地表基质质量综合评价探索——以武汉市长江新城为例.pdf

第 卷 第 期 年 月资源环境与工程 .收稿日期:改回日期:责任编辑:肖飞资助项目:武汉市多要素城市地质调查示范项目(年度第 批)()第一作者:朱晛亭()女 工程师 硕士 水文地质学专业 从事水工环地质与生态地质研究工作 :朱晛亭罗红李煜等.地表基质质量综合评价探索:以武汉市长江新城为例.资源环境与工程():.:.():.地表基质质量综合评价探索 以武汉市长江新城为例朱晛亭 罗 红 李 煜 徐 聪 李 朋 翁茂芝 周 峰(湖北省地质调查院湖北 武汉)摘 要:地表基质是 年自然资源部首次提出的全新概念 相关学者多对其调查指标与方法进行研究但对质量综合评价少有涉及 为实现调查体系中数据定量化、地表基质质量定性化应用表达 以武汉市长江新城为研究区 开展地表基质质量综合评价体系研究 基于地表基质在自然资源分层的基底定位和相关学者的研究成果 确立地表基质质量评价目标为反映区域植被生长适宜性的优劣 选取空间分布及结构、理化性质、景观属性、生态条件、社会属性 个准则因子及 个指标构建评价指标体系 确定评价单元格划分标准 利用层次分析法计算各指标权重 开展地表基质质量综合评价 结果表明 长江新城地表基质质量以良为主 其次为中等 其相应的面积占比分别为 、壤土、黏土基质类型的地表基质质量相对优、良 变质岩、沉积岩风化残积层以及淤泥基质类型的地表基质质量均为中等 中砾对应的地表基质质量较差关键词:地表基质 质量综合评价 评价指标体系 长江新城 武汉市中图分类号:文献标识码:文章编号:():./.年自然资源部发布的自然资源调查监测体系构建总体方案首次提出地表基质的概念指出地表基质层为自然资源分层分类模型的基底层是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 地表基质作为地球关键带的主要承载体 直接影响上部覆盖层与管理层的结构与功能 开展地表基质调查与研究至关重要但作为全新领域其相关讨论较少且多集中于国内地表基质综合调查包括调查、监测、评价、区划等内容 殷志强等 对地表基质类型划分与调查方向进行了探索 侯红星等基于保定地区研究实例提出了地表基质层调查要素及指标体系探讨确定了不同类型地表基质层调查底界建立了调查方法体系后来又基于宝清地区地表基质空间结构和理化性质等研究提出了自然资源规划建议但其评价仅从思辨角度出发并未确立具体的评价体系 姚晓峰等指出地表基质是地球关键带中地表以下物质和功能的主要载体其质量能直接反映自然资源系统本底条件的质量优劣情况 葛良胜等提出地表基质的未来方向应基于地表基质本底条件开展土地利用适宜性评价 总的来看目前在地表基质质量综合评价方面尚未形成指标体系还存在地表基质层调查成果表达难的问题基于以上开展地表基质质量综合评价体系的研究能够使调查体系中数据定量化、地表基质质量定性化从而直接反映区域自然资源生长适宜性的优劣本文以武汉市长江新城为例开展地表基质质量综合评价体系探索研究以期提供可借鉴的思路 研究区概况.自然地理概况长江新城位于武汉市中北部长江边面积为 属北亚热带季风性湿润气候年平均气温为.夏季平均气温为 冬季平均气温为 年降雨量约为 雨季多为 月枯季常在 月至次年 月雨热同期 长江新城东至倒水河西至滠水河南至长江北岸北毗邻黄陂低山丘陵区发育大面积湖泊整体位于低海拔区域地势北高南低地形起伏较小主体表现为长江中下游平原地貌特征.地质概况研究区大地构造上属江汉盆地东缘 地表以第四系松散堆积物为主出露面积达 以上仅在西北角和南东部阳逻经济开发区一带分别出露南华系武当群双台组地层和白垩系古近系公安寨组地层区内第四系地层自下而上依次划分为下更新统阳逻组、中更新统王家店组、上更新统下蜀组和全新统走马岭组 基岩地层主要为扬子地层区局部区域见双台组内部发育白垩纪花岗岩其他区域主要分布石炭系新近系地层其中西南部发育以石炭系地层为核部、二叠系三叠系地层为两翼的背斜构造分布范围有限广泛发育的白垩系古近系公安寨组呈 向楔状超覆于西南部背斜构造和西北部南华系地层之上新近系呈 走向角度不整合于公安寨组之上形成带状萎缩湖盆区内地表水系发育大气降雨和地表水体是地下水补给的主要来源 根据地下水的埋藏条件及含水介质研究区地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碳酸盐岩类岩溶水三大类型 松散岩类孔隙水主要分布在长江及其支流的一、二级阶地分布面积占全区面积较小地下水赋存于全新统、上更新统冲积砂、砂砾石孔隙中与长江水力联系密切 碎屑岩类裂隙水分布于滠水河以北大部分地区以及朱家河南边局部地区该类型地下水赋存于白垩系古近系、泥盆系二叠系上统碎屑岩裂隙中 碳酸盐岩裂隙岩溶水分布于西南角一带面积较小隐伏于地下呈 向条带状分布.地表基质概况基于 年自然资源部印发的地表基质分类方案(试行)对地表基质进行分类 长江新城地表基质一级类型包括岩石、砾质、土质、泥质 岩石二级包括变质岩、沉积岩砾质二级包括中砾土质二级包括壤土、黏土泥质二级包括淤泥 其中岩石面积占比.以沉积岩为主为白垩系古近系公安寨组主要分布于研究区东部以砂泥质胶结、钙质胶结的粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩为主少量变质岩为南华系双台组出露于研究区北部主要岩性为灰色白云钠长片岩、灰绿色绿帘绿泥钠长片岩、灰绿色变粒岩等 中砾面积占比仅.主要分布于阳逻组洪冲积层中 淤泥面积占比.主要分布于武湖、草湖及周缘河湖交汇部位为湖相沉积分布范围较小呈环状分布 土质面积占比最大达.其中黏土广泛分布于研究区主要为高、低岗地王家店组棕红色、下蜀组棕黄色黏土壤土面积仅占.主要分布于江河边走马岭组冲积层中(图).自然资源概况研究区涵盖林地、湖泊、耕地等多种自然资源类型 土地利用类型以耕地、建筑用地和水体为主其中耕地面积占比最大超过 其次为建筑用地主要分布于长江沿岸 研究区湿地资源丰富水体面积自 年呈现减少增加减少的变化特征 年后水体面积维持稳定 评价体系构建.评价方法的选择目前地表基质质量评价尚未形成定量定性的评价方法 地表基质组成包括空间结构、物理性质、化学性质同时人类活动对其改造因此其质量评价指标同时具有数据与非数据的特点难以进行客观权重计算层次分析法()是美国运筹学家 于 世纪 年代初提出的一种解决多因素复杂系统的方法即将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次在此基础之上进行定性和定量分析决策其比较适合于具有分层交错评价指标的目标系统而且目标值又难于定量描述的决策问题 因此本文选择层次分析法构建评价指标体系从而开展地表基质质量综合评价.评价指标体系的构建.目标层地表基质层作为自然资源分层的基底是森林、草、农作物等自然资源的生长或支撑层其地表景观特征和自身物理化学状态及其变化控制了相应资源的生息状态和生长趋势 不同地质成因的地表基质类型具有不同的沉积构造、分层结构、厚度、孔隙度、岩性等理化性质直接影响表土的地气和水分交换、微生物群落类型和有机质组成为植被提供不同的营养和有害成分 因此地表基质质量不仅是林草植被孕育和生长的基础而且影响着生态环境的形成演化过程和稳定性 相关学者指出地表基质评价应基于宜林则林、宜草则草、宜耕则耕、宜荒则荒等地质生态适宜性原则第 期朱晛亭等:地表基质质量综合评价探索 以武汉市长江新城为例图 长江新城地表基质二级分类图 本文基于前人研究与地表基质在自然资源体系中的结构特点将地表基质质量评价目标确立为服务自然资源管护即植被生长适宜性评价 本次评价的植被类型主要针对陆生植被.准则层准测层是衡量能否达到目标层的各项准则 陆生植被对应的自然资源主要为森林、耕地 森林立地质量评价技术规程(/)中关于林地质量的评价指标包括气象、地形、土壤厚度等耕地质量等级评价(/)中关于耕地质量的评价指标包括地形、土质结构、养分状况、健康状况、障碍因素以及人为灌溉影响因素等 同时殷志强等指出地表基质层对地表覆盖层的影响特征可以用物质组分、母质物源、成因过程、发育时代、空间分布和垂向结构等多种属性来描述刻画因此从植被立地条件出发准则层选取地表基质空间分布及结构()、理化性质()、景观属性()作为自然本底因子生态条件()、社会属性()作为限制影响因子(图)以规避生态条件、地面硬化对自然资源养护的影响.指标层指标层是在对地表基质进行充分分析的基础上依据针对性、普适性、可操作性、区域特殊性等原则从准则层 个因子与地表基质有直接关系的变量中选取的()空间分布及结构()空间分布及结构指标包括土质层厚度()和土质构型()个指标土质层厚度直接影响植被立地条件的空间范围与全国自然资源综合调查技术总则相匹配土质层厚度按、划分为 个等级土质层厚度越大越有利于植被生长土质构型指地表基质各层有规律组合、有序排列的状况 根据其土质层厚度、障碍层位置等可分为良好、较好、较差、差、极差等 种构型构型良好表现为土层深厚、无障碍层为适宜植被生长的高稳产土质层()理化性质()理化性质指标包括酸碱度()、含水量()、孔隙度()、质地()、养分()等 个指标资源环境与工程 年 土质层含水量过低植被生长缺少水分来源过高则影响植被生长的透气性对比植被覆盖度与地表湿度关系按植被生长优劣划分等级总体分为非常湿润、温润、正常、轻旱、干旱等 个等级孔隙度反映基质总体积中孔隙体积所占比例的多少分为 等 个等级坡向则表征地面获得太阳辐射的大小进一步影响植被生长环境可分为阳坡、半阳坡、半阴坡、阴坡等 个等级()生态条件()生态条件指标包括植被覆盖度()、土质环境()、地下水质()等 个指标植被覆盖度反映了植物进行光合作用面积的大小以及植被生长的茂盛程度能够在一定程度上代表植被的生长状态和生长趋势可分为 、等 个等级土质环境指地表基质污染状态水土的污染风险均影响植被的生长安全可根据现行的地下水、土壤环境质量标准来分级可分为低风险、风险管控、高风险 个等级()社会属性()社会属性指标主要选取土地利用类型()这 个指标土地利用方式及其强度在一定程度上反映了人类活动对自然改造的程度进而影响地表基质植被种植的空间适宜度 根据研究区实际分为林地、草地、耕地、园地、建设用地、水体、其他用地等类型图 地表基质质量综合评价指标体系 评价模型构建.评价指标权重的确定不同地区的自然资源类型不同主要植物生长所需立地条件不同并存在特殊的生态影响因子因此不同区域各指标的权重也应有所差异 本次以武汉市长江新城为例针对长江中下游平原区运用层次分析法确定评价因子的权重采用专家打分对同层次指标进行两两重要程度比较构造判断矩阵计算过程见公式()()结果见表 表 并计算判断矩阵随机一致性比率 使其 .土质构型 良好较好较差差极差.酸碱度 中性酸性、碱性强酸、强碱.含水量 正常湿润、轻旱非常湿润、干旱.孔隙度.).)、.)(.)、.).质地 壤土黏土砂土粗骨土非土质.养分 一等二等三等四等五等.坡度 .坡向 阳坡半阳坡半阴坡阴坡.植被覆盖度 .土质环境 低风险风险管控高风险.地下水质.土地利用类型 林地草地、耕地、园地其他用地建设用地水体.分级赋值分级标准.归为级该分区面积占比.同时基岩出露区地表覆盖薄层风化残积层厚度不足 土质构型表现为薄层型(较差土质构型)砂砾层多分布于阳逻表现为夹砂砾型(差土质构型)全区广泛分布的下蜀组和王家店组冲洪积层多为黏体型(较好土质构型)江河附近的走马岭组冲积层土质构型多表现为壤均质型或蒙金型(良好土质构型)湖泊周遭地区的走马岭组湖冲积层土质构型多表现为上松下紧的蒙金型(良好土质构型)而湖泊水体底部的淤泥则为黏体型且多处于饱和状态划分为极差土质构型理化性质中酸碱度、孔隙度、质地、养分从 年武汉市多要素城市地质调查项目的 万土地质量地球化学数据中获得 含水量基于 年旱季 多光谱数据通过遥感湿度反演获得其指标分值通过与植被覆盖度进行相关性分析统计获得 景观属性的坡度、坡向根据 高程数据计算获得生态条件中植被覆盖度根据 年同期遥感影像解译计算获得土质环境根据 年表层封地球化学数据分析获得地下水质则选择与植被根系埋藏深度相近的浅层松散岩类孔隙水样品数据(年民井、水文钻孔水样数据)进行统计分析获得社会属性的土地利用类型依据第三次全国国土调查数据进行分类.评价结果利用 联合工具对空间分布及结构、理化性质、景观属性、生态条件、社会属性等 个准则的 个指标图层进行叠加再利用字段计算器对叠加生成的图层进行线性加权模型计算最后依照分级标准利用图层属性对数据进行分级得到研究区地表基质质量分级图(图)地表基质质量优则表征植被生长适宜性良好有利于自然资源涵养长江新城地表基质质量多表现为良广泛分布于全区面积为.占研究区面积的.其次为质量中等区多分布于岩石、砾质区面积为.占比.质量优区零星分布于三里及江河水体边面积为.占比.质量较差区面积占比为.分布于朱家湖砂砾层质量差区图 研究区地表基质质量分级图 第 期朱晛亭等:地表基质质量综合评价探索 以武汉市长江新城为例未见分布 综合评价结果整体符合长江中下游平原区长江新城的植被生长现状.评价结果对比验证不同基质类型的地表基质质量分布情况见图 壤土、黏土基质类型的质量相对优、良优、良区面积占比超过 变质岩、沉积岩风化残积层以及淤泥基质类型的质量均表现为中等中砾基质类型的质量在各基质类型中相对较差质量中等占比.较差占比.由于本次地表基质质量综合评价的目标层服务于植被生长适宜性基于研究区面积性植被生长状态的参数 植被覆盖度进行对比验证(图)由图 可知除淤泥分布的水域植被相对裸露外中砾基质类型的质量也较差对应的植被覆盖度偏低 研究区亟需对砾质区域的植被加强保护图 不同基质类型的地表基质质量分布情况 图 不同基质类型的植被覆盖度分布情况 结合地表基质综合评价结果、基质化学元素特征和研究区规划需求建议在研究区西侧滠水河附近的地表基质质量优区进行原始生态公园建设满足规划片区周围人民生活的需求武湖湖周条带状的地表基质质量中等区适宜进行湿地公园等生态旅游类开发建设并开展湖岸带保护其余地表基质质量中等较差区多受土质层厚度较薄、土质构型较差、基质质地农业种植适宜性较差等影响可选择历史优势物种进行原地植被群落恢复 结论()针对长江新城选取 个准则因子及 个指标因子构建了地表基质质量综合评价指标体系其中准则层的空间分布及结构、理化性质为主要因素指标层的土质层厚度、土质构型、质地为主要因素()长江新城地表基质质量表现为优较差等级以良为主面积占研究区面积的.其次为质量中等区面积占比为.质量较差区面积占比仅为.整体植被生长适宜性较好()长江新城不同基质类型中壤土、黏土层地表基质质量相对优、良变质岩、沉积岩风化残积层以及淤泥层地表基质质量均为中等中砾对应的地表基质质量较差即砾质中植被生长适宜性较差参考文献:自然资源部.自然资源部关于印发自然资源调查监测体系构建总体方案 的通知:自然资发 号/.().:/./.():.()():.邵海王英男殷志强等.承德坝上高原如意河流域地表基质调查与编图探索.水文地质工程地质():.葛良胜杨贵才.自然资源调查监测工作新领域:地表基质调查.中国国土资源经济():.殷志强陈自然李霞等.地表基质综合调查:内涵、分层、填图与支撑目标.水文地质工程地质():.殷志强秦小光张蜀冀等.地表基质分类及调查初步研究.水文地质工程地质():.殷志强卫晓锋刘文波等.承德自然资源综合地质调查工程进展与主要成果.中国地质调查():.侯红星张蜀冀鲁敏等.自然资源地表基质层调查技术方法新经验:以保定地区地表基质层调查为例.西北地质():.侯红星葛良胜孙肖等.地表基质在中国黑土地资源调查评价中的应用探讨:基于黑龙江宝清地区地表基质调查.自然资源学报():.姚晓峰杨建锋左力艳等.地表基质的内涵辨析与调查思路.地质通报():.资源环境与工程 年 葛良胜侯红星夏锐.自然资源地表基质调查技术体系构建.地理信息世界():.张雅胡元平陶良等.武汉长江新城地下水化学特征及成因分析.环境科学学报():.胡元平李朋周峰等.武汉市长江新城起步区地质资源环境承载力研究.资源环境与工程():.吴波周峰李朋等.年长江新城水域面积动态监测与分析研究.资源环境与工程():.许树柏.实用决策方法:层次分析法原理.天津:天津大学出版社.黄昌勇徐建明.土壤学.第三版.北京:中国农业出版社.柴华何念鹏.中国土壤容重特征及其对区域碳贮量估算的意义.生态学报():.马健钧.基于 技术的盐源县生态地质环境质量评价.成都:成都理工大学.贾磊刘洪欧阳渊等.基于地质建造的南方山地丘陵区地表基质填图单元划分方案:以珠三角新会台山地区为例.西北地质():.:():.:第 期朱晛亭等:地表基质质量综合评价探索 以武汉市长江新城为例