Exploration on the Stratification of the Ground Substrate Survey and the Design and Construction of Its Testing Indicator System
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摘要:
地表基质是地球表层物质与能量循环的主要载体，地表基质调查是一项创新性工作，明确地表基质调查分层及分层测试指标是开展地表基质调查的基础。本文基于地表基质调查的内涵和目标定位，深入分析了多目标区域地球化学调查、全国第三次土壤普查和全国农用地土壤污染详查等调查深度和测试指标；利用近三年自然资源综合调查指挥中心在吉林省梨树县、辽宁省丹东市、黑龙江省哈尔滨市三个地表基质调查试点项目实测数据，运用变动系数法分析了不同地区地表基质层的地球化学元素垂向变化特征，结合表生地质作用(风化为主)最大深度、地表植被根系最大深度、浅层地下水位波动下限、基岩顶面深度等因素，将地表基质在垂向上大致分为三层：表层(0～2m)、中层(2～10m)和深层(10～20m)，基岩埋深浅于20m则以揭露到基岩为准；表层(0～2m)，称为生产层，包括支撑农业生产的耕作层，主要服务国家粮食安全，以收集资料为主；中层(2～10m)，称为生态层，主要支撑植被生长和群落演替，服务国土空间开发保护与格局优化，是地表基质调查的重点；深层(10～20m)，称为沉积层，主要研究地表基质从基岩—深层—中层—表层演替规律和特征，以部署少量工程控制为宜。基于地表基质分层调查意义，结合元素在垂向上的变化规律，提出4+N型地表基质分层测试指标体系，即4类必测指标和针对特殊工作需要的N类选测指标，以期加快推进地表基质调查标准化、规范化。
Abstract:The ground substrate layer is the main carrier of the material and energy cycle of the earth’s surface. At present, it is essential to have a suitable ground substrate stratification and testing index system for conducting an effective ground substrate survey. Based on the pilot results of the ground substrate survey project in the past three years, and the links between ground substrate with Multi-Objective Regional Geochemical Surveys, the Third National Soil Census and the National Detailed Survey of Soil Pollution on Agricultural Land, the ground substrate can be vertically divided into three layers: the surface production layer (0-2m), the middle ecological layer (2-10m) and the deep sedimentary layer (10-20m). If the depth of the base layer is less than 20m, the ground substrate is exposed to the bedrock. The surface layer mainly serves the national food security, and mainly collects data; the middle layer focuses on territorial space planning, and is the focus of investigation; the deep layer is mainly to explore the ground substrate from bedrock-deep layer-middle layer-surface layer succession pattern, a small amount of engineering control is appropriate. The proposed vertical stratified test index system for ground substrate includes 4 required indices and N selected indices. The established stratification and stratification test index system of ground substrate can provide reference for standardizing the ground substrate survey and promote the high-quality development of the ground substrate survey. The BRIEF REPORT is available for this paper at
http://www.ykcs.ac.cn/en/article/doi/10.15898/j.ykcs.202310080157 . -
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表 1 全国主要土壤类调查汇总
Table 1. General summary of the national survey on soil in China
牵头部门 调查名称 调查主要目的 采样深度 主要测试指标 自然资源部 多目标区域
地球化学调查
(1∶25万)为土资源规划与利用、土地质量、生态科学管护、农业经济区划、种植结构调整、地方病防治等提供支撑 1.表层土壤：0～20cm。
2.深层土壤：
① 平原、盆地、黄土高原及近海滩涂到150cm。
② 东部与中部山地丘陵区到120cm。
③ 西部及边远森林沼泽、
高寒山区、干旱荒漠、岩溶景观区等到100cm。Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、Cd、Ce、Cl、Co、Cr、Cu、F、Ga、Ge、Hg、I、La、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr、SiO2、Al2O3、TFe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Corg、TC、pH
（近岸海域沉积物样品和盐碱土样品应加测含水率）农业农村部 全国土壤
第三次普查调查土壤资源数量和质量 1.表层土壤：
① 耕地、林地、草地，采样
深度为0～20cm。
② 园地为0～40cm。
2.剖面：120cm。土壤容重、机械组成、土壤水稳性大团聚体、pH、可交换酸度、阳离子交换量、交换性盐基及盐基总量(交换性钙、交换性镁、交换性钠、交换性钾、盐基总量)、水溶性盐(水溶性盐总量、电导率、水溶性钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、碳酸根、碳酸氢根、硫酸根、氯根)、有机质、碳酸钙、N、P、K、S、P、Se、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Al、Si、Ca、Mg、有效磷、速效钾、缓效钾、有效硫、有效硅、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼、有效钼、游离铁、Hg、As、Pb、Cd、Cr、Ni 生态环境部，自然资源部，农业农村部 全国土壤
污染详查调查土壤污染情况 1.表层土壤：0～20cm。
2.深层土壤：
(1)平原、盆地及黄土高原150cm。
(2)山地丘陵区120cm。
(3)西部及高寒山区、干旱
荒漠、岩溶景观区等地区100cm。
(4)特殊情况，可根据土壤
实际深度采样，并作出标记，记录采样情况。土壤无机污染物:总镉、总汞、总砷、总铅、总铬、总铜、
总镍、总锌、总钴、总钒、总锑、总铊、总锰、总铍、总钼、氟化物、氰化物；
土壤有机污染物：多环芳烃、有机氯农药、邻苯二甲酸酯类、石油烃、挥发性有机物、酚类、硝基苯类、苯胺类、
多氯联苯、二噁英类和呋喃；
土壤理化性质：水分、pH、有机质、机械组成、
阳离子交换量（CEC）；
农产品(水稻/小麦污染物)：总砷、总铅、总镉、总汞、总铜、总锌、总镍、总铬；地下水无机污染物：金属元素(同土壤)、氟化物、氰化物；
地下水有机污染物：多环芳烃、有机氯农药类、邻苯二甲酸酯类、石油烃、挥发性有机物、酚类、硝基苯类、苯胺类、多氯联苯、二噁英和呋喃
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表 2 辽宁丹东KCZK04钻孔土壤指标(部分)随深度变化的滑动为3的变异系数
Table 2. Coefficient of variation of soil parameters (partial) sliding as 3 with depth in borehole KCZK04, Dandong, Liaoning, China
取样深度
(m)土壤指标及其滑动窗口为3的变异系数(%) TC Corg SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O Ba Be Bi 0.14 55.96 102.32 4.21 6.56 20.17 10.87 3.34 13.99 9.06 13.16 0.48 83.63 97.60 3.33 2.05 20.65 19.27 3.34 24.09 7.77 28.82 1.09 94.39 13.31 2.15 2.94 11.99 23.94 13.67 10.69 2.65 39.70 1.75 8.92 11.74 1.24 9.56 12.40 24.07 24.72 28.36 11.10 26.70 2.59 22.45 46.74 2.92 9.03 19.34 26.25 14.94 20.46 12.71 19.50 4.51 32.69 49.40 11.13 20.33 18.01 15.94 34.00 48.72 26.46 0.79 6.88 16.98 11.74 7.99 12.66 10.62 17.63 20.96 33.49 14.72 2.22 8.22 17.86 11.53 5.97 12.58 2.92 1.26 12.43 23.61 10.82 2.14 9.03 41.60 5.87 13.19 24.36 28.76 42.42 43.05 46.59 29.90 1.65 9.78 48.37 7.90 16.22 30.47 30.20 39.98 47.31 57.28 35.76 3.60 10.50 52.21 7.93 17.97 31.62 36.12 40.80 48.45 60.87 39.75 3.59 11.75 5.33 2.17 4.17 2.4 7.89 8.62 8.09 3.92 3.99 2.54 13.41 5.55 3.84 4.50 1.19 6.60 9.04 7.85 6.01 1.46 0.65 15.13 2.77 4.44 1.13 1.25 3.26 9.05 3.94 2.26 3.53 2.43 注：滑动变异系数＜10%的数据，表明该指标已趋于稳定。
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表 3 辽宁丹东KCZK04钻孔随土壤深度增加而趋于稳定的土壤指标及其取样深度(取整)
Table 3. Soil indicators established with depth in borehole KCZK04 in Dandong, Liaoning, and their sampling depths (rounded)
元素 取样深度
(m)元素 取样深度
(m)TC 12 Co 12 Corg 10 F 14 SiO2 12 Ga 12 Al2O3 12 Fe2O3 12 Cr 16 Hg 9 MgO 12 K2O 12 Ge 16 I 3 TiO2 16 Li 12 Cr 16 Mo 3 As 14 Ni 12 Ba 12 Rb 14 Be 12 Sb 14 Bi 5 Sc 12 Br 14 Tl 12 Cd 16 V 12 Ce 16
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表 4 地表基质分层测试指标体系
Table 4. Indicator system for ground substrate layering tests
指标分级 指标分类 具体指标 垂向分层测试指标 0～2m 2～10m 10～20m 基岩 必测
指标物理性状
(3项)容重 √ — — — 质地 √ √ √ — pH √ — — — 矿质(营养)元素(15项） 氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、锌、铜、钼、硼、硅、硒、锶 √ √ √ — 重金属元素
(7项)镉、铬、铅、镍、汞、砷、锑 √ √ √ — 碳(2项) 总碳、有机碳 √ √ √ — 选测
指标成土年代类
(5项)碳同位素(14C) □ □ □ — 光释光 □ □ □ — 孢粉 □ □ □ — 黏土矿物 □ □ □ — 磁化率 □ □ □ — 演化特征类
(38项)主量元素(10项)：K2O、Na2O、CaO、MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3、MnO2、P2O5、TiO2 □ □ □ □ 微量元素(13项)，包括：植物必需的微量营养元素硫、锌、铜、硼、钼、氯；
过量有害元素砷、镉、铅、汞、铬、镍、硒□ □ □ □ 微量稀土元素(15项)：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、
Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y□ □ □ □ 盐碱化指标
(9项)水溶性盐总量
阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+
阴离子：SO42−、Cl−、HCO3−、CO32−□ □ □ □ 元素形态指标
(7项)水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、强有机结合态、
弱有机结合态、铁锰结合态、残渣态□ — — — 注：“√”代表必测指标；“—”代表不测指标；“□”代表选测指标。
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图(4)
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