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自然资源部组建后，为了落实“统一行使全民所有自然资源资产所有者职责，统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复”职责，经过地质、水文、土壤、林草、测绘、海洋等领域的科学家深入研讨，综合考虑土壤、立地条件（立地层）、包气带、地球关键带等相关学科术语，提出了地表基质（ground substrate）和地表基质层（the layer of ground substrate）的概念，构建了由管理层、覆盖层、地表基质层和地下资源层组成的自然资源立体时空模型框架，为各类自然资源数据的空间组织提供了基本遵循（自然资源部，2020a❶），但对地表基质和地表基质层的科学内涵和基本属性特征并没有进行深入阐释。
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近年来，关于地表基质的概念内涵、类型划分、调查监测指标体系及支撑服务植被生态和耕地保护案例等，进行了许多有益探索（自然资源部，2020a❶; 殷志强等，2020，2023; 侯红星等，2021; 姚晓峰等，2022; 葛良胜等，2022）。多数研究者认为应将表层地球与上覆植被生态和下伏地下水等传统上相对独立的研究领域联系起来开展研究（金钊等，2020; Hahm et al.，2024）。一些研究者发现，表层岩土物质（即地表基质层）是联系上层植被和下层地下水补给的关键区域，不同类型岩土物质的粒度组分、持水性、元素成分、孔隙结构、分层结构、厚度变化相差悬殊（Chorover et al.，2011; Callahan et al.，2022），导致适宜生长的植被类型、盖度及生长状况等存在明显差异（刘鸿雁等，2019；Jiang Zihan et al.，2020; 殷志强等，2023）；同一地区相似微地貌环境下植物群落的差异，主要因地表基质异质性所造成（刘鸿雁等，2019; Callahan et al.，2022; 殷志强等，2023; Hahm et al.，2024），即不同的地表基质类型可以具有不同的生态服务功能；乔木林在干旱环境下，仅仅依靠大气降水和土壤水是无法支撑其生长的，还需要利用风化壳、岩石的裂隙水和地下水（Schwinning，2010; Rempe et al.，2018; Nardini et al.，2021; Russell et al.，2022）。过去由于对表层岩土体（地表基质层）的物质结构、矿物元素成分、成因等性质的差异性未能很好地定量刻画，生态重建过程中常常出现人工林与地表基质不匹配的错位问题（彭建兵等，2023），山区土地整治和高标准农田建设也出现过典型失败案例（殷志强等，2023）。
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在地表基质调查方面，中国地质调查局组织完成了东北地区83个黑土保护重点县的1∶25万地表基质调查，同时在燕山-坝上高原过渡带、西北黄土区、南方丘陵风化壳区和高沙土区等地开展了1∶25万~1∶5万调查试点（侯红星等，2021; 殷志强等，2023），探索了地表基质调查支撑服务耕地保护和生态重建的技术方法，取得了初步阶段成果；河北、江苏、广东等省区市也在积极推进典型地区的试点工作。
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总体来说，由于地表基质概念提出时间短，有关术语定义、属性特征指标及其分类分级、调查研究的目的和主要内容等尚未达成共识，目前处于百家争鸣状态。本文是在国家自然科学基金委地质联合基金项目、科技部第三次新疆综合科学考察项目及中国地质调查局地表基质调查项目等支持下，通过实践基础上的深入思考，借鉴地学领域相关学科理论的构建模式，对地表基质和地表基质层的科学内涵及其与相关学科术语的关系、地表基质分类、地表基质层构型、地表基质的理化性质等进行了较为系统的总结提升，称之为地表基质理论的基本框架，为推动地表基质调查研究提供基本遵循。
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1 地表基质的科学内涵及其与相关学科术语的关系
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正确理解地表基质和地表基质层的科学内涵，阐明它们与相关学科术语的区别与联系，是建立独具特色的话语体系、指导地表基质调查研究的前提和基础。
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1.1 地表基质的科学内涵
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《自然资源调查监测体系构建总体方案》（自然资源部，2020a❶）中把地表基质定义为“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”，并将陆域地表基质分为岩石、砾石、沙和土壤等。这个定义体现了部门行政管理的职责边界。但从学理上讲，土壤也是重要的自然资源，是由地表基质长期孕育形成的。因此，作者将地表基质的定义完善为“地球表层孕育和支撑土壤、森林、草原、水、湿地等各类自然资源的基础物质”。
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新的定义中虽然仅增加了“土壤”二字，但却大大丰富了其科学内涵，主要有以下几点：表示土壤既是重要的自然资源，也是地表基质的一种特殊类型，二者是包含和孕育关系；地表基质对土壤的形成和变化起着决定性作用，可以形象地比喻为皮肤（土壤）与皮下组织（地表基质）的关系，如中国东北地区黑土地出现“变薄、变瘦、变硬”等问题，如果不从地表基质去分析，就很难说清原因，讲清“病根”；地表基质调查研究要在充分吸收利用土壤层和立地层相关调查研究成果的基础上，更加强调土壤层和立地层之下岩土体的一体化调查研究。
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地表基质概念的提出，强调了地球表层各类岩土物质对上部覆盖层的支撑孕育作用和下部地下资源层的控制影响，突破了传统地质工作主要注重地质体自身形成演化的调查研究范式，丰富拓展了地质工作的调查研究内容和服务方向，将支撑服务植被生长和农业生产的科学研究从土壤小循环拓展为地质大循环，不仅具有重要的科学意义，也具有广泛的应用价值。
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1.2 地表基质层的科学内涵及深度界定
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1.2.1 地表基质层的科学内涵
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《自然资源调查监测体系构建总体方案》（自然资源部，2020a❶）提出了地表基质层的概念，但没有给出地表基质层的定义，对其底部边界如何确定、需要考虑哪些要素等也没有做出说明。从地表基质的科学内涵及其支撑服务功能出发，笔者给出地表基质层的定义为：地表以下一定深度范围内的地表基质综合体。
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地表基质层是联系地表覆盖层和地下资源层的桥梁纽带，是地球表层水、碳和能量等物理、化学和生物要素交换过程最活跃的区域。因此，地表基质层是地表圈层界面过程研究（张甘霖等，2021）需要重点聚焦的地质空间，也是生态地质调查研究的核心对象（袁国礼等，2023）。
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1.2.2 地表基质层的深度界定
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基于地表基质的科学内涵和地表基质层的功能作用，地表基质层的深度范围界定可重点考虑以下特征因素：地下变温带深度、农作物和植被根系深度、表生岩溶发育带深度、风化壳厚度、潜水位埋深。表1列出了这些因素的一般深度范围。
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（1）地下变温带深度。地下岩土体温度是地下热力状况的重要参量，影响地下水分相变与碳呼吸过程（Bao Wankui et al.，2023），对植被生长和农业生产具有重要控制作用。高寒区地温的变化影响土壤冻融循环过程，改变水分迁移过程与土壤强度，削弱冻土区工程的地基稳定。地温自地表向下分为变温带、恒温带与增温带，其中变温带的厚度与当地气候密切相关。根据14个城市典型地质钻孔随深度变化曲线资料（王贵玲，2019），随纬度和海拔的增加，变温带厚度逐步增大：如哈尔滨市超过30 m，拉萨市约25 m，呼和浩特市和兰州市约20 m，石家庄市约14 m，长沙市不到10 m，广州市仅约8 m（图1）。变温带深度超过10 m的哈尔滨、拉萨、呼和浩特和兰州，10 m以浅是温度季节性变化最显著的深度，20 m以下温度变幅很小；变温带深度小于10 m长沙和广州，温度季节性变化幅度较大。
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（2）农作物和植被根系深度。玉米、小麦等深根农作物在东部季风区、西北干旱区平均最大根深为0.9 m和0.7 m（Fan Jianling et al.，2016）；在华北平原农耕区，玉米等深根作物的最大根深可超过2 m（廖荣伟等，2014）。木本植物（灌木、乔木）根系在东部季风区、西北干旱区平均最大根深为1.8 m和7.1 m（Canadell et al.，1996; Fan Ying et al.，2017; Tumber-Dávila et al.，2022）。在黄土堆积较厚的黄土高原，人工乔木林的根系可达25 m（Li Huijie et al.，2019）。
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（3）表生岩溶发育带深度。表生岩溶发育带为岩溶水的快速入渗和溶质、颗粒的运移提供了通道（周长松等，2022），其厚度是控制岩溶地区水循环的重要因素，也是最为重要的生态支撑层。中国南方典型岩溶区岩/土界面深度一般只有0.5~1.5 m（Luo Zidong et al.，2024），但表生岩溶发育带厚度要大得多，湿热多雨的桂林地区厚度可达10 m以上（张君等，2021）。
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（4）风化壳厚度。风化壳是山区土壤与地球表层新鲜基岩面的过渡带，对土壤水分再分配、地下水循环补给、植物有效水分利用率等有重要作用（骆占斌等，2022）。根据全国重要地质钻孔数据库数据，受控于地质构造和地层时代，不同地区风化壳厚度变化非常大，不发育的地区厚度只有3~4 m，大厚度地区超过100 m（Yan Fapeng et al.，2020）。
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（5）潜水位埋深。地下水是水循环系统的重要组成部分，可以直接或间接地作用于地表生态，影响到地表生态系统的形成与演变。旱区绿洲植被正常生长所需要的水分主要依靠浅层地下水，比如，西北旱区河岸适宜植被生长的最佳地下水埋深为2~4 m，水位埋深大于6 m时则对植被生长无明显影响（雍正等，2020）。根据《2022年国家地下水监测报告》，受控于地下水赋存条件和所处位置，不同地区潜水位埋深变化都很大。
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此外，从元素地球化学循环的角度，不同元素在垂向上的变化特征也可为地表基质层深度界定提供参考。根据吉林和辽宁等地区地表基质钻孔资料（图2），有机碳、TFe2O3、Na2O、K2O、Cd和Cr在垂向上表现出一定的分层变化特征。如有机碳在0~2 m含量较高，2~10 m含量逐渐降低，10~20 m变化幅度减小，20 m后整体趋于稳定；TFe2O3和Cd在0~2 m含量整体较高，2~10 m含量降低；Cr在0~4 m含量相对稳定，而在＞4 m后变化幅度较大。Na2O和K2O在不同地区表层中（0~2 m）含量接近，而在 ＞2 m后不同地区含量差异变大。
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综合考虑上述因素，笔者认为，地表基质层的深度一般不超过20 m，在垂直节理发育的厚层黄土区和高寒冻土区等特殊地区，深度会大一些。
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1.2.3 地表基质层的分层特征
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根据地表基质层的功能作用和特点，自地表向下划分为四层：
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浅层（0~2 m）：是地表能量与物质交换最活跃的层位，也是化学元素和微生物活动变化显著的浅层空间，极易受人类活动影响。浅层地表基质是土地质量、土壤和林草立地层调查研究的主要对象，地表基质调查要在充分收集利用这些成果资料的基础上，根据实际需要开展补充调查。
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图1 典型城市地下温度随深度变化图
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Fig.1 Typical urban underground temperature variation curves with depth
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（a）—广州；（b）—石家庄；（c）—哈尔滨；（d）—长沙；（e）—兰州；（f）—拉萨
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(a) —Guangzhou; (b) —Shijiazhuang; (c) —Harbin; (d) —Changsha; (e) —Lanzhou; (f) —Lhasa
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中深层（2~10 m）：是浅层地表基质（土壤层）的重要支撑，其岩土物质类型与结构对水盐运移传输和地下温度变化等起着决定性控制作用，对农业生产和植被生长具有重要影响。中深层地表基质是土地科学利用和生态保护修复需要高度重视的地质要素，也是大多数地区地表基质调查研究的主要目标层和这项工作的特色所在。
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深层（10~20 m）：是长周期气候波动的响应层，对深根植被、多年冻土层的变化等有重要影响。深层地表基质是多年冻土区和垂直节理较发育的厚层黄土区地表基质调查研究应达到的深度。
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超深层（＞20 m）：是全球气候变化的响应层，尤其在变温带深度超过20 m的寒冷地区，超深层地表基质温度的变化会对地下生态系统产生重要影响。超深层地表基质也是城镇和重大工程区地下空间开发利用需要关注的重要层位。
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地表基质层的调查研究深度与地表基质的物质组成类型、基岩风化程度、沉积相特征、水文地质条件、元素垂向变化及支撑服务目标等有密切联系（张甘霖等，2023）。因此，实际工作中，地表基质层的调查研究厚度需要根据解决的科学问题和支撑服务目标来厘定。
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1.2.4 地表基质关键约束层
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地表基质层内较为连续稳定分布，对植被和农作物生长、水盐储存和运移等具有重要控制和影响作用的岩土层，称之为地表基质关键层。如坝上高原张北县安固里淖流域的钙积层限制了杨树根系向下生长吸收地下水分（图3a）、南疆塔里木河下游的坚硬黏土层阻碍了胡杨根系在松散沙层的延展从而致其缺水枯死（图3b）等。关键层是地表基质调查研究中应予以重点关注的特殊层位。
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图2 吉林—辽宁地区典型钻孔地球化学元素（组分）含量随深度变化特征曲线（不同颜色曲线代表不同钻孔）
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Fig.2 Characteristic curves of geochemical element (component) content variation with depth in typical boreholes in Jilin and Liaoning region (different colored curves represent different boreholes)
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图3 坝上高原张北县（a）和南疆塔里木河下游（b）地表基质关键约束层特征
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Fig.3 Characteristics on key constrained layer of ground substrate in Zhangbei County of the Bashang Plateau (a) and lower reaches of Tarim River in southern Xinjiang (b)
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1.3 地表基质层与相关学科术语的关系
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地表基质层与地表覆盖层、土壤层、立地层、包气带、地球关键带等学科术语的空间关系大致如图4所示，它们之间既有联系又有区别。
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与土壤层和立地层一般不超过2 m的调查研究深度相比，地表基质层的调查研究深度要大得多，不仅包括土壤层和立地层，而且更侧重于岩石-母质-土壤间成土过程演化、物质转换及对地表覆盖层（作物、植被）的约束（张甘霖等，2021; 袁国礼等，2023）。
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水文地质学中的包气带是指从地表到地下潜水面的厚度，受控于地下水赋存条件和补给径流排泄特征，空间变化非常大。据《中国水文地质图》（程彦培，2018），西北内陆盆地戈壁带包气带厚度可达数百米，而在黄淮海平原东部和长江中下游平原区，包气带的厚度仅有数米，甚至地下水直接出露地表，不存在包气带；在调查研究内容上，传统包气带水文地质调查研究主要是了解掌握包气带中水分、盐分以及污染物等的传输过程和能力，而对岩土层的物质类型、结构、温度、水分、盐分、pH值、Eh值等理化性质指标与上覆植被生态的作用关系等关注很少。
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地球关键带的范围从覆盖层顶部到含水层底部，空间范围很大（National Research Council，2001），研究的重点是地表圈层的界面过程（张甘霖等，2021），不同学科领域研究者的侧重点不同，系统化的研究很少，特别是与植被生态密切相关的地表基质层研究更是地球关键带研究的短板。
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图4 地表基质层与相关学科术语的关系示意图（据Chorover et al.，2007修改）
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Fig.4 Schematic map of the relationship between ground substrate layer and other disciplinary terms (modified from Chorover et al., 2007)
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2 地表基质分类
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地表基质分类（types of ground substrate）是指按照一定原则对地表基质进行的分类和命名。原则和标准不同，分类结果可以有很多种方式。自然资源部已经发布的地表基质分类方案（试行）（自然资源部，2020b❸）将地表基质划分为四类三级。由于分类标准不统一，特别是三级分类又回归到不同学科体系且过于复杂，在实践中应用较为困难。近年来，不少研究者对地表基质分类进行了有益探索（殷志强等，2020; 侯红星等，2021; 姚晓峰等，2022）。笔者基于不同地区的试点调查实践经验，重点从地表基质的岩土物质类型、成因和生态服务功能角度出发，提出地表基质的五类三级分类方案，如表2和图5所示。
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2.1 分类原则
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地表基质分类遵循以下基本原则：
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（1）分类依据一致。根据地表基质形成、发育、演化的逻辑关系，以表征地表基质的岩土物质类型、成因类型和特征理化性质为主线，同一级的分类依据一致，从一级分类到三级分类逐级扩展细化。
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（2）分类结果简洁实用。一级和二级分类尽可能简单明了，类型数量不宜多，便于野外识别和填图；多数地区可以借助已有区域地质、第四纪地质和水文地质等基础地质调查研究成果，通过“资料改化”方式获得。三级分类体现地表基质孕育支撑各类自然资源的特质属性，需要通过野外实地调查和室内试验手段获取。
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2.2 分类方案
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根据上述原则，遵循地表基质的“基础物质”内涵，笔者将地表基质的一级类型划分为五类，即岩质、砾质、沙质、土质和泥质。五种类型地表基质的简要特征如下：
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图5 地表基质5类三级分类方案
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Fig.5 Three level classification scheme for five categories of ground substrate
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岩质：指天然形成的，具有一定结构、构造和稳定形状的矿物集合体。岩质主要由粒径大于200 mm的块体构成。
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砾质：指岩石经物理、化学或生物风化作用破碎而形成的块状砾级碎屑物，主要成分颗粒粒径≥2 mm。
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沙质：指未固结成岩的沙，主要成分颗粒粒径为0.06~2 mm。
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土质：指能够生长植物、发育成土壤的疏松物质层，主要成分颗粒粒径为0.002~0.06 mm。
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泥质：指长期处于水体覆盖下（深度通常在浪基面以下）的特殊沉积类型，以黏粒级沉积物为主，含沙粒很少、有黏性，主要成分颗粒粒径≤0.002 mm，具有较好的可塑性。
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第二级分类和第三级分类是第一级分类的向下细化延伸。
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第二级分类的依据增加了成因类型，因为成因是决定岩土性质的根本因素，不同成因的地表基质理化性质差别明显。第二级分类体现简洁明了、宜粗不宜细的原则。除岩质分类与自然资源部已经发布的地表基质分类方案（试行）（自然资源部，2020b❸）相同外，其他四种地表基质类型，按成因类型进行了简化归并，如将残积物和坡积物进行归并，统称为残坡积物；对冲积物和洪积物进行归并，统称为冲洪积物。
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第三级分类依据进一步增加了特征理化性质，这些特征理化性质面向地表基质调查研究成果的应用和表达。如富含某种化学组分或元素的地表基质对增加土地价值和利用效益具有重要意义，岩石的硬度和风化程度等表征其成土能力，砾质和沙质的分选性、粒度等表征不同的功能用途，土质的渗透性表征其透水透气性能，泥质的有机质表征其保肥、保水及碳储能力等。
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2.3 分类说明
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（1）与自然资源部已经发布的地表基质分类方案（试行）相比（自然资源部，2020b❸），第一级分类中增加了“沙质”，主要是基于我国沙地总面积超过9×105 km2的现实情况。
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（2）关于“沙”和“砂”的区别。固结成岩用“砂”，未固结成岩用“沙”，沙质地表基质是指未固结的沙。
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（3）地表基质的特征理化性质，如硬度、分选性和粒度、渗透性等特征理化性质在相关学科中有成熟的分类分级标准，可根据不同地区实际情况选取适宜的方案。
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（4）盐壳、生物质堆积、人工填土等特殊类型地表基质可以根据实际情况归类和命名。
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（5）由于土壤已有成熟系统的分类方案，本方案主要考虑土壤母质的类型，没有考虑表层土壤分类。
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3 地表基质层构型
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地表基质层构型，是地表基质层结构类型的简称，指不同类型的地表基质层位单元的垂向组合形式。地表基质层构型对上覆植被的类型、盖度及生长状况和包气带水的传输运移等具有明显的约束作用（殷志强等，2023），图6是地表基质调查试点地区的一些典型地表基质层构型。
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地表基质层构型的划分和命名主要考虑以下原则：针对地表基质的重点调查研究深度进行构型划分和命名；按照第二级分类划分地表基质层位单元；表层土壤不参与构型划分和命名；地表基质关键约束层在构型分类和命名中有所体现，如钙积层、泥炭层、古土壤层等；考虑到风化壳结构的独特性及分布的广泛性，单独作为一种构型。
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基于上述原则，将地表基质层构型概化为四种类型：
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（1）单一结构型：重点调查研究深度范围内地表基质类型单一，土壤层之下只有一个地表基质层位单元。如钙结核发育的风积黄土（图6a）、局部富集铁锰结核的冲湖积物、冲洪积砾、裸岩等。
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（2）双层结构型：重点调查研究深度范围内地表基质类型比较简单，土壤层之下存在两个地表基质层位单元。如粒度上细下粗的冲积物（图6b）、黄土-冲洪积砾等。
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（3）多层结构型：重点调查深度范围内地表基质类型复杂，土壤层之下存在三个及以上的地表基质层位单元。如从地表向下依次为黑土-风积沙-残坡积砾石-风化壳等（图6c）。
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（4）风化壳型：山地丘陵区地表基质层的一般构型。如塞罕坝地区的玄武岩风化壳（图6d）。
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实际应用中，可按照地表基质二级分类，对四种类型的地表基质层构型做具体化描述，建立地表基质层构型图谱。
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4 地表基质的理化和微生物性质
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土壤已有成熟的学科理论和较为完善规范标准体系。下文重点针对其他类型地表基质，总结提出与植被和农作物生长、生态系统安全等密切相关的理化性质和微生物性质指标体系（表3）。
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4.1 物理性质
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地表基质的物理性质主要包括成土能力和持水能力，粒度和分选性，水分含量和渗透性等。对于岩质地表基质，原岩破碎程度和风化成壤过程控制了风化壳残坡积物的结构性、矿物元素组成和化学性状（Lin Herry，2010; Banwart et al.，2013; Zhang Ganlin et al.，2021; 骆占斌等，2022）。对其他类型的地表基质，物理性质指标大多决定于第四系沉积物搬运过程中的沉积分选和搬运介质，包括重力、风力与河湖水动力的搬运分选过程，影响包气带水分的渗透性及传输运移和地下水毛细上升高度（李中恺等，2022）。
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对于北方地区的农作物和自然植被生态，地表基质的水分含量和持水性是主要约束因素，是其赖以生存的基本条件，是研究地表基质物理性质的关键指标；水分又与孔隙密切相关，所以孔隙度也是地表基质调查重要指标之一，孔隙是水分和空气连通的空间，也是植物根系伸展和微生物生活的区域。对南方地区，地表基质层的构型及其物性特征（风化破碎程度、孔隙与节理裂隙密度等）是主要调查指标。
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4.2 化学性质
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地表基质的化学性质主要包括岩质风化物的特征化学成分、土质和泥质的营养元素与有机质含量等。地表基质的主要化学指标可分为矿物元素、有机质、电化学性质、碳和黏土矿物成分及含量等（刘玖芬等，2024）。
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（1）矿物元素。包括营养元素（如K）、重金属元素（如黑色岩系区被淋溶的Cd）和特色元素（如Se）。其中营养元素为植物生长所必需元素，主要有N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl、C、H、O等元素。重金属元素主要指有害元素，具有累积性强、毒性大、不可逆转性、隐蔽性和滞后性强等特点，主要有As、Cd、Pb、Cr、Ni、Hg等元素。特色元素主要有Se、Sr、F、I等元素。
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图6 不同类型的地表基质层构型实例
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Fig.6 Typical examples of different types of ground substrate configurations
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（a）—陕西横山黄土剖面；（b）—江苏泰兴高沙土剖面；（c）—黑龙江宝清玄武岩-黑土剖面；（d）—河北塞罕坝玄武岩风化壳基质剖面
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(a) —loess profile in Hengshan of Shaanxi Province; (b) —high sandy soil profile in Taixing of Jiangsu Province； (c) —basalt-black soil profile in Baoqing of Heilongjiang Province； (d) —weathered-basalt substrate profile in the Saihanba area of Hebei Province
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（2）有机质。有机质是地表基质固相部分的重要组成，是植物营养的主要来源之一。
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（3）电化学性质。包括胶体、酸碱性（pH值）、盐分含量和氧化还原电位（Eh）。
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（4）碳含量。包括总碳、有机碳、无机碳等。
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（5）黏土矿物成分及含量。用于研究不同层位地表基质中黏土矿物组分构成、重建成土时的气候与环境等。
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4.3 微生物性质
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微生物与地表基质存在相互作用，微生物群落的演替受限于地表基质所提供的能量条件，同时，微生物群落的结构和功能也会影响地表基质的理化性质，地表基质的微生物性质主要包含腐殖质特征、酶活性特征和微生物多样性等。
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（1）腐殖质特征。腐殖质含量及组成可反映微生物群落代谢活性，改善地表基质结构，能够有效增加土质的渗透性，提高地表基质保水、保肥能力，减轻地表基质侵蚀，促进植物生长发育。
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（2）酶活性特征。土壤酶活性指标反映有机质残体分解速度和强度。
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（3）微生物多样性。微生物多样性分析结果反映了地表基质微生物群落结构与功能，指示地表基质的养分、氧化还原条件以及降解污染物、预防病虫害、抗侵蚀能力。
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5 结论
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本文在深入剖析地表基质和地表基层的科学内涵及其与相关学科术语的联系与区别的基础上，重点论述了地表基质分类、地表基质层构型、地表基质理化性质等问题，初步形成地表基质理论的基本框架，主要认识与结论如下：
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（1）丰富和完善了地表基质术语定义及其科学内涵。地表基质术语定义关于支撑自然资源的表述中增加了“土壤”，表示土壤既是重要的自然资源，也是地表基质的一种特殊类型，二者是包含和孕育关系。
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（2）厘定了地表基质与土壤、立地条件、包气带和地球关键带等相关学科术语的关系，明确了地表基质比土壤调查深度深，比地球关键带研究范围更聚焦，与传统地质相比更强调生态服务功能。
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（3）遵循简洁明了和分类一致性原则，依据地表基质的生态服务功能和物质类型、成因类型、特征理化性质，提出了地表基质的3级分类方案。
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（4）基于地下变温带深度，农作物和植被根系深度，表生岩溶发育带深度，风化壳厚度，潜水位埋深和元素地球化学循环的角度，将地表基质深度自上而下分为浅层、中深层、深层和超深层4层。并根据地表基质层的功能作用和特点，将地表基质层构型分为单一结构型、双层结构型、多层结构型和风化壳型4类。
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由于地表基质是一项新生事物，地表基质分类方案和地表基质层构型概化模型还需要在调查研究实践中不断完善。目前关于地表基质有不同见解实属正常，希望不同领域的专家学者积极探索，能够容错和及时纠错，共同促进地表基质调查研究发展和学科进步。
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致谢：中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心任金卫特聘研究员、中国科学院地质与地球物理研究所秦小光研究员、中国农业大学张凤荣教授、中国地质大学（北京）杨忠芳教授和袁国礼教授等参与讨论，中国地质调查局水文地质环境地质研究所王贵玲研究员提供了全国13处典型地区地温监测数据，在此一并感谢。
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注释
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❶ 自然资源部.2020a. 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. http://gi.mnr.gov.cn/202001/t20200121_2498506.html.
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❷ 中国地质环境监测院.2023.2022年国家地下水监测报告. https://www.163.com/dy/article/IJ3Q215605564CJA.html.
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❸ 自然资源部.2020b. 自然资源部办公厅关于印发《地表基质分类方案》（试行）的通知http://gi.mnr.gov.cn/202012/t20201222_2596025.html.
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摘要
地表基质是中国科学家提出的自然资源领域新概念。从理论层面加以阐释和规范，是迫切需要解决的重大课题。本文基于多个地表基质调查和研究项目实践，在深入研究思考的基础上，阐明了地表基质和地表基质层的科学内涵及其与相关学科术语的区别与联系，综合考虑地下变温带深度、农作物和植被根系深度、表生岩溶发育带深度、风化壳厚度、潜水位埋深等5方面因素界定了地表基质层的底部边界；基于物质类型、成因类型和特征理化性质，提出了5类三级的地表基质分类方案和4种基本类型的地表基质层构型划分方案；系统总结梳理了与植被和农作物生长密切相关的3大类20项地表基质理化性质和微生物性质指标。这些内容构成地表基质理论的基本框架，可作为地表基质调查研究的基本参考和遵循。
Abstract
The ground substrate is a new concept in the field of natural resources, proposed by Chinese scientists. Explaining and standardizing from a theoretical perspective is an urgent and significant issue that needs to be addressed at present. This article, based on the practices of multiple ground substrate investigation and research projects, clarifies the scientific connotation of ground substrate and its layer, as well as their differences and connections with related discipline terms through in-depth study and analysis. We comprehensively consider five factors: the depth of the underground temperate zone, the depth of crop and vegetation root systems, the depth of the surface karst development zone, the thickness of the weathering crust, and the burial depth of groundwater. Based on these factors, we define the bottom boundary of the ground substrate layer. This article proposes five three-level classification schemes for ground substrate and four basic types of ground substrate layer configuration division schemes based on the material type, genetic type, and characteristic physicochemical properties. Finally, we systemically summarize and sort out 20 indicators of ground substrate physical-chemical and microbial properties closely related to vegetation and crop growth. These indicators constitute the basic framework of ground substrate theory and can be used as a reference and basis for future ground substrate investigation and research.
