国土资源部土地利用重点实验室

1. 国土资源部土地利用重点实验室

（一）实验室简介
国土资源部土地利用重点实验室是国土资源部在土地科学领域培育的第一个实验室，其建设宗旨是面向国家战略和土地资源管理实践的需求，立足国际土地科技前沿，瞄准土地资源调查、监测、评价、规划与综合整治中的关键科技问题，攻克关键的土地科技难题，提升土地科学理论与技术创新能力，建立土地资源可持续利用的技术保障体系，为国土资源科学管理、合理利用以及经济社会全面、协调、可持续发展提供科技支撑。
（二）2013年度重要科研成果
1.区域土地利用变化与协同耦合及参与式规划方法研究
首次分析了我国长时间序列土地利用时空演变规律和区域差异及其内在影响机制与成因，提出了基于多模型集成和预测结果相互印证的土地利用供需预测方法；提出了区域尺度参与式土地利用规划模式、技术流程与技术导则，开发参与式土地利用规划网络讨论平台，发展和丰富了土地规划理论和方法体系；发展了面向多目标协同的土地利用冲突分析、结构优化、空间配置、方案优选等定量化评价与决策方法，解决了自动化、定量化程度低的难题；提出了区域尺度农用地和建设用地集约利用的宏观与微观影响机制与评价指标体系和方法，创新了面向地块的微观尺度农用地集约利用研究（图46）。
2.退化与废弃地遥感信息提取和监控信息系统开发及其应用
立足国土资源调查评价和国土整治重大工程，在“十一五”国家科技支撑重大项目课题、国土资源大调查重点研究项目和国土资源调查评价重大工程等资助下，构建了退化与废弃地监控作业系统，形成了完整的退化与废弃地监控技术体系与平台，发展和创新了土地资源监管技术和模式，丰富了土地资源遥感监测评价理论和方法体系，提高了土地资源监控的数字化水平，填补了我国这方面研究的空白，支撑和保障了国家重大工程的顺利实施和战略的增长需求。

2. 国土资源部重点实验室建设情况

截至2014年，国土资源部1家国家重点实验室正在建设，第一批6家、第二批8家，共14家国土资源部重点实验室正在运行，第三批46家国土资源部重点实验室正在建设中。
（一）发展历程
国土资源部重点实验室是国土资源科技创新体系的重要组成部分，是国土资源领域高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科技人才、开展高水平学术交流、科研装备先进的创新平台，依托国土资源系统和地质勘查单位、科研院所、相关高等院校和其他具有科技创新能力的法人单位开展建设，是依托单位内部相对独立的科研实体。
国土资源部一直高度重视重点实验室的建设，在原地质矿产部重点实验室基础框架下，于2004年批准建成第一批6家国土资源部重点实验室（表1），2007年批准建成第二批8家国土资源部重点实验室（表2）。2011年，国务院批准《找矿突破战略行动纲要（2011～2020年）》后，根据《国土资源“十二五”科学和技术发展规划》的部署，国土资源部适时启动了第三批重点实验室的遴选工作，并于2012年6月批准建设第三批46家国土资源部重点实验室（表3），其中，退化及未利用土地整治工程重点实验室于2013年4月通过国土资源部验收，航空地球物理与遥感地质重点实验室于2013年12月通过国土资源部验收，其余44家国土资源部重点实验室建设完成后，国土资源部将进行验收。

表1 第一批国土资源部重点实验室（6家）


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表2 第二批国土资源部重点实验室（8家）


表3 第三批正在建设的国土资源部重点实验室（46家）


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（二）研究领域分布
国土资源部重点实验室主要分布在7个研究领域，其中基础地质领域8家、勘查技术领域10家、矿产资源领域13家、矿产资源综合利用领域6家、水工环领域10家、国土资源综合管理领域4家、土地科学领域9家（图1）。

图1 国土资源部重点实验室研究领域分布情况

1.基础地质领域 
基础地质领域主要包括地层、构造、古地磁、古生物、沉积盆地、动力地质等传统地学基础学科。主要从事基础性、创新性的地球科学理论研究。
2.勘查技术领域
勘查技术领域主要包括航空地球物理与遥感地质、地球化学、应用地球物理、超深钻探、信息技术等地质找矿的新理论、新技术。
3.矿产资源领域
矿产资源领域主要研究我国金属和非金属矿产如铁、金、煤炭及典型地区如东北亚、三江等地的成矿模式、成矿机理等，以及海洋矿产、天然气水合物、页岩气等新兴资源的资源勘查评价等。
4.矿产资源综合利用领域
矿产资源综合利用领域主要涉及金属、非金属及“三稀”资源等的综合利用，主要包括钒钛磁铁矿、多金属矿、粘土矿物、贵金属、放射性与稀土稀散矿产等，其研究对于我国资源战略储备和建设资源节约集约型社会具有重要意义。
5.水工环领域
水工环领域主要包括地下水、地质环境和地质灾害，地下水主要包括地下水科学与工程等领域，地质环境主要包括地质环境监测工程技术等研究领域，地质灾害主要包括地面沉降、石漠化、地裂缝等地质灾害防治研究。
6.国土资源综合管理领域
国土资源综合管理领域主要定位于支撑国土资源部业务工作，从事前瞻性、理论性、战略性的研究，包括资源环境承载力、法律评价工程、国土资源战略研究、地质信息技术等，为国家和国土资源部的决策和政策制定提供基础信息和行业资讯。
7.土地科学领域
土地科学领域包括土地利用、土地整治、农用地质量与监控、海岸带开发与保护、建设用地再开发、退化及未利用土地整治、国土规划与开发、城市土地资源监测与仿真及土地实地调查监测技术等，利用调查、监测、模拟等手段为国土资源土地学科提供多元化和多方位的科技支撑。
（三）地域分布
国土资源部重点实验室分布在全国18个省、自治区和直辖市。其中北京市（含部系统在京单位）19家，四川省5家，广东省、河北省、陕西省及吉林省各4家，基本反映了国土资源部重点实验室研究力量的地域分布（表4）。

表4 国土资源部重点实验室地域分布情况      

（四）依托单位类型分布
国土资源部重点实验室的依托单位主要分布于国土资源部系统单位、各省(区、市)国土资源主管部门、地勘行业单位和相关高校。60家国土资源部重点实验室中，依托单一单位建设的有47家，两家单位共建的有13家。其中，国土资源部系统单位参与建设的有31家，各省(区、市)国土资源主管部门及地勘行业单位参与建设的有16家，相关高校参与建设的有20家。
（五）固定资产
据不完全统计，截至2013年12月31日，国土资源部重点实验室总建筑面积30.5m2，其中科研用房面积为19.8万m2，占总面积的65%；每家重点实验室平均建设面积近5100m2，科研用房面积近3300m2。科研仪器设备11841台（套），原值共计13.1亿元，平均每家重点实验室198台（套）。其中单台原值50万元以上的大型仪器设备717台（套），占总数量的6%；原值共8.0亿元，占总原值的61%（表5；图2）。

表5 国土资源部重点实验室固定资产情况

注：数据来源于国家科技基础条件资源调查。

图2 国土资源部重点实验室实验场地（a）、仪器设备数量（b）和仪器设备原值（c）情况

（六）科研经费
据不完全统计，截至2013年12月31日，国土资源部重点实验室科技经费收入共17.3亿元，主要来源于“973”、“863”、国家自然科学基金和科技支撑等国家级项目（课题）、国土资源部公益性行业专项，以及国土资源大调查项目。其中：政府资金13.8亿元，占总收入的80%；技术性收入2.7亿元，占总收入的15%。每家重点实验室平均科技活动经费收入为0.29亿元（表6；图3）。（政府资金：指来自政府的科技活动经费收入；技术性收入：指研究实验基地从事科学技术活动所获得的非政府资金（毛收入），如企事业单位和社会团体利用自有资金委托本单位开展科学技术活动所提供的资金，包括技术开发收入、技术转让收入、技术咨询及其他收入等。）

表6 国土资源部重点实验室科研经费收入情况

注：数据来源于国家科技基础条件资源调查。

图3 国土资源部重点实验室经费收入情况

3. 国土资源部大陆动力学重点实验室

2008年重要学术活动（1）参加第33届国际地质大会：实验室12名研究人员参加了第33届国际地质大会，其中有11人次作了口头报告，一人次为特邀报告。
（2）参加东京快速回应大地震的科学钻探国际研讨会：许志琴院士和曾令森研究员参加了研讨会，许志琴院士作了题为“Scientific Drilling on the Wenchuan Seismic Fault System,Sichuan Province,China”的报告，曾令森研究员作了题为“Understanding the Mechanism for Normal Fault Earthquake:Drilling the Southern Tibet Rift System”的报告。
（3）参加2008年亚洲大洋洲地质年会：2008年6月，杨经绥和张泽明研究员等参加在韩国举办的2008年亚洲大洋洲地质年会，作拉萨地体榴辉岩带的发现特邀报告，张泽明作大陆深俯冲的壳幔作用学术报告。
（4）杨文采院士访问美国加利福尼亚大学Santa Cruz分校：参加地震波波动理论及散射成像学术报告会，并作报告和会后“大峡谷”的野外考察。
（5）西欧微构造专家来实验室作学术报告和开展合作交流：2008年5月，著名流变学家、法国蒙贝利埃大学地质系David Mainprice教授和瑞士苏黎世联邦理工学院Luigi Burlini教授、Alba Simona Zappone博士，被邀请来实验室作学术报告和开展合作交流。
2008年度重要验收成果
“973”项目“大陆板块汇聚边界的地幔动力学和现代地壳作用”项目的课题验收获高度评价，项目同时得到国家自然科学基金委重大项目“中国大陆科学钻探主孔岩心的综合研究”资助，并于2008年7月通过评审验收。评审专家高度评价了8个课题，一致认为：该项目的各课题圆满完成预计的科学目标和任务，科研成果丰硕、具有创新性和重要的科学意义，在国内外地学界有重要影响，各课题均获得优秀成绩。

苏鲁超高压变质带中国大陆科学钻探代表性岩心标本


研究人员在西藏拉萨地体中新发现二叠纪高压—超高压变质榴辉岩带和蛇绿岩及印支造山运动的存在


与大陆动力学实验室合作多年的以法国科学院院士达波尼叶教授为首的研究群体，2008年10月与实验室研究人员在西构造结——帕米尔高原开展野外调查

4. 国土资源部岩溶动力学重点实验室

（一）实验室简介
国土资源部岩溶动力学重点实验室是国际岩溶研究中心，“岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心”国家级国际联合研究中心的主要依托单位，以岩溶动力学、地球系统科学为理论指导，在岩溶动力系统运行规律与岩溶作用对全球碳循环的意义及碳汇效应、石笋高分辨率古气候记录、应对极端气候岩溶含水层管理和脆弱岩溶生态系统对全球变化的响应等方面开展研究，并积极利用国际科技资源，解决岩溶地区各种环境问题，服务国家经济社会发展。
（二）2013年度重要科研成果
1.湖南湘西龙山莲花洞近2000年来气候变化石笋记录研究
莲花洞石笋LHD1和LHD3均为文石笋，有着高U含量（238U＞3×10-6），相对高的沉积速率（约0.1mm/年），适合精确定年，LHD1石笋顶部30mm的生长时间为1548～2011AD，LHD3石笋的生长时间为154BC～1510AD，主要生长时段均位于近2000年，满足了近2000年来极端事件研究的要求。
通过对莲花洞石笋进行XRD物相分析、碳氧同位素，元素和沉积结构证据相互验证发现，莲花洞石笋δ18O的变化在大趋势上响应夏季风强弱的变化，但是在年际、年代际尺度上反映区域降水量的变化，区域上表现为旱涝程度的变化。但是1950年以来由于石笋δ18O大幅偏正，而当地大气降水量只呈现微弱减少趋势，在亚洲夏季风减弱的趋势下，可能还叠加了其他因素的作用，导致了石笋δ18O的偏正。
莲花洞石笋记录到小冰期以来4次极端干旱事件，分别为明末清初干旱事件、1680～1697年干旱事件、1771～1827年干旱事件、1896～1902年干旱事件，4次干旱事件在当地的历史文献中都有记载，且表现为大范围的干旱事件。通过比较研究发现，4次极端事件的发生与2009～2010年西南大旱的发生均有着同样的大气环流背景，即太阳活动强度较弱，中东太平洋海温异常升高，表现为El Niño状态，中北太平洋温度负异常，PDO表现为正异常，西太平洋暖池海平面温度负异常，夏季风系统较弱，同时西太平洋副热带高压偏强，位置偏南、偏西，这样的环流背景造成了中国季风区大范围极端干旱事件的发生，这可能对预测阶段事件的发生有一定指导意义（图43）。

图43 莲花洞石笋δ18O揭示的武陵山区过去2000年来的季风强弱变化

2.岩溶地区水生植物光合作用固碳研究
为促进目前岩溶碳汇稳定性和速率等科学问题的深入研究，在分析桂林会仙岩溶湿地主要水生植物碳同位素的基础上，利用基于碳酸酐酶活性与植物碳同位素值显著正相关的二端元模型，估算了不同植物利用光合作用固定  的比例。结果表明，湿地核心区沉水植物光合作用固定  碳量在4.86～64.73t（C）/（km2·年）之间，挺水植物为15.68～453.01t（C）/（km2·年），平均值为76.74t（C）/（km2·年）。按平均值计算会仙湿地水生植物光合作用固定  碳量为4466.27t（C）·年，即在会仙湿地岩溶地下河补给的  中约47%被水生植物光合作用固定。水生植物光合作用固碳效果明显，是碳汇研究中不容忽视的一个十分重要的问题（表26）。

表26 17种水生植物钙含量与碳同位素特征

3.岩溶区典型水库调查发现库区水体存在热分层现象，且水体水化学主要受碳酸盐平衡体系控制
为更加清晰地认识无机碳在岩溶水库水体中的循环转化过程，2013年对位于岩溶区的广西五里峡水库沿流程方向不同地点不同深度水体进行现场监测、实验研究。结果表明：①研究区水体水化学主要受碳酸盐平衡体系控制，水化学类型为  型。②水体溶解无机碳（Dissolved inorganic carbon,DIC）含量及其同位素组成δ13CDIC分布特征：沿流程方向从库尾到坝前同一深度不同取样点DIC含量呈减小趋势（DIC平均：1.03→0.78meq/L），δ13CDIC则逐渐变重（δ13CDIC平均：-10.21‰→-6.62‰）；沿垂直方向从表层向库底DIC含量呈增加趋势（DIC平均：0.86→1.05meq/L），δ13CDIC则逐渐变轻（δ13CDIC平均：-7.88‰→-13.39‰）。分析认为：①碳酸盐岩溶解沉淀过程对研究区水体DIC含量及δ13CDIC的影响有限或被其他过程平抑。②研究区水体存在热分层现象，其通过影响水库不同部位、不同深度水生生物新陈代谢的方向及强度、有机质分解强度等对水体DIC及δ13CDIC产生影响，使之出现前述变化趋势（图44，图45）。

图44 五里峡水库库区水文地质示意图


图45 五里峡水库方解石、白云石饱和指数分布

5. 国土资源部地下水科学与工程重点实验室

（一）实验室简介
国土资源部地下水科学与工程重点实验室是国土资源部和中国地质科学院科技创新体系的重要组成部分，是组织我国地下水科学领域高水平基础研究和应用研究、聚集和培养优秀科技人才、开展科技创新和学术交流的重要基地，是代表国家学术水平、实验水平和管理水平的实验研究基地和学术活动中心。重点实验室依托中国地质科学院水文地质环境地质研究所尖端科研资源优势，瞄准国家重大需求和国际地球科学发展前沿，深入研究地下水可持续利用方面的重大前沿基础科学问题和关键科学技术问题，实现地下水可持续利用领域的原始性创新，获取对地下水可持续利用具有战略意义的自主创新成果。通过实验室建设，推进国内、国际科技合作，营造有利于促进人才不断成长并充分发挥创新人才作用的环境，成为“地下水科学与工程国家重点实验室”和人才培养基地。
（二）2013年度重要科研成果
由实验室承担的国家重点基础研究发展计划（“973”）项目“华北平原地下水演变机制与调控”中的第三课题“深层含水层系统变异与地下水可更新能力演变机理”，经过近4年的综合研究取得了一定的进展，主要成果如下。
1.深化了水-土复合作用及地面沉降发生机理认识
采用基于比奥固结理论的ADINA有限元分析软件建立了三维地面沉降数值模型，提出了优化的地下水开采层位和控制地面沉降措施。分析了实施封井措施及反复抽水作用下的地面变形效应，提出了耦合效应因子的概念,揭示了抽水和荷载对地面沉降的共同作用规律。通过建立考虑滞后作用的地面沉降阿尔蒙分布滞后模型，对沧州地区地面沉降量进行了模拟预测。分析了在不同加载条件下含水砂层与黏性土层的变形规律，根据典型黏性土样实验结果，确定了压缩量与释水量之间的关系（图40）。
2.编制了华北平原地面沉降防治分区图
划分了华北平原地下水调控类型分区，为提出各分区地下水调控目标与措施提供了基础依据。
3.探索了地下淡水-咸水界面移动与驱动机制
开展了咸水下移的驱动机制研究，模拟了在大规模开采形成的水头差、弱透水层和天窗的补给条件下咸淡水下移的过程。建立了咸淡水界面运移数值模型，模拟了弱透水层的吸附解析机制对咸水下移的影响。采用地球物理探测方法对典型地区的地质剖面进行高密度电阻率成像，其反演结果验证了基于T-PROGS建立的水文地质结构模型，为建立典型地区的淡咸水界面运移模型提供了可靠依据。根据黏性土的化学渗透特性，利用PHREEQC软件通过模拟浅层地下水化学组分的溶解、沉淀和运移，得到了浅层地下水中的降水入渗比例，初步揭示了浅层咸水淡化的部分机理（图41，图42）。

图40 封闭不同含水层开采井地面变形曲线


图41 基于T-PROGS的地质结构模型


图42 单目标与多目标优化后的盐度分布对比

4.证明了越流过程中黏性土存在阻盐效应
通过膜效应室内试验分析了越流机理，通过水化学、同位素的证据表明膜效应的存在。原状土样对NaCl溶液中氯离子的截留作用存在一定的旋回变化；水化学证据方面，分析NaCl溶液中氯离子的截留过程有三段变化，粘土膜实验前后易溶盐测试，表现出了“滤盐”的性能；同位素证据方面，氯离子在膜效应作用下发生分馏，δ37Cl值减小。初步总结了膜效应在浓度、压力、孔隙等因素下的发生规律。
5.认识了复合地下水漏斗演变及地下水可更新能力
对石家庄至沧州剖面深层承压含水层同一地下水样品进行14C及惰性气体样品分析，通过对比分析地下水14C年龄与4He年龄，获取了可靠的河北平原中部深层承压水的年龄信息，证实了4He测年在研究区应用的可靠性，由此初步评估了河北平原深层含水层的更新能力。利用MODFLOW结合井中垂向流测定进行了井内垂向流数值模拟，分析了沧州漏斗区深层地下水开采井中垂向流对开采资源组成的影响，初步证实了井中渗漏在开采资源中占有重要比例。

6. 国土资源部岩溶动力学重点实验室

（1）《岩溶动力学的理论与实践》（2008.6北京，科学出版社）出版。该书是岩溶动力学重点实验室十年成长历程的总结与回顾，包括：历史的回顾、岩溶动力学理论概述、岩溶动力学重点实验室建设与人才培养、岩溶动力学重点研究的重要成果及经济社会公益服务、国际地质对比计划与国际岩溶研究中心。
（2）公元8世纪以来贵州荔波石笋高分辨率的气候变化记录研究。通过中国贵州荔波龙泉洞Ll及L2两根石笋19件ICPMS230Th测年和459件氧稳定同位素分析，L1时限范围为918～1910a A.D.,L2为724～1888a A.D.，平均分辨率分别为6.6a和3.6a。两根石笋δ180记录取得了平行一致的结果，可分为3个气候期，即：中世纪冷期（公元8世纪～995a A.D.），中世纪暖期（995～1340a A.D.），小冰期（1340～1880a A.D.）。
（3）人类活动与典型岩溶含水层的监测研究。为了解农村地区的岩溶含水层的水质变化，选择融安官村地下河流域为研究对象。结果表明岩溶水的水质的空间变化与土地利用存在很好的对应关系。地下河的硝酸盐浓度规律性地在每年春季（开播施肥）出现高峰，夏季高峰逐渐消失。初步估算地下河氮的总输入量为66.61吨，总输出量为21.24吨。与20世纪70年代对比，地下河的硝酸盐和硫酸盐浓度有了显著的升高。

中国地质科学院年报.2008

7. 国土资源部岩溶动力学重点实验室

2009年度国土资源部岩溶动力学重点实验室承担中国地质调查局计划项目1项、国家自然科学基金7项、社会公益项目2项、地质调查类工作项目2项、横向项目4项、其他项目6项，为加强学科交叉设实验室开放课题和主任基金共15项。

袁道先院士向Richard Lawrence Edwards教授介绍桂林岩溶概况

2009年度学术交流与学术会议：实验室于2009年组织出国进行野外考察及参加国际会议9项，邀请国内外学者讲学10人次。联合举办国际研讨会及培训班1个。
2009年6月美国明尼苏达大学程海教授和Richard Lawrence Edwards教授应邀到实验室进行了访问。利用中国西南地区独特的资源优势，结合美国明尼苏达大学顶尖的MS-ICP-MS测试技术，在中国西南地区建立50万年来高分辨率的石笋气候地层学标准剖面，为全球变化研究及晚第四纪气候年代地层学提供可靠的时间系列标尺。2009年9月，袁道先院士、姜光辉副研究员参加了在克罗地亚举办“岩溶环境可持续性——第纳尔岩溶及其他地区岩溶”国际会议，两人分别向大会做了“The groundwater protection issure in karst regions of southwest China”和“Resource,environment and development in Fengshan Geopark karst area”两个报告。姜光辉作为IAH Karst Commission的副主席参与优秀青年研究者奖评选。
实验室为国际岩溶研究中心的建设和发展做出了重要的贡献。如为“岩溶生态与水文”国际培训班的召开，中心理事会、中心学术委员会的召开，中心管理体制的建立等做出的努力；主要由实验室人员负责编写的碳汇项目的立项通过国土资源部的审查，该项目的启动将加强地质碳汇监测研究，建立中国地质碳汇监测网络；对武鸣灵水来源的研究工作得到武鸣县政协高度重视及大力支持，并邀请其为2010年县政协提案报告；实验室人员出席哥本哈根世界气候大会，是中国地质科学院第一次派代表参与联合国气候变化框架公约缔约方会议暨京都议定书缔约方会议；实验室编写的桂林市雁山区大埠乡岩溶区石漠化综合治理规划已列入雁山区政府工程。

“中国西南岩溶石山地区重大环境地质问题及对策研究”咨询研讨会及“岩溶地区资源管理方法与准则”培训班代表

在核心期刊发表学术论文28篇，其中SCI检索2篇，培养研究生13人。

8. 第一批、第二批国土资源部重点实验室评估结果

国土资源部重点实验室评估工作分为现场评估和会议复评两个阶段。
（一）现场评估
2013年6月19日至8月26日，国土资源部科技与国际合作司采用常务专家和专业领域专家相结合的方式组成专家组，将21位专家分成13个评估专家小组，分别对所负责的实验室进行了现场评估，现场评估经过听取实验室主任工作报告、学术报告、质疑答辩、现场考察和认真深入的交流讨论，形成评估报告和意见，现场评估专家参照评估指标体系给出现场评估分数（满分为120分）（表24）。

表24 第一批、第二批国土资源部重点实验室现场评估打分


续表

（二）会议复评
2014年4月10日，国土资源部重点实验室办公室组织集中复评专家8人（其中现场评估专家6人）在中国地质科学院进行会议复评和综合评议，评估专家在听取现场评估专家组组长的情况汇报后，又经过查看评估材料、综合评议和交流讨论、记名投票排序等评估程序，得到了参评13家国土资源部重点实验室的综合评估结果（表25）。

表25 第一批、第二批国土资源部重点实验室综合评估结果