聶洪峰， 肖春蕾， 戴蒙， 劉建宇， 尚博譞， 郭兆成，賀鵬， 歐陽淵， 雷天賜, 李文明， 周傳芳， 姜琦剛

(1.中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081； 3.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205； 4.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054； 5.哈爾濱自然資源綜合調(diào)查中心，哈爾濱 150000； 6.吉林大學，長春 130012)

0 引言

山水林田湖草是相互依存、相互影響的大系統(tǒng)。生態(tài)保護修復是一個復雜的系統(tǒng)工程，需要從山上山下、地上地下、陸地海洋以及流域上下游，統(tǒng)籌考慮自然生態(tài)的各種要素，全方位、全過程地對山水林田湖草進行整體保護、系統(tǒng)修復與綜合治理[1]。為實現(xiàn)上述目標，需要將生態(tài)空間分布格局、變化規(guī)律與地質(zhì)作用過程作為一個整體進行調(diào)查研究，全面認識生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律及發(fā)展趨勢，提出山水林田湖草一體化保護修復地球系統(tǒng)科學解決方案。為此，2019年中國地質(zhì)調(diào)查局設立了“生態(tài)地質(zhì)調(diào)查工程”。該工程以支撐服務國土空間生態(tài)保護修復為目標，主要開展全國林草濕分布區(qū)不同尺度的生態(tài)地質(zhì)調(diào)查，摸清地上地下一體化生態(tài)本底，識別和診斷重大生態(tài)問題，強化對自然生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律和內(nèi)在機理的分析，提出基于自然的生態(tài)保護修復方案，為科學編制生態(tài)保護修復規(guī)劃、合理部署生態(tài)修復工程、高效輔助生態(tài)保護修復管理決策提供支撐[2]。本文總結(jié)了2019年以來該工程取得的主要進展與階段性成果，旨在為科學開展國土空間生態(tài)保護修復提供基于地球系統(tǒng)科學的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 生態(tài)地質(zhì)調(diào)查的基本內(nèi)涵

生態(tài)地質(zhì)調(diào)查是指以地球系統(tǒng)科學理論為指導，調(diào)查研究各種生態(tài)問題或生態(tài)過程的地學機理、地質(zhì)作用過程及其環(huán)境條件。它將生態(tài)的空間分布格局、變化規(guī)律與地質(zhì)作用過程作為一個整體進行研究，完整地獲取地上地下一體化的生態(tài)-土壤-水-風化殼-巖石信息，識別與診斷重大生態(tài)問題，科學評估生態(tài)狀況，全面認識生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律及發(fā)展趨勢，提出基于自然的生態(tài)保護修復解決方案[2-4]。生態(tài)地質(zhì)調(diào)查特別注重風化殼、包氣帶、成土母質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其物理化學特征與演化的調(diào)查研究，因為這部分是地球表層系統(tǒng)中最活躍、最富有活力的部分，也是大氣圈、生物圈、巖石圈和水圈相互作用最關(guān)鍵的地帶，它決定了生態(tài)系統(tǒng)的運行與演化[5-8]。生態(tài)地質(zhì)系統(tǒng)概念模型如圖1所示。

圖1 生態(tài)地質(zhì)系統(tǒng)概念模型示意圖[2-4]

2 研究思路與研究范圍

生態(tài)地質(zhì)調(diào)查工程遵循山水林田湖草生命共同體理念，以地球系統(tǒng)科學理論為指導，統(tǒng)籌地上地下，綜合應用高分辨率遙感、生態(tài)地質(zhì)線路調(diào)查、生態(tài)地質(zhì)剖面測量、地球化學分析測試以及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)方法，聚焦國土空間生態(tài)保護修復重大需求， 開展不同尺度生態(tài)地質(zhì)調(diào)查。在宏觀尺度上，側(cè)重調(diào)查分析生態(tài)空間的格局變化與地質(zhì)條件之間的相互制約影響，識別重大生態(tài)問題的分布狀況； 在重點區(qū)域尺度上，著重查明生態(tài)問題的成因，評價生態(tài)狀況、生態(tài)地質(zhì)的脆弱性與適宜性； 在關(guān)鍵地段尺度上，則重點研究生態(tài)-地質(zhì)交互帶的垂向結(jié)構(gòu)、物理化學特征及演變。同時，加強地球系統(tǒng)科學理論與技術(shù)方法的應用，注重整體性、系統(tǒng)性綜合研究，提出基于自然的生態(tài)保護修復解決方案。

研究區(qū)主要覆蓋新疆、內(nèi)蒙古、青海、甘肅、寧夏、山西、陜西、河南、河北、北京、天津、山東、遼寧、吉林、黑龍江15個省區(qū)(直轄市)以及滇西北、黃河源、大涼山、贛州于都、大興安嶺5個重點地區(qū)。

3 主要進展

(1)完成了西北干旱、半干旱區(qū)和東北林草濕地分布區(qū) 1∶50萬生態(tài)地質(zhì)調(diào)查，滇西北、黃河源、大涼山、贛州于都、大興安嶺5個重要生態(tài)功能區(qū)1∶5萬生態(tài)地質(zhì)調(diào)查，以及黑龍江、吉林、遼寧等省泥炭沼澤碳庫調(diào)查。

(2)基于北方干旱、半干旱區(qū)和重點地區(qū)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合已有成果資料，開展宏觀與局部的統(tǒng)籌分析，完成多尺度生態(tài)地質(zhì)調(diào)查綜合研究與評價，形成了黃河流域(指本工程的黃河流域戰(zhàn)略區(qū)，包括沿黃河9省區(qū)70個地級市，面積約220萬km2，下同)及內(nèi)蒙古自治區(qū)的整裝性調(diào)查成果，提出了不同地區(qū)國土空間生態(tài)保護修復建議。

(3)采用“空-天-地”一體化調(diào)查技術(shù)，形成了遙感先行摸清生態(tài)問題演變規(guī)律-地上地下一體化調(diào)查成因機理-因地制宜提出生態(tài)保護修復對策建議的技術(shù)體系，劃分了生態(tài)地質(zhì)單元，建立了生態(tài)地質(zhì)圖譜，總結(jié)了生態(tài)地質(zhì)分區(qū)特征與生態(tài)-地質(zhì)相互作用模式，探索了成土母巖圖、土壤地質(zhì)圖和生態(tài)地質(zhì)圖等生態(tài)地質(zhì)調(diào)查系列圖件表達方式，編制了生態(tài)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求。

(4)建立了適用于干旱、半干旱區(qū)的土地沙化指數(shù)； 研究并形成了基于面向?qū)ο缶矸e神經(jīng)網(wǎng)絡(Object-based Convolutional Neural Network， OCNN)的高分二號衛(wèi)星影像林地亞類信息智能提取方法； 形成了一套遙感-地面調(diào)查-物探-鉆探相結(jié)合的泥炭層探測技術(shù)方法。

4 主要成果與認識

4.1 形成了對黃河流域生態(tài)狀況的總體認識，研判了重大生態(tài)問題及其地質(zhì)背景條件，為生態(tài)保護修復提供了依據(jù)

(1)黃河流域林地、草地、濕地面積增加，荒漠化程度減輕，生態(tài)變化趨勢總體向好，在地層結(jié)構(gòu)、水文條件、土壤質(zhì)地較適宜的地區(qū)，生態(tài)保護修復成效顯著。黃河流域生態(tài)系統(tǒng)多樣，林地主要分布在橫斷山脈、祁連山、秦嶺、子午嶺等山地丘陵區(qū)(圖2)，成土母巖(質(zhì))以板巖、變質(zhì)砂巖、砂巖、碳酸鹽巖及黃土為主； 草地廣泛分布于黃河流域中上游地區(qū)，成土母巖(質(zhì))以中-粗粒砂巖、板巖及第四系沉積物為主； 濕地類型豐富，主要分布于龍羊峽以西、內(nèi)蒙古河套平原和沙地區(qū)及河口三角洲地區(qū)。2010—2018年，各生態(tài)系統(tǒng)間最主要的轉(zhuǎn)換為農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn),農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)樯?、草地或濕地，草地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田、濕地。林地、草地、濕地凈增加6 436 km2，呈“綠色增長”態(tài)勢。主要林草增加區(qū)和沙質(zhì)荒漠化減少、減輕區(qū)具有表部沙層覆蓋較薄，下伏沖洪積砂礫石層、細粉沙土、黃土或頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r等碎屑巖風化殼，地下水位埋深淺，土壤含一定黏性土和有機質(zhì)的特征，生態(tài)地質(zhì)條件較適宜植被恢復[9-10]。

(2)黃河流域生態(tài)環(huán)境依然脆弱，土地荒漠化、冰川退縮局部礦山開發(fā)占損土地、地面沉降等問題仍較突出。2018年土地退化面積43萬km2，占流域國土面積的20%，約22%草地呈中度(荒漠化)以上退化態(tài)勢。生態(tài)系統(tǒng)人工化加劇，功能下降、質(zhì)量不高： 人工林面積約14萬km2，存在退化現(xiàn)象； 人工湖泊是自然湖泊個數(shù)的6倍，存在高耗水維系、生境條件不佳、自凈能力差、不符合自然規(guī)律造湖等問題?；哪偯娣e27萬 km2，受氣候和地表巖性控制，巖漠、礫漠和沙漠腹地變化微弱，難以實施生態(tài)修復。黃河流域荒漠化土地總面積42萬km2，雖然沙質(zhì)荒漠化整體呈現(xiàn)面積減少、程度減弱的趨勢，但由于流域內(nèi)沙源物質(zhì)分布廣、黃土及砒砂巖抗侵蝕性差、鹽堿富集等不利地質(zhì)背景條件造成的土地沙質(zhì)荒漠化、水蝕荒漠化和鹽堿質(zhì)荒漠化等生態(tài)問題仍較嚴重，防治形勢依然嚴峻。流域內(nèi)共有冰川4 146條，總面積4 262 km2，其中補給黃河徑流的冰川僅144條，面積只有114 km2。2010—2018年間，流域內(nèi)冰川退縮了87 km2，其中補給黃河徑流的冰川退縮了5 km2，分布在阿尼瑪卿山和祁連山冷龍嶺，分別退縮了4 km2和1 km2。黃河流域固體礦山開采占損土地(不含塌陷坑)6 982 km2，以露天采場、固體廢棄物占地等為主，主要分布在內(nèi)蒙古、山西、陜西等省(區(qū))。黃河流域中下游地區(qū)地面沉降較嚴重，受構(gòu)造活動和地下水超采影響，年沉降超過50 mm的區(qū)域達1 229 km2[2-3]。

(3)黃河流域從上游、經(jīng)中游到下游，林地、草地、濕地等自然生態(tài)類型的占比逐漸降低，人類活動影響則依次加大，生態(tài)狀況與生態(tài)問題區(qū)域性差異明顯。生態(tài)保護修復應充分考慮生態(tài)地質(zhì)背景、氣候氣象、人類活動等綜合因素的影響，因地制宜、分類施策。黃河上游林草濕、荒漠、冰川等自然生態(tài)類型占比90%，對氣候變化敏感性強，沙質(zhì)荒漠化土地約14萬 km2，其中沙質(zhì)荒漠化程度加重的有767 km2。重要生態(tài)問題是草原草甸荒漠化、冰川退縮、凍土消融，尤其在甘南瑪曲黃河沿岸已形成了220 km長的沙化帶，局部草原草甸受凍土消融影響出現(xiàn)“黑土灘化”，凍融滑塌發(fā)育，破壞草原、草甸生態(tài)，降低了水源涵養(yǎng)功能[11]。在青海共和盆地龍羊峽地區(qū)，土壤表層覆蓋薄層粉沙土，下伏沖湖積沙和風積沙，質(zhì)地松散，在強風蝕作用下表層粉沙質(zhì)土層結(jié)構(gòu)破壞形成風蝕坑[12]，沙質(zhì)荒漠化程度加重區(qū)面積達365 km2(圖3)。

圖3 青海省共和盆地沙質(zhì)荒漠化及風蝕坑分布

黃河中游林草濕自然生態(tài)類型占比64%，主要生態(tài)問題是水土流失，總面積為15萬 km2，尤其在晉陜峽谷區(qū)與鄂爾多斯高原北部地區(qū)，砒砂巖礦物組成主要為長石、石英、方解石和蒙脫石，結(jié)構(gòu)松散[13]，抗侵蝕性差，治理難度大，是黃河粗泥沙的主要來源，水蝕荒漠化依舊嚴重； 黃河下游林草濕等自然生態(tài)類型占比為21%，人類活動強度大，2010—2018年間，林草地凈減少了80 km2，自然濕地凈減少了94 km2，主要生態(tài)問題是黃河灘區(qū)被占用、河口三角洲濕地萎縮和海水入侵。

4.2 形成了內(nèi)蒙古自治區(qū)林地、草地、濕地以及沙質(zhì)荒漠化分布及變化成果，分析了重要生態(tài)問題基本特征及其地質(zhì)背景條件，提出了生態(tài)保護修復分類施策建議

(1)林地主要分布在內(nèi)蒙古東部丘陵區(qū)，成土母巖(質(zhì))以玄武巖、安山巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r及花崗巖為主。2010—2018年間，全區(qū)林地面積整體增加，增加區(qū)域主要分布在中部與東部的庫布齊沙漠東緣、毛烏素沙地、渾善達克沙地、科爾沁沙地、興安盟和通遼東部等地區(qū)； 西部地區(qū)集中分布在黑河流域額濟納旗居延海附近。

(2)草地主要分布于大興安嶺以西至巴丹吉林沙漠之間的呼倫貝爾草原、錫林郭勒草原等地區(qū)。成土母巖(質(zhì))以砂礫巖、第四系沉積物及花崗巖為主，成土母質(zhì)質(zhì)地較為疏松。2010—2018年間，草地呈增加趨勢，增加的草地主要分布于毛烏素沙地、庫布齊沙漠南緣等地區(qū)。這些草地分布區(qū)是我國典型的干旱、半干旱地區(qū)，氣候干旱少雨，植被稀疏，受質(zhì)地疏松的成土母質(zhì)影響，草地生態(tài)系統(tǒng)脆弱，承載能力很低，一旦超載過牧，易造成退化、沙化，并難以恢復。

(3)全區(qū)濕地面積4.5萬km2，總體呈增加態(tài)勢。濕地類型主要為沼澤濕地、河流濕地、湖泊濕地和人工濕地。2010—2018年間，濕地水面有增有減： 增加面積1 163 km2，主要表現(xiàn)為居延海、呼倫湖以及烏海湖、紅崖山等水庫水面面積的增加； 減少面積605 km2，主要為自然湖泊水面面積的減小，其中烏蘭察布市的岱海、錫林郭勒盟的查干淖爾、赤峰市的達里諾爾等大型高原湖泊呈現(xiàn)持續(xù)萎縮態(tài)勢，嚴重影響了濕地的生態(tài)功能和周邊地區(qū)的生態(tài)狀況[14]。另外，烏蘭察布市的白音淖海子、烏蘭呼少海子和察汗淖海子也在持續(xù)萎縮中。

(4)自然湖泊的數(shù)量與面積均呈明顯縮小的態(tài)勢。2010年大于1 km2的湖泊共340個，但在2010—2018年間，其中有13個干涸，220個水面萎縮，水面共減少了278 km2。在空間分布上，湖泊變化呈明顯的差異性，湖泊水面總體以退縮為主，但局部地區(qū)則有所增加。水面增加的湖泊主要分布在西部黑河流域和東部呼倫貝爾地區(qū)，水面萎縮的湖泊主要分布于中部烏蘭察布、渾善達克沙地和錫林郭勒草原一帶[15]。

(5)沙質(zhì)荒漠化土地分布廣、面積大，以重度和中度為主。全區(qū)沙質(zhì)荒漠化土地分布面積約16萬km2。2010—2018年間，雖然沙質(zhì)荒漠化程度面積減輕了1.6萬km2，但受生態(tài)地質(zhì)背景條件的制約，土地沙質(zhì)荒漠化程度加重的面積達1 277 km2，主要分布于渾善達克東緣、科爾沁沙地赤峰西部以及濕地嚴重萎縮區(qū)、山間沖洪積物堆積區(qū)。內(nèi)蒙古常年盛行西北風和西風，具有沙質(zhì)荒漠化形成的風動力條件與物質(zhì)來源(圖4)。區(qū)內(nèi)雅布賴、西拉木倫河等斷裂控制并形成了內(nèi)蒙古西北部的雅布賴山北風口和南風口、西部的狼山—桌子山風口、東部的大興安嶺—燕山風口等，造就了多條風沙廊道，使得巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠等的東南邊緣沿風沙廊道擴張，重度和中度沙質(zhì)荒漠化主要分布于該類地區(qū)。

(6)三大沙地生態(tài)狀況差異性明顯，渾善達克沙地生態(tài)局部退化，科爾沁沙地、毛烏素沙地生態(tài)總體向好。渾善達克沙地，湖相沉積沙源廣布，是西拉木淪河的發(fā)源地，2010—2018年間，沙地內(nèi)38%的湖泊處于萎縮態(tài)勢，主要位于沙地西北緣、南緣和東南緣，同時湖泊、河流萎縮區(qū)出露新的沙源，造成沙質(zhì)荒漠化土地的擴張； 科爾沁沙地，生態(tài)總體處于向好的趨勢，以通遼市奈曼旗中部南北走向的教來河為界劃分為東西兩部分，東部荒漠化程度明顯減輕，西部由于西拉木倫風沙廊道的存在(圖4)，大風降塵天氣較多，相對濕度較低，土壤組成以中砂、細砂為主，黏土含量極少，蓄水能力差，較貧瘠，近些年地下水水位下降明顯，生態(tài)地質(zhì)條件較東部差，土地沙質(zhì)荒漠化程度加重; 毛烏素沙地生態(tài)狀況整體向好，地下水埋深淺、水量豐富、水質(zhì)較好，土壤中全碳含量達到1.5%，養(yǎng)分較充分，在年均降水量350～500 mm、相對濕度51%的氣候背景下，有利于植被修復[9-10，16-17]。

圖4 風沙廊道示意圖

(7)局部地區(qū)人工林存在退化現(xiàn)象。2010—2018年間，全區(qū)人工林總面積增加了860 km2，主要分布于東部的通遼東北部地區(qū)(占18.51%)、科爾沁沙地(占17.38%)、興安盟(占13.69%)、渾善達克沙地(占10.22%)等。但受區(qū)域構(gòu)造、地貌和成土母質(zhì)質(zhì)地疏松、地下水位下降等不利生態(tài)地質(zhì)條件的影響，部分地區(qū)人工林退化現(xiàn)象明顯，編圖中共發(fā)現(xiàn)人工林退化圖斑412個(圖斑內(nèi)人工林枯死率高于70%)，面積達276 km2，主要分布于赤峰科爾沁沙地一帶。

(8)針對內(nèi)蒙古河湖、濕地、沙地等生態(tài)退化狀況，建議堅持節(jié)水優(yōu)先、自然修復為主的方針，聚焦水資源這一關(guān)鍵問題，進行整體保護、系統(tǒng)修復和綜合治理。湖泊保護與修復必須遵從湖泊水平衡特點和演化規(guī)律，分類分區(qū)分湖定策，做到“一湖一策”，因湖施策。河湖濕地萎縮，表象在河湖，根子在流域，要充分考慮氣候變化和人類經(jīng)濟活動對流域水平衡的影響，以保持流域“水平衡”為前提，堅持自然修復為主，強化生態(tài)環(huán)境保護，構(gòu)建水平衡調(diào)節(jié)機制，重點保證連續(xù)干旱年份的水平衡體系安全。沙地治理應充分考慮生態(tài)地質(zhì)條件的差異性，量水而行、因地施策，宜林則林、宜灌則灌、宜草則草、宜荒則荒?？茽柷呱车亟虂砗右晕鞯纳迟|(zhì)荒漠化治理，宜種植受地下水影響小的耐旱沙蒿、檸條等植被； 渾善達克沙地治理，應杜絕過度放牧、不合理墾荒，總體上以自然恢復為主，在湖泊萎縮、沙質(zhì)荒漠化加重的地區(qū)，加強水平衡研究，加強水資源管理，以水定地、以水定樹，嚴控工農(nóng)業(yè)用水，嚴控地下水開采； 毛烏素沙地生態(tài)地質(zhì)條件較好，人工植被覆蓋度高，且生態(tài)整體向好發(fā)展，應堅持自然修復為主，繼續(xù)控制人類活動干擾。

4.3 基本查明大涼山、滇西北、贛州等重點地區(qū)生態(tài)狀況、生態(tài)問題及其賦存地質(zhì)條件，形成了總體認識和判斷

(1)大涼山地區(qū)地質(zhì)條件復雜，主要巖性為砂泥巖、碳酸鹽巖、變質(zhì)巖和火山巖，水系發(fā)達，降雨充沛，氣候溫暖，植被覆蓋良好，地貌、降雨、氣候、植被分布等均具有明顯的分帶性。適宜的氣候造就了優(yōu)良的生態(tài)條件，總體上大涼山區(qū)西部的林草濕地面積1990—2018年間處于增長的趨勢。土壤侵蝕雖然以輕度—中度侵蝕為主，但強度、極強度、劇烈侵蝕三者合計占比依然達到了26%。整體而言水土流失是大涼山地區(qū)的主要生態(tài)問題[18]。

(2)滇西北洱海流域降雨充沛，地形地質(zhì)條件復雜，沉積巖與火山巖分布面積大，植被資源豐富。基于遙感解譯、生態(tài)格局及其變化分析，結(jié)合實地調(diào)查，認為洱海流域生態(tài)地質(zhì)問題主要為地下水位下降、局部水土流失加劇、區(qū)域性植被枯死以及外來植物物種入侵。

(3)贛州地區(qū)以山地、丘陵和紅壤盆地為主，林地分布廣泛，但2006—2018年間，林地面積持續(xù)減少，園地面積顯著增加。水土流失是贛州地區(qū)的主要生態(tài)問題，面積達7 817 km2，主要集中分布在寧都、于都、贛縣和興國 4 縣。水土流失嚴重區(qū)主要出露花崗巖、白堊系磚紅色砂礫巖。由于其顆粒粗，形成的風化殼結(jié)構(gòu)松散，抗侵蝕能力弱，導致除石英外的黏土礦物和有機質(zhì)易隨流水沖蝕流失[19]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，引起贛南地區(qū)水土流失的原因主要為紅層和花崗巖巖性因素，四周高、中間低的地貌因素，暴雨頻繁的氣象因素，以及開山采礦等人為因素。

4.4 創(chuàng)新性建立了生態(tài)地質(zhì)單元分類分級指標體系，劃分了全國生態(tài)地質(zhì)單元，建立了生態(tài)地質(zhì)圖譜，總結(jié)分析了生態(tài)地質(zhì)單元的基本特征

綜合考慮地質(zhì)、地貌、生態(tài)及氣候等條件，按照綜合性與主導因素、差異性與典型性、相對一致性及區(qū)域共軛性等原則，初步建立了生態(tài)地質(zhì)單元分級分類指標體系(圖5)。

圖5 生態(tài)地質(zhì)單元分類分級指標體系

在全國共劃分一級單元(生態(tài)地質(zhì)大區(qū))7個、二級單元(生態(tài)地質(zhì)區(qū))49個、三級單元(生態(tài)地質(zhì)亞區(qū))290個(圖6)，建立了生態(tài)地質(zhì)單元的典型生態(tài)地質(zhì)圖譜(圖7)，分析了工作區(qū)生態(tài)地質(zhì)單元的基本特征。

圖6 全國生態(tài)地質(zhì)單元劃分

圖7 生態(tài)地質(zhì)圖譜

以壩上高原褶斷山地丘陵、砂土殘丘草原與農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)亞區(qū)為例，該單元位于狼山—白云鄂博裂谷，西部為砂礫質(zhì)沖洪積平原，以砂礫石、砂質(zhì)黏土、細沙為主，中部為中海拔剝蝕平原，以紅黏土、玄武巖為主，東部為基巖質(zhì)中山，以花崗巖、玄武巖為主； 屬于溫帶季風氣候，發(fā)育栗鈣土，草原與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，人工植被覆蓋率相對較高，為典型的農(nóng)牧交錯帶； 存在高原湖淖萎縮、草場退化、人工林退化等生態(tài)問題。針對該單元內(nèi)重要生態(tài)問題，探索建立了生態(tài)地質(zhì)單元的典型生態(tài)地質(zhì)圖譜，主要反映生態(tài)與地質(zhì)條件的相互影響關(guān)系(圖7)，總結(jié)了壩上地區(qū)凹陷盆地人工林退化與鹽堿化風化作用模式(圖8)，即壩上波狀平原區(qū)由多個受斷層控制的山間斷陷盆地構(gòu)成，盆地周邊成土母巖為玄武巖、花崗巖。在年均降水量約400 mm、蒸發(fā)量1 500～2 000 mm的氣候條件下，巖石風化析出堿性離子，匯聚到?jīng)_洪積扇前緣和凹陷盆地中心，導致土壤pH值高達8.5～9.2，含鹽量達1.1～1.2 g/kg，在地表以下30～60 cm處形成厚20～50 cm的鈣積層，鈣積率>150%，碳酸鈣含量約23%，阻礙喬木根系垂向生長和水分、養(yǎng)分吸收能力，該層基本無根系發(fā)育。因此，該地區(qū)原生地表植物以草本、檸條等為主，生態(tài)地質(zhì)條件不適宜密植深根喬木，近年來出現(xiàn)人工林退化現(xiàn)象。

圖8 壩上地區(qū)凹陷盆地人工林退化與鹽堿化風化作用模式

4.5 建立了泥炭沼澤碳庫調(diào)查(深于1 m)技術(shù)體系，完成了遼寧、吉林、黑龍江3省深于1 m的泥炭沼澤碳庫調(diào)查工作

充分發(fā)揮多源地質(zhì)調(diào)查技術(shù)方法的優(yōu)勢，形成遙感、物探、鉆探技術(shù)相結(jié)合的泥炭沼澤碳庫調(diào)查技術(shù)方法體系，針對泥炭調(diào)查困難區(qū)研發(fā)了鉆探和取心工藝新技術(shù)新方法[20]，編制了《全國泥炭沼澤碳庫調(diào)查工作指南(地下調(diào)查部分，試行)》。完成遼寧、吉林、黑龍江3省深于1 m的泥炭沼澤碳庫調(diào)查工作，調(diào)查泥炭沼澤斑塊390處，調(diào)查面積18 324 hm2，估算碳庫總量2 912萬t[21]。

4.6 首次編制了《生態(tài)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求(1∶50 000)(試行)》，探索了成土母質(zhì)巖圖、土壤地質(zhì)圖、生態(tài)地質(zhì)圖的表達方式

(1)編制了《生態(tài)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求(1∶50 000)(試行)》，提出了生態(tài)地質(zhì)調(diào)查的工作流程，規(guī)定了生態(tài)地質(zhì)調(diào)查的內(nèi)容、方法、成果編制與數(shù)據(jù)庫建設等； 按照地質(zhì)、地形地貌、氣候等主要生態(tài)地質(zhì)控制條件的差異，分簡單、中等、復雜3種地質(zhì)條件復雜程度，分別給出了生態(tài)地質(zhì)調(diào)查的技術(shù)定額。

(2)建立了成土母巖分類分級體系。以一定規(guī)模巖性組合為基本單元進行分類分級，強調(diào)地質(zhì)體的巖性(巖石類型)空間分布和可能的風化產(chǎn)物，一級類劃分為沉積巖母巖、侵入巖母巖、火山巖母巖、變質(zhì)巖母巖和第四系松散堆積物等5大類； 二級、三級類，依據(jù)成因、粒徑、礦物組合等再逐級細分，旨在反映成土母巖(質(zhì))對土壤性質(zhì)的控制作用及地表生態(tài)稟賦條件的影響，突出表達成土母巖類型、分布特征及相互關(guān)系，編制了成土母巖圖(圖9)。探索了土壤地質(zhì)圖的表達方式[18]，根據(jù)母巖/土壤之間的成生關(guān)系，體現(xiàn)母巖對土壤理化性質(zhì)的制約作用。土壤地質(zhì)單位表達“基于地學意義的成土母巖(質(zhì))”和“土壤類型”的關(guān)聯(lián)，其命名采取“時代+成土母質(zhì)+土壤類型”原則，如新近紀泥巖類紫色土[18]。

(3)創(chuàng)新了生態(tài)地質(zhì)圖表達形式(圖10)。以土壤、巖性、構(gòu)造等地質(zhì)要素為基礎(chǔ)，綜合反映表層生態(tài)狀況和問題及生態(tài)-地質(zhì)相互作用機理，展示地球系統(tǒng)與生態(tài)保護修復及綜合利用的關(guān)系。圖幅比例尺、編號、巖性花紋及圖例樣式等參照已有相關(guān)國家標準[22]。

圖9 全國成土母巖圖

圖10 河北隆化幅生態(tài)地質(zhì)圖

河北隆化幅1∶5萬生態(tài)地質(zhì)圖(圖10)展示,在一個相近或相似的氣候條件下，地形地貌、地質(zhì)條件等要素與生態(tài)現(xiàn)狀及問題的作用關(guān)系，具體表現(xiàn)為基質(zhì)結(jié)構(gòu)對植被類型具有控制影響作用，如，喬木林主要生長在花崗巖、混合巖中低山區(qū)。該圖以符號表示區(qū)域生態(tài)現(xiàn)狀及問題，以顏色表示成土母巖/質(zhì)類型，以花紋表示表層風化(堆積)層類型。

4.7 研究建立了礦物成分與粒徑熱紅外光譜反演方法和高分二號衛(wèi)星影像林地亞類信息智能提取方法

(1)地表土壤的礦物和粒度屬性與土地退化有密切聯(lián)系，礦物成分(黏土礦物、石英)與粒徑的空間分布可以看作是土地退化的一種指標。利用ASTER 熱紅外影像、地面實測光譜、土壤粒徑測試、土壤礦物成分與含量測試分析，研究建立了土地沙化指數(shù)-礦物成分與粒徑熱紅外光譜反演方法[23]。

(2)針對基于國產(chǎn)高分二號衛(wèi)星影像林地信息提取問題，采用分層分類策略和OCNN的特征學習及分類方法，實現(xiàn)了內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯帶典型研究區(qū)林地二級類別信息的精細提取和變化檢測，提出了分層分類策略及基于空間統(tǒng)計學的尺度估計方法(圖11)[24]。

圖11 OCNN林地信息提取技術(shù)流程

5 未來展望

全面推進國土空間生態(tài)保護修復工作，需要遵循綠水青山就是金山銀山、山水林田湖草生命共同體理念，統(tǒng)籌兼顧、整體實施，著力提高生態(tài)系統(tǒng)自我修復能力，增強生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，促進自然生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的整體改善和生態(tài)產(chǎn)品供給能力的全面增強，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。由于以往生態(tài)管理職責分設在不同機構(gòu)，存在系統(tǒng)性與整體性不足問題，忽視或輕視水資源、土壤、光熱等自然稟賦條件狀況調(diào)查； 有關(guān)生態(tài)修復的理論、技術(shù)及工程實踐方面的研究，大多著眼于土壤污染、河流湖泊、森林植被、水土保持、海岸濕地、工礦廢棄地、景觀水體等場地生態(tài)修復內(nèi)容上，尚未上升到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性與安全性層面； 國家統(tǒng)一的山水林田湖草生態(tài)系統(tǒng)整體調(diào)查-監(jiān)測-評估-修復體系尚未形成。這導致了目前我國生態(tài)歷史遺留問題多，生態(tài)保護修復家底依然不清，重大生態(tài)問題識別與診斷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一性與權(quán)威性，各生態(tài)系統(tǒng)賦存條件不明，自然生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律與作用機理不清，恢復力評價不足。因此，對下階段工作提出如下建議：

(1)開展國家、省(市自治區(qū))、區(qū)域、流域多尺度全國生態(tài)狀況調(diào)查評價，評估生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與服務功能，識別區(qū)域(或景觀、流域)尺度的生態(tài)破損、生態(tài)脅迫、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量下降、生態(tài)服務功能退化、景觀格局破碎等重要生態(tài)問題。

(2)開展區(qū)域、流域尺度(1∶25萬)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查與評估，識別診斷生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)問題及其關(guān)聯(lián)性，劃分生態(tài)保護修復單元，提出生態(tài)保護修復工程實施布局建議； 開展生態(tài)系統(tǒng)尺度(1∶5萬)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查與評價，調(diào)查草原沙化、濕地萎縮、生態(tài)服務功能退化等生態(tài)問題的類型、程度與演變，分析其控制與影響因素，研究其成因機理，提出山水林田湖草一體化生態(tài)保護修復模式和措施。

(3)開展生態(tài)保護修復工程全過程動態(tài)監(jiān)測和生態(tài)風險評估，針對生態(tài)修復工程中新產(chǎn)生的生態(tài)問題及潛在生態(tài)風險，提出保護修復空間布局、優(yōu)化調(diào)整模式措施及時序等建議，實現(xiàn)生態(tài)保護修復工程區(qū)的適應性管理。

(4)研究生態(tài)地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測評價技術(shù)方法，加強自然生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律和內(nèi)在機理分析，強化生態(tài)-土壤-水-成土母質(zhì)-基巖相互作用過程機理分析和生態(tài)系統(tǒng)水平衡研究，研發(fā)生態(tài)保護修復模式與關(guān)鍵技術(shù)，提出適應中國特點的基于自然的生態(tài)保護修復解決方案。

(5)建設國土空間生態(tài)保護修復生態(tài)資源庫與信息系統(tǒng)，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)匯聚分析，支撐國土空間生態(tài)修復智慧管理，編制生態(tài)地質(zhì)系列圖件。

(6)建立完備、統(tǒng)一、規(guī)范的滿足國土空間山水林田湖草全要素整體保護、系統(tǒng)修復、綜合治理需求的技術(shù)標準體系，建立天空地網(wǎng)相協(xié)同的調(diào)查監(jiān)測-分析評價-監(jiān)督監(jiān)管體系。

致謝：本工程在實施過程中，得到了邢麗霞、吳愛民，胡秋韻、郝愛兵、韓子夜、徐學義、熊盛青、石菊松、樂淇浪、王京彬、衛(wèi)曉峰、成杭新、鄭華、徐衛(wèi)華、李曉松、袁國禮等領(lǐng)導專家的業(yè)務指導和幫助，劉剛、孫永軍、張瑞江、李偉、冀欣陽、陳虹、鄭向向、張策、史鵬會、尹顯科、劉德衛(wèi)、李威、孫自永、李若男、時丕龍、明冬萍等參與了工程和項目工作，在此一并致以衷心的感謝！