地表基質(zhì)：連接生態(tài)與資源的橋梁

地表基質(zhì)是中國科學家提出的自然資源領域新概念。本書闡明了地表基質(zhì)和地表基質(zhì)層的科學內(nèi)涵，并從支撐植被生態(tài)科學綠化和耕地保護等方面進行了應用示范。全書共11章，內(nèi)容涉及地表基質(zhì)分類與編圖、地表基質(zhì)層構(gòu)型及深度劃分、地表基質(zhì)的理化與微生物性質(zhì)、地表基質(zhì)異質(zhì)性對植被生態(tài)約束過程研究、地表基質(zhì)調(diào)查成果支撐耕地保護與生態(tài)修復等方面。

欣聞殷志強博士等撰寫的《地表基質(zhì)的概念內(nèi)涵及示范應用研究》一書即將付梓，我深感欣慰并樂于為之作序。作為地球表層支撐自然資源賦存、生態(tài)系統(tǒng)演替和人類活動的基礎物質(zhì)載體，地表基質(zhì)（層）這一創(chuàng)新概念于2020年由我國研究人員首次提出并闡釋，其系統(tǒng)性的理論框架構(gòu)建與實踐探索標志著我國在深化認識地球表層系統(tǒng)、服務生態(tài)文明建設和農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展方面邁出了堅實而重要的一步。

殷志強博士以高度的學術敏銳性和強烈的實踐導向，牽頭開展此項具有開創(chuàng)意義的研究，實屬難能可貴。書中數(shù)據(jù)翔實、分析嚴謹、建議務實，是我國地表基質(zhì)基礎理論研究與應用示范方面的一項重要成果，不僅填補了地表基質(zhì)理論框架研究空白，還精心選取了北方關鍵生態(tài)功能區(qū)、東北黑土區(qū)、南方高沙土區(qū)等六大典型區(qū)域，開展了深入細致的示范應用研究，為國土空間生態(tài)保護修復和耕地保護等提供了精準的“地質(zhì)處方”，彰顯了地表基質(zhì)調(diào)查的巨大應用潛力。

相信本書出版，必將有力推動地表基質(zhì)這一中國原創(chuàng)概念的廣泛認知與應用，為構(gòu)建統(tǒng)一的自然資源調(diào)查監(jiān)測體系、服務國家糧食安全和生態(tài)安全等提供重要的科學支撐。期待未來有更多專家學者和管理人員關注地表基質(zhì)調(diào)查研究，不斷深化理論認知，拓展應用場景，共同書寫服務美麗中國建設的新篇章。

中國科學院院士

2025年8月

研究背景

自然資源部組建后，為了落實“統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產(chǎn)所有者職責，統(tǒng)一行使所有國土空間用途管制和生態(tài)保護修復”職責，經(jīng)過地質(zhì)、水文、土壤、林草、測繪、海洋等領域的科學家深入研討，綜合考慮土壤層、立地條件（立地層）、包氣帶、地球關鍵帶等相關學科術語，提出了地表基質(zhì)（ground substrate）和地表基質(zhì)層（layer of ground substrate）的概念，構(gòu)建了由管理層、地表覆蓋層、地表基質(zhì)層和地下資源層組成的自然資源立體時空模型框架，為各類自然資源數(shù)據(jù)的空間組織提供了基本遵循，但對地表基質(zhì)和地表基質(zhì)層的科學內(nèi)涵和基本屬性特征并沒有進行深入闡釋。

近年來，關于地表基質(zhì)的概念內(nèi)涵、類型劃分、調(diào)查監(jiān)測指標體系及支撐服務植被生態(tài)和耕地保護案例等，進行了許多有益探索。多數(shù)研究者認為應將表層地球與上覆植被生態(tài)和下伏地下水等傳統(tǒng)上相對獨立的研究領域聯(lián)系起來開展研究。一些研究者發(fā)現(xiàn)，表層巖土物質(zhì)（即地表基質(zhì)層）是聯(lián)系上層植被和下層地下水補給的關鍵區(qū)域，不同類型巖土物質(zhì)的粒度組分、持水性、元素成分、孔隙結(jié)構(gòu)、分層結(jié)構(gòu)、厚度變化相差懸殊，導致適宜生長的植被類型、蓋度及生長狀況等存在明顯差異；同一地區(qū)相似微地貌環(huán)境下植物群落的差異，主要因地表基質(zhì)異質(zhì)性所造成，即不同的地表基質(zhì)類型可以具有不同的生態(tài)服務功能；喬木林在干旱環(huán)境下，僅僅依靠大氣降水和土壤水是無法支撐其生長的，還需要利用風化殼、巖石的裂隙水和地下水。過去由于對表層巖土體（地表基質(zhì)層）的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦物元素成分、成因等性質(zhì)的差異性未能很好地定量刻畫，生態(tài)重建過程中常常出現(xiàn)人工林與地表基質(zhì)不匹配的錯位問題，山區(qū)土地整治和高標準農(nóng)田建設也出現(xiàn)過典型失敗案例。

在地表基質(zhì)調(diào)查方面，中國地質(zhì)調(diào)查局組織完成了東北地區(qū)83個黑土保護重點縣的1︰25萬地表基質(zhì)調(diào)查，同時在燕山-壩上高原過渡帶、西北黃土區(qū)、南方丘陵風化殼區(qū)和高沙土區(qū)等地開展了1︰25萬～1︰5萬調(diào)查試點，探索了地表基質(zhì)調(diào)查支撐服務耕地保護和生態(tài)重建的技術方法，取得了初步階段成果；河北、江蘇、廣東等省也在積極推進典型地區(qū)的試點工作。

總體來說，由于地表基質(zhì)概念提出時間短，有關術語定義、屬性特征指標及其分類分級、調(diào)查研究的目的和主要內(nèi)容等尚未達成共識，目前處于百家爭鳴狀態(tài)。本專著是在中國地質(zhì)調(diào)查局地表基質(zhì)調(diào)查項目、國家自然科學基金委重點項目以及科技部新疆第三次科學考察項目等支持下，通過實踐基礎上的深入思考，借鑒地學領域相關學科理論的構(gòu)建模式，對地表基質(zhì)和地表基質(zhì)層的科學內(nèi)涵及其與相關學科術語的關系、地表基質(zhì)分類、地表基質(zhì)層構(gòu)型、地表基質(zhì)的物理、化學（理化）性質(zhì)等進行了較為系統(tǒng)的總結(jié)提升，同時將多個項目的實踐成果作為支撐服務生態(tài)修復和耕地保護的典型案例進行詳細剖析。

主要研究內(nèi)容

本書研究內(nèi)容主要分為兩大部分。

第一部分為理論研究部分，包含第1～4章。重點闡述了地表基質(zhì)與地表基質(zhì)層的概念、科學內(nèi)涵和調(diào)查評價總體思路，具體包括地表基質(zhì)分類與地表基質(zhì)層構(gòu)型研究、地表基質(zhì)編圖、地表基質(zhì)的理化和微生物性質(zhì)研究、地表基質(zhì)調(diào)查評價總體思路等內(nèi)容。

第二部分為地表基質(zhì)調(diào)查研究成果示范應用部分，包含第5～11章。其中，第5～7章為支撐服務國土空間科學綠化部分，包括河北承德燕山山地-壩上高原、陜北黃土沙漠過渡區(qū)地表基質(zhì)異質(zhì)性對植被生態(tài)約束過程研究，壩上高原如意河流域林水關系和碳分布特征研究，黃土高原南緣韓城地區(qū)地表基質(zhì)與植被耦合關系研究等。第8～10章為地表基質(zhì)支撐耕地保護部分，包括支撐服務東北地區(qū)海倫黑土地保護、江蘇泰興高沙土區(qū)耕地保護與國土空間優(yōu)化、云南干熱河谷區(qū)特色農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展等。第11章為地表基質(zhì)調(diào)查和探測技術方法示范應用部分。

創(chuàng)新點

（1）本書豐富和完善了地表基質(zhì)術語定義及其科學內(nèi)涵，厘定了地表基質(zhì)層與土壤層、立地條件、包氣帶和地球關鍵帶等相關學科術語的關系。依據(jù)地表基質(zhì)的生態(tài)服務功能和物質(zhì)類型、成因類型、特征理化性質(zhì)，提出了地表基質(zhì)的5類3級分類方案。

（2）基于地下變溫帶下限深度，農(nóng)作物、植被根系最大深度，表生巖溶發(fā)育帶深度，風化殼厚度，潛水埋深和元素地球化學循環(huán)等特征因素，將地表基質(zhì)深度自上而下分為淺層、中深層、深層和超深層4層；并根據(jù)地表基質(zhì)層的功能作用和特點，將地表基質(zhì)層構(gòu)型分為單一結(jié)構(gòu)型、雙層結(jié)構(gòu)型、多層結(jié)構(gòu)型和風化殼型4種類型。

（3）提出地表基質(zhì)調(diào)查是一項新的基礎性國情國力調(diào)查，調(diào)查數(shù)據(jù)可為耕地保護、高標準農(nóng)田建設、國土整治、生態(tài)保護與修復、積極應對全球氣候變化等提供多方位科學支撐，具有廣泛的應用價值，并從支撐生態(tài)修復和耕地保護等方面提供了典型案例。

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本書可供從事地表基質(zhì)調(diào)查研究的專業(yè)技術人員使用，也可為從事地球關鍵帶、生態(tài)地質(zhì)學、環(huán)境地質(zhì)學、土壤學等相關領域?qū)＜覍W者提供借鑒，同時還是自然資源、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)農(nóng)村和林草等領域管理人員有價值的參考資料。

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本文摘自科學出版社2025年6月出版《地表基質(zhì)的概念內(nèi)涵及示范應用研究》一書，內(nèi)容有刪節(jié)。標題為編者所加。

（本文編輯：韋沁weiqin@cspm.com.cn)

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