地表基質三級分類方案探討

劉清俊　劉雨鑫　王穎　王立發　閆廣新

摘 要：地表基質是支撐林草水等地表覆蓋層的基礎物質，影響著陸表生態系統的穩定性。自然資源部提出地表基質分類方案（試行）后，眾多學者開展了積極、有益探索，對地表基質類型劃分提出了不同建設性意見，但至今尚未形成統一、具體的三級分類方案。以北京市昌平區南口鎮地表基質調查工作為基礎，結合國內不同地區地表基質調查試點工作，探討了山區和平原兩種地貌類型區地表基質三級分類指標，確定了三級分類方案。山區包括巖石、礫質、土質3種基質，平原包括礫質、土質2種基質。巖石基質共23個三級類，分別為巖漿巖6個、沉積巖11個、變質巖6個；礫質基質共16個三級類，其中巨礫、粗礫、中礫及細礫各4個；土質基質共66個三級類，其中粗骨土和砂土各3個（山區與平原相同），山區壤土與平原壤土各27個。

關鍵詞：地表基質；三級分類；山區；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，自然資源部印發《自然資源調查監測體系構建總體方案》（自然資發〔2020〕15號）（以下簡稱總體方案）（自然資源部，2020 a），明確提出開展地表基質調查工作。總體方案首次提出地表基質這一術語，并對地表基質類型進行了初步劃分；將地表基質表述為地球表層孕育和支撐森林、草原、水、濕地等各類自然資源的基礎物質，海岸線向陸一側（包括各類海島）分為巖石、礫石、沙和土壤等，海岸線向海一側按照海底基質進行細分。2020年11月，殷志強等將地表基質分為基巖和松散沉（堆）積物2個一級類并依據成因和地貌形態進行了二級和三級分類。2020年12月，自然資源部發布《地表基質分類方案（試行）》（以下簡稱分類方案）（自然資源部，2020 b），修正了總體方案中的地表基質表述和分類：地表基質為當前出露于地球陸域地表淺部或水域水體底部，主要由天然物質經自然作用形成，正在或可以孕育和支撐森林、草原、水等各類自然資源的基礎物質；地表基質分為巖石、礫質、土質、泥質4個一級類14個二級類。分類方案中三級分類僅給出了分類建議，缺乏明確具體的方案。2021年6?月，侯紅星等認為地表基質分類及命名是實施地表基質層調查的基礎和前提，并在自然資源部地表基質分類方案的基礎上提出了第5個一級類即特殊基質、將原一級類中的“礫質”改化為“砂礫”以及進行了泥質基質三級分類。可見，地表基質三級分類仍處于探索階段，缺乏系統與具體的方案，在國內地表基質調查的關鍵時期，系統性、科學性與可行性的地表基質三級分類方案對地表基質調查工作順利開展具有重要的意義。本文是在分類方案和北京市昌平區南口鎮地表基質調查工作以及國內不同地區地表基質調查試點工作的基礎上，探討了山區和平原地表基質三級分類指標選取、級別劃分和方案分類，以期為國內地表基質分類體系日趨成熟與共識統一提供參考。

1? 地表基質三級分類指標

巖石、礫質、土質及泥質分別代表了地表基質發育、發展過程的不同階段，相互之間具有密切聯系，是維系地球生態系統功能和人類生存的物質基礎。地表基質分類指標選取以各基質服務目的為導向，以能夠真實、全面揭示地表基質基本狀況為原則。

1.1? 巖石基質

巖石是地表基質衍生的物質基礎。巖石裸露地表風化為疏松的碎屑物質而形成的成土母質是土壤的物質基礎，在母質不斷地同動植物界與大氣進行物質和能量交換的過程中形成了土壤（河南省土壤普查辦公室，2004），成土母質差異是土壤分異的重要因素之一（張騰蛟等，2020），土壤性質影響種植作物類型，因此選擇與土壤的數量（厚度）、質量相關的巖石特征參數作為巖石基質三級分類指標。

巖石基質分為巖漿巖基質、沉積巖基質、變質巖基質3個二級類。巖石基質巖性與主要礦物組成、風化產物有密切關系，不同風化產物對土壤肥力性狀及土層薄厚影響不同，硅質巖石風化物與鈣質巖石風化物形成的土層厚度薄、肥力低，長石質巖石風化物與鐵鎂質巖石風化物形成的土層厚、肥力好（孫向陽，2021）。巖石基質均具有一定的形成時代，其反映了特定的內外形成環境（成因）；因此選取巖性、主要礦物組成、風化物及成因作為巖石基質三級分類指標（表1）。

1.2? 礫質

礫質是巖石發育的產物。指地表巖石經風化、搬運、沉積作用而成，顆粒粒徑≥2 mm者，且體積含量≥75%的巖石碎屑物、礦物碎屑物或二者的混合物。礫質基質分為巨礫、粗礫、中礫、細礫4個二級類。礫質基質不利于植被的正常生長（張鳳榮，2021），其緩沖功能和生態環境功能也非常有限，但可根據礫質特性開發為不同用途的置石，與此用途相關的指標為礫質形態特征的圓度和形狀。綜合考慮置石的應用價值及便于基質分類管理的需要，將圓度與形狀進行概化（曹伯勛，1995），圓度概化為棱角狀（包含次棱角狀）、圓狀（包含次圓狀、圓狀及極圓狀），形狀概化為圓球體、非圓球體（包含扁球體、橢球體及長扁球體），山區與平原均采用圓度與形狀作為三級分類指標（表1）。

1.3? 土質

土質是由不同粒級的礫（體積含量<75%）、砂粒和黏粒按不同比例組成的地球表面疏松覆蓋物，在適當條件下能夠生長植物。“土質”基質作為萬物生長的生命之源，以體現如何滿足植物生長條件、緩沖功能和生態功能為主（李響等，2021）；土壤的厚度、質地、酸堿度pH、有機質含量及容重是與植被狀況（生態）有密切關系的重要因子（柴華等，2016；趙靜等，2009；吳克寧等，2019；陳嬋嬋等，2009）。分類方案將土質分為粗骨土、砂土、壤土、黏土4個二級類，土質三級分類是在二級分類基礎上選取與該基質功能密切相關的因子作為分類指標。

1.3.1? 粗骨土

粗骨土指不同級別礫體積含量介于25%至75%之間的地表疏松覆蓋物，兼具土質和礫質的雙重特征，由于含有較多的礫質，對植被生長有一定限制作用，對植被生長貢獻較大的為其間充填的砂粒、黏粒細碎屑物質。因此選用礫間充填物的質地作為分類指標，砂粒含量≥55%為粗骨砂質，黏粒含量≥35%為粗骨黏質，其他為粗骨壤質（張甘霖等，2013）。粗骨土一般位于山區與平原過渡的丘陵地區，在山區與平原的局部區域也有發育，山區與平原均采用該分類指標（表1）。

1.3.2? 砂土

砂土是根莖類作物如紅薯、花生、西瓜等適宜的土壤。砂土原生礦物以石英、長石為主，具有易耕作、適宜性強、供肥快等優點。砂土酸堿度與植被類型及植被生長狀況有密切關系，

如花生適宜的pH值為5.6～6.0、甘薯適宜的pH值為5.0～7.0、西瓜適宜的pH值為6.0～7.0，因此選擇酸堿度作為三級分類指標。自然條件下土壤的酸堿性主要受土壤鹽基狀況所支配，而土壤的鹽基狀況取決于淋溶過程和復鹽基過程的相對強度。土壤酸堿性實際上是由母質、生物、氣候以及人為作用等多種因子控制的（黃昌勇等，2012）。以現有土壤酸堿度五級分類標準為基礎（表2）、綜合考慮實際應用和管理需求，將其概化為3?級，酸性（pH<6.5）、中性（pH 6.5～<7.5）及堿性（pH≥7.5）（表1）。

1.3.3? 壤土

壤土兼有砂質土和黏質土之優點，通氣透水、保水保溫性能都較好，耐旱耐澇，抗逆性強，適種性廣，適耕期長，是較為理想的土壤，也是發育比較普遍的一類土壤。因此對壤土的三級分類需更為全面深入的研究。

1）分類指標確定依據

以北京市昌平區南口鎮山區（面積140 km²，占比70%）和平原（面積60 km²，占比30%）為例，對比分析與植被狀況（生態）有密切關系的重要因子——厚度、酸堿度、有機質含量、容重及母質，為山區和平原壤土的三級分類指標選取奠定基礎與提供依據。昌平區南口鎮山區基巖直接出露面積很小，大部分被厚度不同的土壤覆蓋，平原區第四系厚度普遍在30?m以上。南口鎮山區的這種特征在國內氣候與地貌相似區具有一定的普遍性，故在北京昌平南口鎮山區和平原壤土理化性質對比分析基礎上選取的三級分類指標，在特征相似的地區同樣適用或具有一定的借鑒性。

與平原壤土相比，山區壤土具有土層薄且不均一、容重偏低均一性較好、有機質含量高、堿性弱及母質較單一等特點（表2）。土層薄厚是氣候、地形及母質等客觀因素決定的，容重高低與土地利用方式、土壤結構以及其他人為干擾因素有關，有機質含量高低受自然因素和人為干擾因素共同影響。壤土三級分類指標選取以揭示其客觀條件，體現其以植被生長、緩沖功能和生態功能為原則，故山區壤土選擇厚度、酸堿度、有機質含量作為三級分類指標，平原壤土選擇酸堿度、有機質含量、容重作為三級分類指標。

2）分類指標分級

厚度分級以植被生長實際要求及現有分級標準為基礎。根據不同植被對土壤厚度生長要求及普遍認可的土壤厚度劃分界限（CJJ/T 82-99《城市綠化工程施工及驗收規范》），草類、地被類植物的最低土壤厚度為30?cm，大灌木類植物的最低土壤厚度為60 cm，淺根性喬木的最低土壤厚度為90 cm，綜合考慮將土壤厚度分為薄層（<30 cm）、中層（30～<60 cm）及厚層（≥60?cm）三級（表1）。

容重與有機質含量分級以現有5級分類為基礎并綜合考慮實際應用和管理需求，概化為三級，分別是疏松（<1.14 g·cm^-3）、適當（1.14～<1.26 g·cm^-3）與緊密（≥1.26 g·cm^-3），高（≥2.5%），中（1.0～<2.5%）及低（<1.0%）。酸堿度分級同前（表1）。

1.3.4? 黏土

關于黏土的相關內容在后續論文中單獨討論，本文暫不涉及。

2? 地表基質三級分類方案

2.1? 巖石基質

1）分類原則

巖石學理論體系科學性與完整性是巖石基質分類前提，方便實用與可推廣是巖石基質分類目的。巖石（體）需具有一定的規模，基質是某一類巖石或某幾類巖石組合，同一基質內的不同巖類需具有巖性、主要礦物成分、風化物和成因等有機聯系。

2）巖漿巖

巖漿巖根據SiO₂含量分為超基性巖、基性巖、中性巖及酸性巖（樂昌碩，1984；路鳳香等，2002），巖漿巖基質分類方案遵循繼承性原則并增加其他基質1種，各基質命名規則為“巖石名稱”+“基質”，則巖漿巖基質有超基性巖基質、基性巖基質、中性巖基質、酸性巖基質及其他基質共5種。

超基性巖基質、基性巖基質分別指由相應巖石形成基質，中性巖基質指鈣堿性系列閃長巖—安山巖類中性巖形成基質，酸性巖基質指酸性巖以及堿性系列正長巖—粗面巖類中性巖、過堿性系列霞石正長巖—響巖類中性巖形成基質，其他基質指煌斑巖、碳酸鹽巖及特殊巖石形成基質。

火山碎屑巖作為巖漿巖與沉積巖的一種過渡類型，單獨構成為火山碎屑巖基質，根據需要可對其進一步細分，暫列在巖漿巖基質名下。

綜上，巖漿巖基質三級分類共有6個。

3）沉積巖

沉積巖根據母巖風化產物的類型（碎屑物質及溶解物質）及其搬運沉積作用的不同（機械的和化學的），劃分為碎屑巖和化學巖及生物化學巖（姜在興，2003） 。

沉積碎屑巖分為礫巖、砂巖、粉砂巖和黏土巖，化學巖及生物化學巖分為碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物巖、硅巖及其他化學巖（鐵、錳、鋁、磷沉積巖），沉積巖基質分類方案遵循繼承性原則，各基質命名規則為“巖石名稱”+“基質”。當多種碎屑巖共生或互層時，則依據發育的碎屑巖類別組合，如黏土巖（泥巖）常與砂巖、粉砂巖共生或互層（路鳳香等，2002），則基質名稱為砂粉黏組合基質；其他化學巖基質為顯示區別可輔助添加名稱，如其他化學巖（Fe）基質，當碎屑巖與化學巖（碳酸鹽）互層時，則為砂碳酸鹽巖組合基質。沉積巖基質三級分類共有11個。

4）變質巖

變質巖根據化學組成分為5種常見變質巖（泥質變質巖、長英質變質巖、鈣質變質巖、基性變質巖、鎂質變質巖）和6種少見特殊變質巖（硅質、鋁質、鐵質、錳質、磷質及碳質變質巖）。按照繼承性以及與巖漿巖、沉積巖命名一致原則，變質巖基質三級分類共有6個。特殊變質巖基質為顯示各類型區別可添加輔助名稱，如特殊變質巖（Si）基質。

2.2? 礫質基質

在二級分類基礎上，運用顆粒形態的圓度和形狀作為三級分類指標，每個二級類各發育4種基質，則礫質基質共有16個三級類，山區與平原均適用此方案（表1）。

2.3? 土質基質

1）粗骨土

根據前述粗骨土礫間填系物質的分類標準進行粗骨土三級分類，由粗骨砂質、粗骨黏質、粗骨壤質形成的粗骨土分別是粗骨砂土，粗骨黏土及粗骨壤土，山區與平原均適用此方案。

2）砂土

根據前述酸堿度分類標準進行砂土三級分類，分別是酸性砂土、中性砂土及堿性砂土，山區與平原均適用此方案。

3）壤土

山區壤土以酸堿度、有機質含量及厚度作為三級分類指標，平原壤土以酸堿度、有機質含量及容重作為三級分類指標，各指標均分為三級，則山區壤土三級類與平原壤土三級類各有27個。

3? 結論

1）以巖性、主要礦物成分、風化物及成因作為三級分類指標，提出了巖石基質三級分類方案，巖漿巖基質可分為6個三級類（含火山碎屑巖基質）、沉積巖基質可分為11個三級類、變質巖基質可分為6個三級類。本方案適用于基巖發育的山區。

2）以圓度與形狀作為三級分類指標，提出了礫質基質三級分類方案，其中巨礫、粗礫、中礫和細礫各分為4個三級類，本方案適用于山區和平原。

3）土質三級分類方案較為復雜：粗骨土和砂土分別以礫間填系物質地和酸堿度作為分類指標，各分為3個三級類，本方案適用于山區和平原；山區壤土以有機質含量、酸堿度及厚度作為分類指標，共27個三級類；平原壤土以有機質含量、酸堿度及容重作為分類指標，共27個三級類。

需要說明的是，地表基質相關分類方案、調查方法體系及成果具體展現與應用尚在探討和完善中，本文旨在結合筆者在北京昌平地區試點基礎上的實際經驗提出的地表基質三級分類方案，可與全國范圍內地表基質分類進行對比并應用。

參考文獻曹伯勛，1995.地貌學及第四紀地質學［M］.北京：中國地質大學出版社.

柴華，何念鵬，2016.中國土壤容重特征及其對區域碳貯量估算的意義［J］.生態學報，36（3）：3903-3910.