地表基质三级分类方案探讨

刘清俊　刘雨鑫　王颖　王立发　闫广新

摘 要：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。

关键词：地表基质；三级分类；山区；平原

A proposed scheme for third-level classification of ground substrate

LIU Qingjun¹， LIU Yuxin²， WANG Ying³， WANG Lifa¹， YAN Guangxin¹

（1.Beijing Institute of Ecological Geology， Beijing 100011， China；

2.Beijing Institute of Mineral Resources and Geology， Beijing 100120， China；

3.Beijing Institute of Geology， Beijing 100195， China）

Abstract： Ground substrate is the basic material supporting the ground cover layer such as forest， grass and water， and affecting the stability of land surface ecosystem. Since the Ministry of Natural Resources proposed the classification scheme of ground substrate， active and beneficial exploration on ground substrate surveys has been made and constructive suggestions on ground substrate classification has been put forward. However， a unified and specific third-level classification scheme for ground substrate has not been formed. Based on the exploration and practices of ground substrate surveys in Nankou Town， Changping District of Beijing， and combined with the pilot practices of ground substrate surveys across China， this paper discusses the third-level classification scheme of ground substrate for two kinds of geomorphologic types--mountains and plains. A detailed third-level classification system of rock， gravel and soil in mountains and of gravel and soil in plains is put forward. The results show that there are 23 types of third-level rock substrate， with 6 types， 11 types and 6 types for magmatic rock substrate， sedimentary rock substrate and metamorphic rock substrate respectively. There are 16 types of third-level gravel substrate with 4 types each for boulder， coarse gravel， medium gravel and fine gravel. There are 66 types of third-level soil substrate with 3 types each for skeleton soil and sand soil substrate both the same for mountains and plains， and 27 types of loam substrate for both mountains and plains.

Keywords： ground substrate; third-level classification scheme; mountain; plain

2020年1月，自然資源部印发《自然资源调查监测体系构建总体方案》（自然资发〔2020〕15号）（以下简称总体方案）（自然资源部，2020 a），明确提出开展地表基质调查工作。总体方案首次提出地表基质这一术语，并对地表基质类型进行了初步划分；将地表基质表述为地球表层孕育和支撑森林、草原、水、湿地等各类自然资源的基础物质，海岸线向陆一侧（包括各类海岛）分为岩石、砾石、沙和土壤等，海岸线向海一侧按照海底基质进行细分。2020年11月，殷志强等将地表基质分为基岩和松散沉（堆）积物2个一级类并依据成因和地貌形态进行了二级和三级分类。2020年12月，自然资源部发布《地表基质分类方案（试行）》（以下简称分类方案）（自然资源部，2020 b），修正了总体方案中的地表基质表述和分类：地表基质为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；地表基质分为岩石、砾质、土质、泥质4个一级类14个二级类。分类方案中三级分类仅给出了分类建议，缺乏明确具体的方案。2021年6 月，侯红星等认为地表基质分类及命名是实施地表基质层调查的基础和前提，并在自然资源部地表基质分类方案的基础上提出了第5个一级类即特殊基质、将原一级类中的“砾质”改化为“砂砾”以及进行了泥质基质三级分类。可见，地表基质三级分类仍处于探索阶段，缺乏系统与具体的方案，在国内地表基质调查的关键时期，系统性、科学性与可行性的地表基质三级分类方案对地表基质调查工作顺利开展具有重要的意义。本文是在分类方案和北京市昌平区南口镇地表基质调查工作以及国内不同地区地表基质调查试点工作的基础上，探讨了山区和平原地表基质三级分类指标选取、级别划分和方案分类，以期为国内地表基质分类体系日趋成熟与共识统一提供参考。

1  地表基质三级分类指标

岩石、砾质、土质及泥质分别代表了地表基质发育、发展过程的不同阶段，相互之间具有密切联系，是维系地球生态系统功能和人类生存的物质基础。地表基质分类指标选取以各基质服务目的为导向，以能够真实、全面揭示地表基质基本状况为原则。

1.1  岩石基质

岩石是地表基质衍生的物质基础。岩石裸露地表风化为疏松的碎屑物质而形成的成土母质是土壤的物质基础，在母质不断地同动植物界与大气进行物质和能量交换的过程中形成了土壤（河南省土壤普查办公室，2004），成土母质差异是土壤分异的重要因素之一（张腾蛟等，2020），土壤性质影响种植作物类型，因此选择与土壤的数量（厚度）、质量相关的岩石特征参数作为岩石基质三级分类指标。

岩石基质分为岩浆岩基质、沉积岩基质、变质岩基质3个二级类。岩石基质岩性与主要矿物组成、风化产物有密切关系，不同风化产物对土壤肥力性状及土层薄厚影响不同，硅质岩石风化物与钙质岩石风化物形成的土层厚度薄、肥力低，长石质岩石风化物与铁镁质岩石风化物形成的土层厚、肥力好（孙向阳，2021）。岩石基质均具有一定的形成时代，其反映了特定的内外形成环境（成因）；因此选取岩性、主要矿物组成、风化物及成因作为岩石基质三级分类指标（表1）。

1.2  砾质

砾质是岩石发育的产物。指地表岩石经风化、搬运、沉积作用而成，颗粒粒径≥2 mm者，且体积含量≥75%的岩石碎屑物、矿物碎屑物或二者的混合物。砾质基质分为巨砾、粗砾、中砾、细砾4个二级类。砾质基质不利于植被的正常生长（张凤荣，2021），其缓冲功能和生态环境功能也非常有限，但可根据砾质特性开发为不同用途的置石，与此用途相关的指标为砾质形态特征的圆度和形状。综合考虑置石的应用价值及便于基质分类管理的需要，将圆度与形状进行概化（曹伯勋，1995），圆度概化为棱角状（包含次棱角状）、圆状（包含次圆状、圆状及极圆状），形状概化为圆球体、非圆球体（包含扁球体、椭球体及长扁球体），山区与平原均采用圆度与形状作为三级分类指标（表1）。

1.3  土质

土质是由不同粒级的砾（体积含量<75%）、砂粒和黏粒按不同比例组成的地球表面疏松覆盖物，在适当条件下能够生长植物。“土质”基质作为万物生长的生命之源，以体现如何满足植物生长条件、缓冲功能和生态功能为主（李响等，2021）；土壤的厚度、质地、酸碱度pH、有机质含量及容重是与植被状况（生态）有密切关系的重要因子（柴华等，2016；赵静等，2009；吴克宁等，2019；陈婵婵等，2009）。分类方案将土质分为粗骨土、砂土、壤土、黏土4个二級类，土质三级分类是在二级分类基础上选取与该基质功能密切相关的因子作为分类指标。

1.3.1  粗骨土

粗骨土指不同级别砾体积含量介于25%至75%之间的地表疏松覆盖物，兼具土质和砾质的双重特征，由于含有较多的砾质，对植被生长有一定限制作用，对植被生长贡献较大的为其间充填的砂粒、黏粒细碎屑物质。因此选用砾间充填物的质地作为分类指标，砂粒含量≥55%为粗骨砂质，黏粒含量≥35%为粗骨黏质，其他为粗骨壤质（张甘霖等，2013）。粗骨土一般位于山区与平原过渡的丘陵地区，在山区与平原的局部区域也有发育，山区与平原均采用该分类指标（表1）。

1.3.2  砂土

砂土是根茎类作物如红薯、花生、西瓜等适宜的土壤。砂土原生矿物以石英、长石为主，具有易耕作、适宜性强、供肥快等优点。砂土酸碱度与植被类型及植被生长状况有密切关系，

如花生适宜的pH值为5.6～6.0、甘薯适宜的pH值为5.0～7.0、西瓜适宜的pH值为6.0～7.0，因此选择酸碱度作为三级分类指标。自然条件下土壤的酸碱性主要受土壤盐基状况所支配，而土壤的盐基状况取决于淋溶过程和复盐基过程的相对强度。土壤酸碱性实际上是由母质、生物、气候以及人为作用等多种因子控制的（黄昌勇等，2012）。以现有土壤酸碱度五级分类标准为基础（表2）、综合考虑实际应用和管理需求，将其概化为3 级，酸性（pH<6.5）、中性（pH 6.5～<7.5）及碱性（pH≥7.5）（表1）。

1.3.3  壤土

壤土兼有砂质土和黏质土之优点，通气透水、保水保温性能都较好，耐旱耐涝，抗逆性强，适种性广，适耕期长，是较为理想的土壤，也是发育比较普遍的一类土壤。因此对壤土的三级分类需更为全面深入的研究。

1）分类指标确定依据

以北京市昌平区南口镇山区（面积140 km²，占比70%）和平原（面积60 km²，占比30%）为例，对比分析与植被状况（生态）有密切关系的重要因子——厚度、酸碱度、有机质含量、容重及母质，为山区和平原壤土的三级分类指标选取奠定基础与提供依据。昌平区南口镇山区基岩直接出露面积很小，大部分被厚度不同的土壤覆盖，平原区第四系厚度普遍在30 m以上。南口镇山区的这种特征在国内气候与地貌相似区具有一定的普遍性，故在北京昌平南口镇山区和平原壤土理化性质对比分析基础上选取的三级分类指标，在特征相似的地区同样适用或具有一定的借鉴性。

与平原壤土相比，山区壤土具有土层薄且不均一、容重偏低均一性较好、有机质含量高、碱性弱及母质较单一等特点（表2）。土层薄厚是气候、地形及母质等客观因素决定的，容重高低与土地利用方式、土壤结构以及其他人为干扰因素有关，有机质含量高低受自然因素和人为干扰因素共同影响。壤土三级分类指标选取以揭示其客观条件，体现其以植被生长、缓冲功能和生态功能为原则，故山区壤土选择厚度、酸碱度、有机质含量作为三级分类指标，平原壤土选择酸碱度、有机质含量、容重作为三级分类指标。

2）分类指标分级

厚度分级以植被生长实际要求及现有分级标准为基础。根据不同植被对土壤厚度生长要求及普遍认可的土壤厚度划分界限（CJJ/T 82-99《城市绿化工程施工及验收规范》），草类、地被类植物的最低土壤厚度为30 cm，大灌木类植物的最低土壤厚度为60 cm，浅根性乔木的最低土壤厚度为90 cm，综合考虑将土壤厚度分为薄层（<30 cm）、中层（30～<60 cm）及厚层（≥60 cm）三级（表1）。

容重与有机质含量分级以现有5级分类为基础并综合考虑实际应用和管理需求，概化为三级，分别是疏松（<1.14 g·cm^-3）、适当（1.14～<1.26 g·cm^-3）与紧密（≥1.26 g·cm^-3），高（≥2.5%），中（1.0～<2.5%）及低（<1.0%）。酸碱度分级同前（表1）。

1.3.4  黏土

关于黏土的相关内容在后续论文中单独讨论，本文暂不涉及。

2  地表基质三级分类方案

2.1  岩石基质

1）分类原则

岩石学理论体系科学性与完整性是岩石基质分类前提，方便实用与可推广是岩石基质分类目的。岩石（体）需具有一定的规模，基质是某一类岩石或某几类岩石组合，同一基质内的不同岩类需具有岩性、主要矿物成分、风化物和成因等有机联系。

2）岩浆岩

岩浆岩根据SiO₂含量分为超基性岩、基性岩、中性岩及酸性岩（乐昌硕，1984；路凤香等，2002），岩浆岩基质分类方案遵循继承性原则并增加其他基质1种，各基质命名规则为“岩石名称”+“基质”，则岩浆岩基质有超基性岩基质、基性岩基质、中性岩基质、酸性岩基质及其他基质共5种。

超基性岩基质、基性岩基质分别指由相应岩石形成基质，中性岩基质指钙碱性系列闪长岩—安山岩类中性岩形成基质，酸性岩基质指酸性岩以及碱性系列正长岩—粗面岩类中性岩、过碱性系列霞石正长岩—响岩类中性岩形成基质，其他基质指煌斑岩、碳酸盐岩及特殊岩石形成基质。

火山碎屑岩作为岩浆岩与沉积岩的一种过渡类型，单独构成为火山碎屑岩基质，根据需要可对其进一步细分，暂列在岩浆岩基质名下。

综上，岩浆岩基质三级分类共有6个。

3）沉积岩

沉积岩根据母岩风化产物的类型（碎屑物质及溶解物质）及其搬运沉积作用的不同（机械的和化学的），划分为碎屑岩和化学岩及生物化学岩（姜在兴，2003） 。

沉积碎屑岩分为砾岩、砂岩、粉砂巖和黏土岩，化学岩及生物化学岩分为碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩、硅岩及其他化学岩（铁、锰、铝、磷沉积岩），沉积岩基质分类方案遵循继承性原则，各基质命名规则为“岩石名称”+“基质”。当多种碎屑岩共生或互层时，则依据发育的碎屑岩类别组合，如黏土岩（泥岩）常与砂岩、粉砂岩共生或互层（路凤香等，2002），则基质名称为砂粉黏组合基质；其他化学岩基质为显示区别可辅助添加名称，如其他化学岩（Fe）基质，当碎屑岩与化学岩（碳酸盐）互层时，则为砂碳酸盐岩组合基质。沉积岩基质三级分类共有11个。

4）变质岩

变质岩根据化学组成分为5种常见变质岩（泥质变质岩、长英质变质岩、钙质变质岩、基性变质岩、镁质变质岩）和6种少见特殊变质岩（硅质、铝质、铁质、锰质、磷质及碳质变质岩）。按照继承性以及与岩浆岩、沉积岩命名一致原则，变质岩基质三级分类共有6个。特殊变质岩基质为显示各类型区别可添加辅助名称，如特殊变质岩（Si）基质。

2.2  砾质基质

在二级分类基础上，运用颗粒形态的圆度和形状作为三级分类指标，每个二级类各发育4种基质，则砾质基质共有16个三级类，山区与平原均适用此方案（表1）。

2.3  土质基质

1）粗骨土

根据前述粗骨土砾间填系物质的分类标准进行粗骨土三级分类，由粗骨砂质、粗骨黏质、粗骨壤质形成的粗骨土分别是粗骨砂土，粗骨黏土及粗骨壤土，山区与平原均适用此方案。

2）砂土

根据前述酸碱度分类标准进行砂土三级分类，分别是酸性砂土、中性砂土及碱性砂土，山区与平原均适用此方案。

3）壤土

山区壤土以酸碱度、有机质含量及厚度作为三级分类指标，平原壤土以酸碱度、有机质含量及容重作为三级分类指标，各指标均分为三级，则山区壤土三级类与平原壤土三级类各有27个。

3  结论

1）以岩性、主要矿物成分、风化物及成因作为三级分类指标，提出了岩石基质三级分类方案，岩浆岩基质可分为6个三级类（含火山碎屑岩基质）、沉积岩基质可分为11个三级类、变质岩基质可分为6个三级类。本方案适用于基岩发育的山区。

2）以圆度与形状作为三级分类指标，提出了砾质基质三级分类方案，其中巨砾、粗砾、中砾和细砾各分为4个三级类，本方案适用于山区和平原。

3）土质三级分类方案较为复杂：粗骨土和砂土分别以砾间填系物质地和酸碱度作为分类指标，各分为3个三级类，本方案适用于山区和平原；山区壤土以有机质含量、酸碱度及厚度作为分类指标，共27个三级类；平原壤土以有机质含量、酸碱度及容重作为分类指标，共27个三级类。

需要说明的是，地表基质相关分类方案、调查方法体系及成果具体展现与应用尚在探讨和完善中，本文旨在结合笔者在北京昌平地区试点基础上的实际经验提出的地表基质三级分类方案，可与全国范围内地表基质分类进行对比并应用。

参考文献曹伯勋，1995.地貌学及第四纪地质学［M］.北京：中国地质大学出版社.

柴华，何念鹏，2016.中国土壤容重特征及其对区域碳贮量估算的意义［J］.生态学报，36（3）：3903-3910.