种丰富度、草本层Shanno-Wiener指数、草本层Pielou均匀度指数、灌木层物种丰富度、灌木层Shanno-Wiener指数、灌木层Pielou均匀度指数等)进行因子分析,公式为

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

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

(2)

式中:Y为综合得分;F1—F6为主成分因子。主成分因子F1(土壤理化性质)、F2(植被生长)、F3(植被多样性)、F4(林内土壤温湿度)、F5(林内空气温湿度)和F6(水源涵养功能)及对应的相对贡献率分别为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 不同套种模式林分生态恢复主因子及其生态功能提升综合评价得分

评价结果显示,马尾松及套种马褂木模式(综合得分123.5)>无患子模式(综合得分122.5)>深山含笑模式(综合得分120.11)>油桐模式(综合得分119.67)>枫香模式(综合得分119.64)>山杜英模式(综合得分117.29)>马尾松纯林(综合得分112.65),套种阔叶树有利于马尾松林生态功能的提升,对马尾松林下土壤、植被恢复、林内小气候以及水源涵养功能的恢复效果最优。调查发现,区内马尾松纯林相对较多,存在修复效果不理想的问题。

3.5 水土流失量监测评价

对朱溪河、罗地河流域不同郁闭度(0.2、0.4、0.6和0.8)的48个径流小区连续11个月水土流失监测获得的528个监测结果进行分析,发现泥沙流失量随径流量增加而增大(图7)。朱溪河、罗地河流域的径流量和径流深在11个观测月中的变化规律基本一致, 2019年10月—2020年3月总体为上升趋势, 2020年3月取得最大值,2020年3—6月为先降后升再降趋势,2020年6—9月总体为上升趋势。泥沙流失量仍与径流量密切相关,局部月份仍然较大。

图7 不同郁闭度径流小区泥沙流失量与径流量散点图

对74个样方中的每个样方设置10根侵蚀针,通过侵蚀针获得土壤侵蚀深度,发现侵蚀针年平均裸露长0.12 cm,年平均土壤侵蚀量142.23 t/(km2·a),年最大土壤侵蚀量529.33 t/(km2·a),经过长期治理,流域内水土流失已得到改善,但仍存在个别区域水土流失严重的问题。

3.6 生态风险综合评价

参照前人资料[10-26]和本次朱溪河、罗地河小流域综合调查成果,结合小流域自然资源和生态地质环境条件及生态现状,确定11个二级因子[20],建立了小流域生态风险评价层次结构模型。遵循综合分析与主导因素相结合和可持续发展的原则,采用两步评判法评价小流域生态风险等级。

(1)评价因子分级标准及分值。依据生态风险对自然资源和生态地质环境条件要求,小流域生态风险评价体系选择9个B级因子下的11个C级因子进行分级和赋值[10-23](表2)。

表2 水土流失生态风险评价因子分级标准、分值及权重统计结果

(2)评价因子的权重值确定。依据各因子的重要性,将各评价因子穷尽成对比矩阵输入计算机,由公式(3)计算各因子的权值W(表1)。

(3)

式中:W为评价因子权重值;j为第j个重要性判断;n为重要性判断个数;i为第i个评价因子;m为评价因子个数;Vij为i为评价因子j重要性判断向量值。

(3)生态风险等级划分。采用综合指数法,进行小流域生态风险评价,从生态地学角度,划分出风险等级。公式为

(4)

式中:P为各因子的综合分值,Wi为i因子的权重,Pi为i因子的分值。

根据P≤3、39划分为Ⅰ级(无风险)、Ⅱ级(弱风险)、Ⅲ级(低风险)、Ⅳ级(中风险)和Ⅴ级(高风险)。

(4)评价结果。小流域无-低生态风险区面积32.574 km2,主要分布于小流域下游丘陵林地和农田区;高-中风险区面积35.371 km2,主要分布于小流域上游低山林地和村镇周边,其中高风险区面积11.708 km2,主要分布于朱溪河小流域红畲、晨光村和游坊村微流域以及朱溪村(河田工业园区)周边(图8)。小流域水土流失区、河库淤积区和农田土地沙化区具有相互邻近和集中分布的特点,水土流失严重区的下游沟谷水库淤积和沟谷两侧农田沙化明显加重。

图8 小流域生态风险等级综合评价分区图

4 海陆统筹生态健康评价

海岸带是人类活动与自然作用交互最强烈的地区,随着海岸带城镇化程度的提高,重大工程和基础设施建设加快,海岸带地质环境问题更突出[27],导致了岸线侵蚀、滨海湿地和岸线退化、河口生态恶化、沿海污染、近岸海域地质灾害隐患等问题。在生态文明理念下,生态系统健康研究已成为地球系统科学、生态学研究的重要内容。健康的生态系统应具有良好的自我维持和恢复能力,对人类健康和社会经济发展具有支持和推动作用[28]。海岸带生态系统是由陆地及海洋环境和人类活动相互作用形成的复合生态系统[29]。在这个复杂的系统中,应以地质成因规律为主线开展关键要素分析,达到海陆统筹生态健康评价的目的。

4.1 海岸带侵蚀与防护林统筹评价

福建省海岸线总长5 217.27 km,沙(砾)质海岸长约479.52 km,占全省岸线的9.19%。砂质海岸是侵蚀最严重的海岸类型,目前有57%的砂质海岸处于侵蚀状态[30]。沙质岸线除易受侵蚀外,在波浪、潮汐、风暴潮影响下,风砂顺着平原地带对农田和农作物、公路、居民生活的生态环境造成严重影响。修筑海堤和种植防护林是防御海岸侵蚀的主要手段[31]。沙质岸线的侵蚀与沿海防护林分布的不完整、不连续性是海岸带生态系统的重要问题之一。针对砂质岸线防护林不连续、破碎化、边界后退、人为破坏等现象进行评价,可有效划定海岸带侵蚀重点治理区。福建沙质岸线防护林应加强修复保护,如莆田市平海镇东川村—保营村东部沙质岸段15年内防护林退化(图9),沙侵作用不断增强,造成土地明显沙化。

图9 莆田市平海镇东川村—保营村沙质岸段防护林退化与沙侵对比图

4.2 海湾淤积与水土流失统筹评价

半封闭的溺谷河口海湾,泥沙来源丰富,水动力条件较弱,滩面宽阔平缓,组成物质较细,具有有利的沉积环境,容易造成淤积。诏安湾、东山湾、旧镇湾、厦门湾、同安湾、安海港、泉州湾、兴化湾、福清湾、闽江口、罗源湾、湄洲湾、福宁湾均存在不同程度的淤积。罗源湾淤积较严重,1988年罗源湾内泥滩淤积面积52.63 km2, 至2018年新增淤积面积达14.04 km2。罗源湾淤积与流域内上游水土流失作用相关(图10),流域内水土流失面积50.68 km2,其中强烈流失区面积为10.08 km2,极强烈流失区面积为6.94 km2,剧烈流失区面积为1.43 km2。罗源湾淤积治理要与水土流失治理相结合,做到山海一体化评价与修复。

图10 罗源湾水土流失与淤积分布图

4.3 海岸带冲淤与工程建设统筹评价

沿海重大工程威胁着海岸生态环境,填海工程改变了海水的运动特性,降低了沿海水动力条件,引起泥沙冲淤迁移规律的变化,造成岸线淤积与侵蚀加剧。在福建沿海分布的硬式护岸工程、码头与防波堤工程、人工岛工程等具有不同的侵淤特征。硬式护岸工程陆源补给造成护岸前海滩整体下蚀或下游岸线侵蚀后退,人工护岸堤阻断了正常的泥沙交换在湾内形成淤积。码头与防波堤工程下游岸段由于缺少泥沙补给,岸线侵蚀后退,上游岸段由于渔港其他构筑物的阻挡而发生淤积,海滩形态发生改变(图11)。人工岛由于岛体大小、离岸距离及相对位置不同,造成不同的侵蚀与淤积。人工岛阻断淤泥带入外海,淤积可形成连岛沙坝。

图11 湄洲岛西南部人工码头修筑导致的侵蚀和淤积

5 地质调查支撑国土间开发适宜性评价

国土空间开发适宜性指在维系生态系统健康和国土安全的前提下,综合考虑资源环境要素条件,特定国土空间进行农业生产、城镇开发建设等人类活动的适宜程度[32]。国土空间资源环境要素须抓住国土空间资源、环境和灾害3个要素[33]。在福建国土空间适宜性评价中,从地球系统观点出发,突出岩石圈、土壤圈、生物圈资源与环境特征评价,促进适宜性评价更加科学。

5.1 水土流失地质规律应用于农业生产适宜性评价

在宁化县生态地质调查中,发现白垩纪红层与水土流失关系密切,宁化红层为早白垩世沙县组泥岩、泥质粉砂岩、砂砾岩，构造节理较发育，裸露和半裸露区占20%以上，泥岩、粉砂岩表面风化裂隙密布，易造成水土流失。在红层区农业生产适宜区评价中,将农业生产不适宜区的地形坡度下浮至15°,保障农业生产。

5.2 土地质量地球化学调查成果应用于农业生产适宜区评价

福建省土地质量地球化学调查系统获取了有机质、氮、磷、钾、铜、铅、锌、镉等54项指标,划定了富硒土壤分布区和主要重金属污染区。识别农业适宜性区和不适宜区的重要因素是农产品安全、优质和有利农业种植。在农业适宜性评价中,当空间单元的土壤有机质含量≤10 g/kg时不利于农业种植,划定为不适宜区;当空间单元土壤中污染物含量大于风险管制值时不利于农产品安全,划定为不适宜区。在农业资源潜力区核算中,尽可能将优质土地用于农业生产,推进特色农业与高效农业发展。在福建省、市、县农业资源潜力区核算中,根据福建具有较大面积的富硒富锌土地分布,且富硒富锌特色产业开发已进入良性发展的特点,在农业生产潜力初判区和城镇建设潜力初判区存在较大的重叠区域,将富硒富锌土地划定为农业生产潜力区。

5.3 地质安全评价应用于城镇建设适宜性评价

城镇建设适宜性评价在生态保护极重要区以外的区域,优选考虑环境安全、粮食安全和地质安全等底线要求,识别城镇建设不适宜区[33]。福建省级层次地质灾害危险性评价要素包括断层、工程地质岩组、坡向、坡形、起伏度、坡度等6个因子。在考虑区域地质灾害孕灾背景的基础上,南平市地质灾害危险性评价选择地层岩性、坡向、坡度、瞬时降雨量、持续强降雨量、土地利用类型等6个地质灾害易发性指数进行评价。在地质灾害现状调查、地质灾害成因模式分析的基础上,建阳新区选择地形坡度、土体厚度、坡向-地层产状一致性、岩性建造、植被类型等5个主要指标开展地质灾害危险性评价。地震危险性评价主要在福建沿海地区活动性断裂分析的基础上开展。

5.4 城镇建设适宜性区优势度评价

城镇建设适宜性区在保证建设、运行安全底线的要求下确定,但在安全底线下如何选择最优方案,需进一步分析资源环境要素,开展适宜性区优势度评价。在福建城镇建设缓坡地建设适宜性区优势度评价中,采用平整土地过程中的工程量、工程难易程度、耕地破坏状况、应急水源保障等进行综合评价。以山体为单元,计算开挖土石方体积,确定开挖工程方量评价指标。通过工程地质调查,确定山体风化和基岩类型,以各风化层和基岩体积与岩土饱和单轴抗压强度值乘积,确定工程难易程度指标。以侵蚀阶地为评价单元,计算现有耕地与阶地面积比作为耕地破坏程度的指标。以小流域为单元开展水文地质调查,估算应急地下水资源量,确定应急水源保障供给条件指标。

6 自然资源地表基质调查探索

地表基质是地球表层孕育和支撑森林、草原、水、湿地等自然资源的基础物质[34]。地表基质调查主要查清岩石、砾石、沙、土壤等类型、理化性质及地质景观属性,同时地表基质成果信息可应用服务于自然资源质量、生态评价、资源环境承载能力和国土空间适宜性评价。在福建省宁化县开展了地表基质层调查试点,形成了多要素地表基质层调查方法。

6.1 地表基质分布状况调查

地表基质分布状况调查包括地表岩石、砾石、沙、土壤赋存环境及其分布特征,主要调查地形地貌特征和分布现状。地形地貌特征调查包括地形坡度、地貌类型、沉积阶地等基质环境条件,以地形坡度图和地貌类型图表达。基质分布现状调查包括划定岩石裸露区、半裸露区、砾石、沙分布区、土壤分布区、水系分布状况,以地表基质分类图表达。

6.2 岩石性质调查

岩石性质调查以1∶5万区域地质调查成果为基础,在岩浆岩、沉积岩、变质岩划分的基础上,以岩石建造为单元进一步划分岩石类型,以岩石建造图表达。对自然资源质量具有控制作用的岩石性质要素在不同区域有所不同,宁化县主要选择与水土流失、与富硒土地、与地质灾害发育有关的特殊岩性进行划分,以特殊岩石建造分布图表达。

6.3 土壤性质调查

土壤性质调查包括土壤类型、土壤化学特征、土壤物理特征、土壤结构特征。土壤类型主要调查土壤分类特征、成土母质类型,以土壤分类图、成土母质图表达;土壤化学特征主要调查土壤地球化学元素分布特征,以土壤肥力图、土壤环境质量图、特色土地分布图表达;土壤物理性质重点调查土壤粒级分布,以土壤质地图表达;土壤结构特征重点调查土壤厚度及其剖面构型,以土壤厚度图和土壤构型剖面表达。

6.4 地表基质综合分类调查

根据岩石与土壤分布、理化性质、成因条件调查结果,依据岩石出露与岩石建造,以国际制土壤质地分级标准开展地表基质类型分类方案(表3),并编制地表基质分布图(图12)。

表3 地表基质类型分类

图12 宁化县地表基质分布图

7 结论

(1)岩石类型对水土流失速度与强度具有控制作用,与地形共同控制风化壳和土壤分布,地质构造对水土流失具有重要影响。

(2)水土流失区存在泥沙流失与肥力流失的双重风险。森林生态系统、湿地生态系统、农田生态系统水土流失引起的风险不同,应针对性选择指标进行水土流失风险评价。森林生态系统风险评价指标应包括水土流失强度、生物多样性、水土保持功能、土壤肥力;湿地生态系统风险评价指标应包括淤积与重金属污染;农田生态系统风险评价指标应包括土地沙化与土壤肥力。

(3)海岸带侵蚀与淤积受海与陆、人为与自然因素控制。海陆生态健康风险需统筹各因素进行一体化评价;海岸带侵蚀与防护林、海湾淤积与水土流失、海岸带冲淤与工程建设综合分析是海陆统筹评价的重点。

(4)地质背景对地表资源环境具有重要影响。引入地质与土地质量地球化学指标,逐级深化地质安全风险评价指标对提升不同级次国土空间适宜性评价的精准性具有重要意义。引入资源环境要素在适宜性区开展优势度评价,对在安全底线下选择最优的利用方式具有重要作用。

(5)地表基质调查既是自然资源的基础物质调查,又是为自然资源质量、生态评价提供参数的调查。地表基质调查包含地表基质分布状况、岩石性质、土壤性质等,岩石性质反映岩石类型、构造特征及其对自然资源质量具有控制作用的相关要素,土壤性质反映土壤类型、土壤物理化学及结构特征。