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福建省生態(tài)地球化學學科發(fā)展報告

福建省地質(zhì)學會

生態(tài)地球化學是一門新興學科。該報告闡述了生態(tài)地球化學學科國內(nèi)外發(fā)展概況、福建省學科發(fā)展現(xiàn)狀及取得的主要成果，分析了學科發(fā)展趨勢和存在問題。根據(jù)福建省學科發(fā)展實際，提出了學科發(fā)展的總體構(gòu)想和預期發(fā)展目標，論述了學科發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，提出學科發(fā)展建議。

生態(tài)地球化學 現(xiàn)狀 趨勢 學科發(fā)展 福建省

1 概述

生態(tài)是指生物在一定的自然環(huán)境下生存和發(fā)展的狀態(tài)。生物的生存與發(fā)展受自然環(huán)境的影響，同時也影響著自然環(huán)境，尤其是人類的生存與發(fā)展深刻地影響著自然環(huán)境。生態(tài)學（Ecology）就是生物與環(huán)境及生物與生物之間相互關(guān)系的科學。

地球化學（Geochemistry）是研究地殼（地球）中化學成分和化學元素及其同位素的分布、分配、共生組合、集中分散及遷移循環(huán)規(guī)律、運動形式和全部歷史的科學[1]。應用地球化學的原理、方法研究生物與環(huán)境之間的物質(zhì)遷移與生態(tài)效應關(guān)系，具有揭示本質(zhì)、回溯歷史和預測未來的獨特優(yōu)勢，這是地球化學與生態(tài)學結(jié)合發(fā)展生態(tài)地球化學學科的動因。

生態(tài)地球化學（Ecological geochemistry）是依據(jù)地球化學理論，采取地球化學調(diào)查研究方法和生態(tài)系統(tǒng)評價技術(shù)路線，研究元素地球化學分布、分配狀態(tài)與生態(tài)環(huán)境之間關(guān)系的科學[2]。土壤、水和沉積物中的化學元素含量，關(guān)系到農(nóng)作物生長和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)系到人民身體健康。隨著工業(yè)化進程的加快，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，西方發(fā)達國家近年來實施了多項計劃，以查明環(huán)境中各種化學元素含量及其分布分配規(guī)律。在這個過程中，“生態(tài)地質(zhì)”的概念在前蘇聯(lián)產(chǎn)生，“生態(tài)地球化學”一詞最早出現(xiàn)在1988年俄羅斯召開的第四屆“當代條件下地球化學勘查的理論與實踐”會議文集中[3]。1988年以來實施的國際地球化學填圖計劃（IGCP259）和全球地球化學基準計劃（IGCP360），是現(xiàn)代全球生態(tài)地球化學研究的里程碑。

經(jīng)過近30年來的發(fā)展，形成了以生態(tài)地球化學填圖為基礎(chǔ)，針對各個生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全和健康評價為目的的生態(tài)地球化學研究方向。生態(tài)地球化學填圖是生態(tài)地球化學學科發(fā)展的基礎(chǔ)，通過查明和圈定不同級次生態(tài)系統(tǒng)的地球化學場，區(qū)分和評價自然分量和人為分量，從而為土地利用規(guī)劃、建立環(huán)境地球化學基準、研究地球化學與健康關(guān)系、預測礦產(chǎn)資源、指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等服務[4]。

中國的勘查地球化學走在世界前列，隨著地質(zhì)工作由資源型向資源—環(huán)境型轉(zhuǎn)變，地球化學調(diào)查由以礦產(chǎn)勘查為主轉(zhuǎn)向生態(tài)環(huán)境和礦產(chǎn)勘查兼顧。從1999年開始，中國地質(zhì)調(diào)查局提出了“多目標地球化學填圖”的概念，實施基礎(chǔ)性、公益性1∶25萬多目標區(qū)域地球化學調(diào)查計劃。該計劃是一項以土壤層為主要調(diào)查對象的生態(tài)地球化學填圖工作，目的是掌握國家尺度的土地資源質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)區(qū)域性重大生態(tài)地球化學問題，為生態(tài)地球化學評價與研究提供基礎(chǔ)。中國的生態(tài)地球化學體系架構(gòu)見圖1。

圖1 中國生態(tài)地球化學體系架構(gòu)

2 福建省生態(tài)地球化學學科發(fā)展現(xiàn)狀

福建省生態(tài)地球化學調(diào)查與研究工作，以2003年開始沿海經(jīng)濟帶生態(tài)地球化學調(diào)查、2016年開展福建省農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作為標志，大致可劃分為前期探索、1:25萬多目標區(qū)域地球化學調(diào)查和1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價三個階段。

2.1 前期探索

從上世紀80年代開始，隨著1:20萬區(qū)域化探水系沉積物測量成果的陸續(xù)取得，地球化學工作者開始探索區(qū)域地球化學資料在生態(tài)環(huán)境學、農(nóng)學、醫(yī)學上的應用，主要包括以下幾方面工作[5]：

環(huán)境質(zhì)量評價方面，利用計算機編制泉州—湄洲灣地區(qū)污染指數(shù)分級圖，評價地表環(huán)境質(zhì)量，結(jié)果表明，該區(qū)8000km2范圍內(nèi)81.1%的陸域沒有出現(xiàn)明顯的環(huán)境污染(Cu、Pb、Cd、Cr、Hg、As、F等)，但已面臨環(huán)境污染的嚴重威脅，應引起密切關(guān)注。

農(nóng)業(yè)地質(zhì)方面，開展了霞浦縣農(nóng)業(yè)地質(zhì)研究及霞浦劍蟶、福鼎四季柚、永泰芙蓉李等品種的專項研究。

醫(yī)學地質(zhì)方面，利用區(qū)域化探資料，1990年研究了長樂高發(fā)胃癌的環(huán)境病因；1994年參與國家“八五”醫(yī)學科技攻關(guān)項目“胃癌高發(fā)現(xiàn)場化學病因研究”；1997年參與編制出版了《福建省惡性腫瘤地圖集》。

以上農(nóng)業(yè)地質(zhì)、醫(yī)學地質(zhì)研究應用地球化學資料嘗試解決生態(tài)系統(tǒng)某一部分所存在的問題，為確定生態(tài)地球化學的技術(shù)方法積累了經(jīng)驗。

由于早期的區(qū)域地球化學資料為水系沉積物測量成果，雖然沉積物與土壤有密切關(guān)系，但不能完全代表土壤。而區(qū)域化探的主要目的是礦產(chǎn)勘查，分析樣品選用小于60目篩的細粒沉積物，部分微量元素含量有所濃集，測試指標也不夠齊全，影響到成果資料在生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)上的應用。1999年，中國地質(zhì)調(diào)查局啟動了厚覆蓋區(qū)（第四紀堆積物覆蓋的平原區(qū)）區(qū)域地球化學調(diào)查試點項目，以土壤為主要采樣介質(zhì)，測試指標達54種。2000～2002年，福建省實施了“廈門—漳州地區(qū)1:25萬多目標區(qū)域地球化學調(diào)查”試點項目，驗證了勘查地球化學方法在解決生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)地質(zhì)問題上的有效性。

2.2 1:25萬多目標區(qū)域生態(tài)地球化學調(diào)查

為改善福建省沿海經(jīng)濟帶生態(tài)環(huán)境，為區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和規(guī)劃提供科學依據(jù)，福建省人民政府與中國地質(zhì)調(diào)查局于2002年9月簽署協(xié)議，合作開展“福建省沿海經(jīng)濟帶生態(tài)地球化學調(diào)查”項目，涉及福建省沿海地區(qū)陸地及近岸淺海面積近4萬km2。項目包含“1:25萬多目標區(qū)域地球化學調(diào)查”、“區(qū)域生態(tài)地球化學評價”、“局部生態(tài)地球化學評價”和“總體綜合評價”四個層次的工作，其調(diào)查物質(zhì)的多樣性、測試指標的全面性與精準度、多學科的協(xié)同研究、專項研究的廣度與深度、生態(tài)地球化學評價的層次和成果的內(nèi)容與質(zhì)量等，都代表本階段的最高水平，也基本代表了福建省生態(tài)地球化學學科的發(fā)展水平。2008年6月，雙方又簽署了《關(guān)于開展福建省公益性地質(zhì)調(diào)查和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查合作協(xié)議》，其中第2條約定開展三明、南平、龍巖地區(qū)多目標地球化學調(diào)查，隨后相繼開展了龍巖地區(qū)、永安—德化地區(qū)、三明地區(qū)、屏南縣—邵武市、光澤—拓榮地區(qū)1∶25萬多目標區(qū)域生態(tài)地球化學調(diào)查工作。到2016年，1∶25萬多目標區(qū)域生態(tài)地球化學調(diào)查工作已覆蓋福建全省陸域，調(diào)查成果的綜合集成工作正在進行之中。

1∶25萬多目標區(qū)域地球化學調(diào)查是一項覆蓋全區(qū)的基礎(chǔ)性調(diào)查工作，采用雙重網(wǎng)格法布設(shè)土壤樣品。地表土壤采樣密度1個點／km2，采樣深度0～20cm；深部土壤采樣密度1個點／4km2，采樣深度為1.5～2.0m；所有樣品均過20目篩，并按4個相鄰網(wǎng)格的樣品組合為一個分析樣進行測試。樣品采用X射線熒光光譜、等離子光譜、石墨爐原子吸收光譜、氫化物原子熒光光譜、發(fā)射光譜等一整套大型精密儀器測試銀(Ag)、砷(As)、金(Au)、硼(B)、鋇(Ba)、鈹(Be)、鉍(Bi)、溴(Br)、總碳(C)、鎘(Cd)、鈰(Ce)、氯(Cl)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、氟(F)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、汞(Hg)、碘(I)、鑭(La)、鋰(Li)、錳(Mn)、鉬(Mo)、氮(N)、鈮(Nb)、鎳(Ni)、磷(P)、鉛(Pb)、銣(Rb)、硫(S)、銻(Sb)、鈧(Sc)、硒(Se)、錫(Sn)、鍶(Sr)、釷(Th)、鈦(Ti)、鉈(Tl)、鈾(U)、釩(V)、鎢(W)、釔(Y)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、硅(SiO2)、鋁(Al2O3)、鐵(TFe2O3)、鎂(MgO)、鈣(CaO)、鈉(Na2O)、鉀(K2O)、有機質(zhì)和pH，共54項指標。采用了具有中國特色的野外工作和樣品分析質(zhì)量監(jiān)控體系，調(diào)查數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性、規(guī)范性、可對比性在國際上處于領(lǐng)先水平。

生態(tài)地球化學評價是一項專題性研究工作。主要從區(qū)域和局部出發(fā)，研究重要地球化學異常對生態(tài)環(huán)境的影響，或就特定服務領(lǐng)域進行應用研究。以 “福建省沿海經(jīng)濟帶生態(tài)地球化學調(diào)查”項目為例，科研人員開展了土壤地質(zhì)地球化學斷面、河流向海洋輸送物質(zhì)、城市大氣降塵、農(nóng)田重金屬污染等過程中元素來源及遷移轉(zhuǎn)化研究、大宗作物及貝類生態(tài)地球化學特征研究、地球化學環(huán)境質(zhì)量評價與預警研究、惡性腫瘤的地球化學環(huán)境病因研究，以及安溪鐵觀音茶、莆田批杷、寧德二都蚶、長樂西施舌品質(zhì)與產(chǎn)地環(huán)境關(guān)系研究等。評價工作采集了土、水、氣、動植物、灰塵等各種天然介質(zhì)及人體組織（頭發(fā)、血清、尿液）總共20類樣品，總計7.16萬件，測試數(shù)據(jù)約121.97萬個。該項目在多個方面填補了福建省研究工作的空白，包括不同地質(zhì)背景的土壤礦物學研究、土壤水的地球化學研究、河流懸浮物元素含量研究、大氣干濕沉降中重金屬含量研究、淺海高分辨率沉積柱研究、210Pb同位素定年研究等。

后續(xù)開展的1:25萬多目標區(qū)域生態(tài)地球化學調(diào)查工作，則更加側(cè)重于土地質(zhì)量地球化學評價以及富硒農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)應用研究，并進行了土壤碳儲量的計算。

2.3 1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價

2008年開展的“福建省典型市縣級土地質(zhì)量地球化學評估”項目，完成了龍海市北半部1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價工作，這是“市縣級1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價”工作試點。隨著全省1:25萬多目標區(qū)域生態(tài)地球化學調(diào)查工作的陸續(xù)開展，在龍巖、三明地區(qū)開展了部分農(nóng)田集中連片區(qū)的1:5萬土壤生態(tài)地球化學調(diào)查（長汀濯田、沙縣夏茂等14個片區(qū)）；在詔安、云霄、三元、壽寧、大田等縣區(qū)部分富硒土壤區(qū)開展了土地質(zhì)量地球化學評價（1/5萬—1/1萬）。以上大多為零散的小片區(qū)試驗性工作，僅龍海市完成了全域的1:5萬評價。

為了促進并加快生態(tài)文明先行示范區(qū)建設(shè)，2016年3月，福建省人民政府辦公廳下發(fā)省國土資源廳、財政廳、農(nóng)業(yè)廳制定的《福建省農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作實施方案（2016—2020年）》（閩政辦[2016]30號），決定在全面完成1/25萬多目標區(qū)域地球化學調(diào)查的基礎(chǔ)上，開展全省耕地連片集中區(qū)1：5萬～1∶1萬農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查（土地質(zhì)量地球化學評價），主要任務為查明土壤營養(yǎng)元素及硒、鋅等有益元素、有毒有害元素含量分布狀況，評價影響土地質(zhì)量的主要地球化學因素及其生態(tài)地質(zhì)環(huán)境因素，進行土地質(zhì)量地球化學等級劃分，為土地利用總體規(guī)劃調(diào)整、永久基本農(nóng)田劃定、土地整治、污染防治等方面提供技術(shù)資料。

福建省農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價采用評價單元結(jié)合網(wǎng)格化方法采集表層土壤樣品，采樣深度0～20cm，樣品過2 mm 的孔徑篩（10目標準篩）。1:5萬土壤樣品基本采樣密度為4～16件/km2；評價單元面積90～400畝。1:10000土壤樣品基本采樣密度為20～64件/km2。評價單元面積20～75畝。樣品測試指標共25項，包括：大量營養(yǎng)元素堿解氮、速效磷、速效鉀、氮(N)、磷(P)、鉀(K)；中量營養(yǎng)元素鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)；微量有益元素硼(B)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉬(Mo)、氯(Cl)；人體特效元素硒(Se)；人體有毒元素砷(As)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)、鉛(Pb)、鎳(Ni)；以及土壤性狀指標全鐵（以Fe2O3表示）、有機質(zhì)、酸堿度(pH) 。

目前，已開展了24個縣市農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作。計劃到2020年，實現(xiàn)全省耕地1:5萬農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作全覆蓋，1:1萬農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作覆蓋率達10%。

3 福建省生態(tài)地球化學研究工作取得的主要成果

3.1 1:25萬多目標區(qū)域生態(tài)地球化學調(diào)查成果

（1）系統(tǒng)調(diào)查了全省陸地表層土壤、深層土壤、淺海（10m以淺）—灘涂區(qū)表層沉積物、柱狀沉積物的52種元素和有機質(zhì)含量和pH，獲得了高精度的分析測試數(shù)據(jù)近220萬個，數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性、規(guī)范性、可對比性處于國際領(lǐng)先水平。調(diào)查成果為福建生態(tài)地球化學學科的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，同時為地學、農(nóng)學、醫(yī)學、環(huán)境學、生態(tài)學等學科提供了大信息量的、內(nèi)涵豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為生態(tài)省建設(shè)、土地資源管理、有機和特色農(nóng)業(yè)規(guī)劃以及科研教學等提供準確的基礎(chǔ)性生態(tài)地球化學資料，具有里程碑式的深遠意義和極其重要的使用價值。

（2）初步查明了福建省陸地表層土壤、淺海沉積物環(huán)境質(zhì)量狀況；求取的反映現(xiàn)狀環(huán)境、原始環(huán)境各指標的系列地球化學參數(shù)，是客觀評價環(huán)境變化、評估工業(yè)化對環(huán)境影響程度的重要依據(jù)。圈定以鉛、鎘、汞為主的重金屬異常區(qū)，為開展土壤污染治理提供了依據(jù)。從大區(qū)域、長時間的時空尺度來研究大循環(huán)過程中出現(xiàn)的異常，對理解生態(tài)環(huán)境問題具有不可替代的作用。

（3）初步查明了福建省富硒、富鋅等優(yōu)質(zhì)土地資源狀況。圈定富硒土地面積3.26萬km2，占全省陸地面積的26.85%，發(fā)現(xiàn)了一大批富硒農(nóng)產(chǎn)品。這些可重復利用的寶貴土地資源，是福建省發(fā)展富硒等優(yōu)質(zhì)、高附加值的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的資源保障，蘊藏著不可估量的價值。

（4）項目取得了精確的土壤碳儲量數(shù)據(jù)，計算了不同土地利用類型、不同地質(zhì)背景和地貌類型的土壤全碳和有機碳儲量，為全球氣候變化研究提供了基礎(chǔ)資料。

（5）開展了不同生態(tài)系統(tǒng)元素來源及遷移轉(zhuǎn)化研究，農(nóng)田區(qū)、城市與工礦污染區(qū)、地理流行病區(qū)生態(tài)地球化學評價，重金屬污染變化趨勢研究等系列生態(tài)地球化學評價、研究與預警；進行了特色農(nóng)產(chǎn)品、名優(yōu)品質(zhì)與產(chǎn)地環(huán)境的關(guān)系研究，生態(tài)環(huán)境與惡性腫瘤、居民健康關(guān)系等專項研究。通過這些評價和研究，發(fā)現(xiàn)了一批重大科學問題。

（6）掌握了一套較為完善的生態(tài)地球化學調(diào)查評價的技術(shù)方法，促進了地球化學與農(nóng)學、環(huán)境學、生態(tài)學、醫(yī)學等學科的融合，拓寬了技術(shù)人員的視野和思路，培養(yǎng)了一批跨學科的技術(shù)人才，為福建省生態(tài)地球化學學科發(fā)展奠定了技術(shù)和人才基礎(chǔ)。

3.2 1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價成果

（1）系統(tǒng)采集了耕地土壤、大宗農(nóng)產(chǎn)品、特色農(nóng)產(chǎn)品樣品，部分區(qū)域采集了灌溉水、大氣干濕沉降樣品，測試獲得了土壤養(yǎng)分指標全量及有效量、重金屬元素、有益元素等指標數(shù)據(jù)，為土地質(zhì)量管護及土壤學、農(nóng)學、環(huán)境學、生態(tài)學等相關(guān)學科的研究提供了重要的生態(tài)地球化學基礎(chǔ)資料。

（2）開展各評價單元（地塊）土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價、土地質(zhì)量地球化學綜合等級劃分、農(nóng)產(chǎn)品安全性評價。評價成果對補充完善土地分等定級、高標準農(nóng)田劃分、土壤污染詳查、土地利用規(guī)劃制定等，具有重要的使用價值。

（3）準確劃分富硒富鋅等優(yōu)質(zhì)土地資源，評價富硒富鋅農(nóng)產(chǎn)品，為優(yōu)質(zhì)土地資源開發(fā)和富硒富鋅特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的區(qū)劃與發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)，提供科學依據(jù)。

（4）針對性地評價土壤養(yǎng)分特別是微量元素養(yǎng)分的豐缺，對農(nóng)田合理施肥特別是施用微量元素肥料、提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的指導意義。為研究名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品對土壤質(zhì)量的具體要求及適宜性提供了準確資料。

3.3 成果推廣應用及其效益

福建省生態(tài)地球化學調(diào)查研究成果的推廣應用，目前主要體現(xiàn)在富硒優(yōu)質(zhì)土地資源的開發(fā)利用方面，效益極為顯著。詔安縣、云霄縣、壽寧縣、大田縣、三元區(qū)、明溪縣等地方政府均大力開展富硒土地資源的開發(fā)利用工作，以詔安縣、壽寧縣為例說明如下。

詔安縣以1:25萬多目標生態(tài)地球化學調(diào)查發(fā)現(xiàn)的大面積富硒土地資源優(yōu)勢為依托，2013年7月申報獲得了中國營養(yǎng)學會授予的“中國海峽硒都”榮譽稱號，2013年11月授牌儀式當天簽約7個涉硒項目，總投資62.1億元，有力促進了詔安縣富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前已形成八大富硒食品系列。其中富硒青梅、富硒八仙茶在國內(nèi)同類市場上占主導地位并遠銷東南亞地區(qū)，富硒大米逐步向?qū)I(yè)化、規(guī)模化發(fā)展，富硒水果、蔬菜、中藥材、海產(chǎn)品開發(fā)也取得較大進展，并培育了一批富硒食品加工龍頭企業(yè)。

富硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。2016年，詔安縣全縣種植富硒八仙茶3.5萬畝，年產(chǎn)量4500t，年產(chǎn)值3億元；發(fā)展富硒青梅12.8萬畝，年產(chǎn)量10.5萬t，年產(chǎn)值超過15億元，其中青梅制品出口貨值5324萬美元；近40%農(nóng)業(yè)人口從中受益。

壽寧縣以1:25萬多目標生態(tài)地球化學調(diào)查、1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價發(fā)現(xiàn)的富硒、富鋅優(yōu)質(zhì)土地資源的開發(fā)利用為脫貧致富的重要抓手，大力發(fā)展富硒、富鋅特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。2013年成功招商引資涉鋅硒項目資金3600萬元；2014年招商引資涉鋅硒項目資金3500萬元，新增產(chǎn)值1.5億元；2015年與韓國SK集團簽約2.6億元，總投資6億元打造涉硒、鋅“大韓產(chǎn)業(yè)園”；2016年，壽寧縣富硒區(qū)增加產(chǎn)值3.8億元，4.2萬富硒、富鋅區(qū)農(nóng)民人均增加收入904元。

2015年，中國富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟授予壽寧縣“中國富硒富鋅農(nóng)業(yè)示范縣”榮譽稱號。2016年，中國營養(yǎng)學會授予壽寧縣“中國硒鋅綠谷”榮譽稱號。壽寧縣是福建省第一批富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)開發(fā)重點縣，截至2016年上半年，已引進培育19個生態(tài)硒鋅產(chǎn)業(yè)種養(yǎng)示范基地，注冊4個品牌商標，發(fā)展富硒茶、富硒水稻等53種富硒鋅農(nóng)產(chǎn)品，培育了一批具有效益好、示范強的農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)。2016年9月，壽寧縣成立了“壽寧超市聯(lián)盟（總部）”，在北京開設(shè)了壽寧生態(tài)硒鋅農(nóng)產(chǎn)品營銷中心。2017年，壽寧縣的硒鋅農(nóng)產(chǎn)品將進入全國各地大中型超市。壽寧縣的硒鋅產(chǎn)業(yè)已形成上規(guī)模、產(chǎn)業(yè)鏈完整、高效益的支柱產(chǎn)業(yè)。

初步估計，若全省富硒土地資源得以較充分的開發(fā)利用，可新增農(nóng)業(yè)產(chǎn)值達每年100億元以上。

4 福建省生態(tài)地球化學學科發(fā)展趨勢

“生態(tài)地球化學”概念在我國已被廣泛接受，它是在勘查地球化學的技術(shù)方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門邊緣學科，是依據(jù)地球化學循環(huán)理論，采取多目標區(qū)域地球化學調(diào)查方法和生態(tài)系統(tǒng)評價技術(shù)路線，研究元素地球化學分布、分配狀態(tài)與生態(tài)環(huán)境之間關(guān)系的科學。目前，生態(tài)地球化學尚處在初級的、打基礎(chǔ)的階段。隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的日益推進，該學科必將取得更大的進步，向理論更加成熟、方法更加完善、應用性更強的趨勢發(fā)展。

4.1 理論更加成熟

地球化學循環(huán)是地球物質(zhì)運動的一種形式，指地球表面和地球內(nèi)部各種元素在不同物理化學條件下周而復始地遷移的化學過程。它包括無機化學循環(huán)、有機化學循環(huán)和生物化學循環(huán)。地球表層系統(tǒng)物質(zhì)的循環(huán)在時空尺度上有大小之分，大者如元素在巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈之間的循環(huán)，是地球化學研究的重要方面；小者如元素在生物體和環(huán)境之間的循環(huán)。大循環(huán)過程中出現(xiàn)的異常，對生物循環(huán)將產(chǎn)生深遠的影響。從大區(qū)域、長時間的時空尺度來研究生態(tài)環(huán)境問題，是生態(tài)地球化學的優(yōu)勢所在。地球化學以往主要研究成礦元素在內(nèi)生、外生條件下的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，隨著生態(tài)地球化學的發(fā)展，將深入研究地球關(guān)鍵帶生物化學循環(huán)過程，特別是微量金屬元素在生物體和環(huán)境介質(zhì)間的遷移循環(huán)，需要引進生物化學的方法進行精細的研究，使地球化學循環(huán)理論在表生環(huán)節(jié)更加完善。

4.2 方法更加完善

生態(tài)地球化學的方法體系，縱向上包括調(diào)查、評價、動態(tài)監(jiān)測、污染治理和土壤修復等內(nèi)容，橫向上包括不同層次，從國家級到省級、市縣級，再到鄉(xiāng)鎮(zhèn)級以及村組級等不同尺度（精度）的調(diào)查研究。目前，福建省生態(tài)地球化學主要開展面上調(diào)查評價工作，調(diào)查的指標也以無機元素為主。

隨著土地質(zhì)量地球化學評價工作的推進，將開展污染土壤修復方法技術(shù)的探索研究；開展土地質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測及預報、預警。調(diào)查指標將從以無機元素為主，擴展到無機元素與有機污染物并重；無機元素從以全量為主，擴展到全量與形態(tài)分量并重。評價工作將以土壤質(zhì)量地球化學分等定級為基礎(chǔ)，加強農(nóng)產(chǎn)品安全性、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、土壤污染方面的綜合評價。

4.3 應用性更強

1:25萬多目標生態(tài)地球化學調(diào)查是一項基礎(chǔ)性工作，1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價成果的應用性較強，但也帶有一定的基礎(chǔ)性。隨著成果的轉(zhuǎn)化應用示范及產(chǎn)生的經(jīng)濟效益驅(qū)動，輔以政策引導，吸引社會資金投入，將開展?jié)M足特色農(nóng)業(yè)發(fā)展等專項需求的1∶1萬及更大比例尺的、更精細的土地質(zhì)量地球化學評價工作，這類工作將以應用為主。這對土地質(zhì)量地球化學評價工作提出了更高要求，不但提交的成果要能滿足地方各項實際應用的需求，而且成果的表達要基于土地利用現(xiàn)狀的圖斑、地塊，加強多樣性表達、科普性表達，做到可直接利用，使提交的成果與實際應用之間實現(xiàn)平坦、無縫對接。

5 福建省生態(tài)地球化學學科存在的問題

5.1 技術(shù)力量較薄弱

作為一門邊緣學科，生態(tài)地球化學的發(fā)展需要一批綜合性、開拓性的地球化學人才，并具有相應的實驗設(shè)施。目前國土資源部門僅在省地質(zhì)調(diào)查研究院有幾名技術(shù)骨干能勝任有關(guān)工作，國內(nèi)可引進的人才也很有限。樣品測試的力量，尤其是生物體內(nèi)微量元素及其不同形態(tài)、價態(tài)的檢測技術(shù)力量也較薄弱。省內(nèi)教學、科研單位均未設(shè)立地球化學研究機構(gòu)。

5.2 跨部門協(xié)作困難

邊緣學科的發(fā)展特別需要跨學科、跨部門的協(xié)作攻關(guān)。目前僅在“福建省沿海經(jīng)濟帶生態(tài)地球化學調(diào)查”項目有少量跨部門的合作，但單向的尋求合作不能持久，后續(xù)合作動力不足。需要形成有關(guān)機制，建立合作創(chuàng)新研究平臺，同時需要部門領(lǐng)導的開明作風。國土資源部門在這方面理應大有作為，承擔牽頭單位的責任，促進跨部門的合作。

5.3 評價標準不完善

生態(tài)地球化學涉及大眾健康，敏感性強，評價結(jié)論應慎重。這要求有系列配套的評價標準支撐。目前有關(guān)國家標準存在落后、不配套的問題，地方標準更加缺乏。以富硒食品為例，目前，國家級標準只有《富硒稻谷》（GB/T 22499-2008）、《富硒茶》（NY/T 600-2002），湖北省及恩施市、陜西省及安康市、江西省、安徽省等省市先后頒布了富硒食品省、市地方標準，為福建省富硒農(nóng)產(chǎn)品評價所借鑒，但由于區(qū)域不同，特色農(nóng)產(chǎn)品各異，難以滿足要求。

6 福建省生態(tài)地球化學學科發(fā)展的技術(shù)路線和目標

6.1 技術(shù)路線

面上展開，重點突破，這是地質(zhì)找礦工作的有效途徑，也是生態(tài)地球化學的技術(shù)路線。面上展開，即先完成面上小比例尺的調(diào)查。重點突破，即選擇重點地區(qū)進行深入的調(diào)查研究，以求取得突破性成果。

福建省生態(tài)地球化學首先完成1:25萬多目標區(qū)域生態(tài)地球化學調(diào)查，開展重要地類（耕地、園地）1:5萬調(diào)查評價工作，在這兩項調(diào)查的基礎(chǔ)上，對重要污染區(qū)、富硒富鋅等優(yōu)質(zhì)土壤區(qū)，以及其它重要地區(qū)，開展1∶1萬及更大比例尺、更精細調(diào)查評價工作。推動調(diào)查評價成果在國土資源管理、現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護等方面的轉(zhuǎn)化應用。

6.2 發(fā)展目標（2020年）

6.2.1 全面開展農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價（集中連片耕地區(qū)1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價）工作，逐步推動其他領(lǐng)域的應用

完成全省集中連片耕地區(qū)以1:5萬土地質(zhì)量地球化學評價為主要內(nèi)容的農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作，通過效益驅(qū)動，推進1∶1萬及更大比例尺調(diào)查評價工作，為特色農(nóng)業(yè)發(fā)展、土地資源管理和科學合理利用等提供基礎(chǔ)資料支撐和技術(shù)服務；逐步開展灘涂底質(zhì)質(zhì)量與特色貝類產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人居環(huán)境與人體健康等其他領(lǐng)域的應用性調(diào)查研究，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐與服務。

6.2.2 加強元素表生地球化學循環(huán)、行為機理及其生態(tài)效應等基礎(chǔ)理論研究

加強農(nóng)田、城市、江河流域等生態(tài)系統(tǒng)中元素來源、分布分配、遷移循環(huán)、行為機理及其生態(tài)效應的生態(tài)地球化學研究，為其他學科的應用研究奠定基礎(chǔ)。根據(jù)福建省的實際情況，需要重點研究鎘、汞、鉛等有害重金屬元素和硒、鋅等有益元素在土壤中的地球化學過程、行為機理與生態(tài)效應，為發(fā)展安全、富硒農(nóng)產(chǎn)品提供技術(shù)支持。根據(jù)其他領(lǐng)域的應用實際需要，開展相關(guān)的地球化學研究。

6.2.3 開展關(guān)鍵性、實用性方法技術(shù)的探索研究

圍繞“土壤重金屬污染源—污染途徑—遷移轉(zhuǎn)化—存在形態(tài)—農(nóng)作物效應—人群健康”這一地球化學主鏈條，重點開展土壤重金屬存在形態(tài)與農(nóng)作物效應這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)的阻斷技術(shù)研究。通過環(huán)保方式改變土壤的物理化學條件，從而改變重金屬的存在形態(tài)，阻止重金屬在農(nóng)產(chǎn)品中的高積累，達到生產(chǎn)安全農(nóng)產(chǎn)品的目的；或者通過不同農(nóng)作物對重金屬吸收強度的對比研究，選擇種植對污染元素吸收率低的農(nóng)作物，達到生產(chǎn)安全農(nóng)產(chǎn)品的目的。

開展土壤污染的植物修復方法技術(shù)研究。根據(jù)其他重要問題，開展針對性研究。

6.2.4 建立健全不同生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量評價體系與監(jiān)測體系

在現(xiàn)有土地質(zhì)量地球化學評價方法的基礎(chǔ)上，綜合考慮土壤中重金屬元素的有效態(tài)含量、有機污染物含量和不同品種農(nóng)產(chǎn)品重金屬、有機污染物含量和富硒、富鋅特性等指標，逐步完善符合福建實際的土地質(zhì)量地球化學評價體系。建立包括土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、重點區(qū)域灌溉水、大氣干濕沉降、農(nóng)產(chǎn)品安全性監(jiān)測、預報和預警的土地質(zhì)量地球化學監(jiān)測體系。

根據(jù)學科在其他領(lǐng)域的應用，逐步建立相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量評價體系與監(jiān)測體系。

7 福建省生態(tài)地球化學學科發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

7.1 重金屬自然高背景土壤的科學利用

影響福建省土壤環(huán)境質(zhì)量的主要因素是汞、鎘、鉛，大多數(shù)為自然地質(zhì)礦化作用引起的高背景。農(nóng)產(chǎn)品中汞、鎘、鉛超標的決定性因素是土壤中汞、鎘、鉛的有效態(tài)含量和農(nóng)作物對汞、鎘、鉛的吸收率。開展汞、鎘、鉛含量超標土壤重金屬存在形態(tài)及主控因素研究，不同農(nóng)作物在旱作、灌溉條件下對汞、鎘、鉛吸收率的對比研究，提出適當改變土壤環(huán)境條件、調(diào)整耕作方式和種植結(jié)構(gòu)，達到生產(chǎn)安全農(nóng)產(chǎn)品、科學利用汞、鎘、鉛高背景土地資源的目的，是一項切合福建實際的實用關(guān)鍵技術(shù)。

針對局部地區(qū)水稻鎘、鉛超標這一關(guān)系民生的重要問題，開展土壤中鎘、鉛存在形態(tài)與水稻中鎘、鉛含量關(guān)系的研究，根據(jù)鎘、鉛在土壤環(huán)境中地球化學行為、影響因素及不同水稻品種對鎘、鉛的吸收程度，探索研究通過環(huán)保方式改變土壤的物理化學條件，包括pH值、有機質(zhì)含量、土壤質(zhì)地等方式降低土壤中鎘、鉛的活性，篩選對鎘、鉛的吸收程度低水稻品種，阻止鎘、鉛在農(nóng)產(chǎn)品中的高積累，達到生產(chǎn)安全稻米的目的。

對通過上述方式仍不能保證農(nóng)產(chǎn)品安全性的耕地，提出調(diào)整土地用途或耕作層置換等治理建議。

7.2 土壤污染地球化學鏈阻斷與土壤修復

根據(jù)福建省實際，主要針對重金屬元素汞、鎘、鉛的污染問題。對于人為作用產(chǎn)生的汞、鎘、鉛污染，首先需要追蹤污染源、查明污染途徑，通過切斷污染途徑、治理污染源，阻止污染的繼續(xù)進行；土壤污染物從其產(chǎn)生到進入農(nóng)產(chǎn)品，需要經(jīng)過一系列的化學過程，構(gòu)成污染物地球化學鏈。由于土壤中重金屬污染物很難被移除，因此，采用地球化學鏈阻斷技術(shù)來阻止土壤污染對農(nóng)產(chǎn)品安全性的影響，是一種相對經(jīng)濟實用的技術(shù)。需要開展相關(guān)研究，以促進該項技術(shù)的成熟。

另一方面，土壤污染的植物提取修復技術(shù)作為一種新興的綠色生物技術(shù)，能在不破壞土壤生態(tài)環(huán)境，保持土壤結(jié)構(gòu)和微生物活性的狀況下，通過對某種元素超積累植物的根系直接將污染元素吸收，從土壤中移除，從而真正修復被污染的土壤。如寶山堇菜()是鎘超積累植物，印度芥菜()生物量大，并可同時積累Pb、Cr、Cd、Ni、Zn、Cu[6-8]；研究表明，在土壤中加入EDTA和EGTA鰲合劑，能大幅度增加印度芥菜對重金屬的吸收[9]。針對福建省局部土壤鎘、鉛污染，在前人研究的基礎(chǔ)上，開展土壤鎘、鉛污染的植物修復方法技術(shù)的研究，是學科發(fā)展的需要。

7.3 地球化學分析測試技術(shù)

生態(tài)地球化學學科發(fā)展，離不開分析測試技術(shù)的支撐。隨著學科的發(fā)展和研究的不斷深入，對分析測試技術(shù)提出了更高的要求，需要分析測試繼續(xù)為研究解決重大和關(guān)鍵問題提供技術(shù)支撐，需要建立完善水、土、氣、生物組織和器官等各種樣品中無機元素、有機污染物的分析測試方法，尤其是痕量、超低含量指標的準確測定、元素形態(tài)與價態(tài)的準確測定、小樣量樣品相關(guān)指標的準確測定、現(xiàn)場快速分析測試方法等。研發(fā)經(jīng)濟快速的有機物分析檢測技術(shù)和生物樣品中元素價態(tài)、形態(tài)分析檢測技術(shù)，以滿足大批量樣品分析和精細分析需要，形成化學元素、理化指標的野外現(xiàn)場快速測試技術(shù)及質(zhì)量監(jiān)控方案，滿足環(huán)境動態(tài)變化研究對分析數(shù)據(jù)準確度的高要求[10]。

除了硬技術(shù)外，微量元素的測試需要有關(guān)軟技術(shù)的應用。由于微量、痕量元素的含量極低，不同實驗室、不同批次、不同檢測人員之間極易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，對評價工作產(chǎn)生重大影響。目前在國土資源部門內(nèi)，應用了系統(tǒng)誤差的控制方法。但在福建省內(nèi)各部門間，如何應用該方法需要做各種嘗試。

8 福建省生態(tài)地球化學學科發(fā)展的建議與對策

8.1 實施重大科技攻關(guān)項目

通過構(gòu)建政府重視，政策與資金引導，企業(yè)資金跟進，以效益促進再投入的長效機制，推動生態(tài)地球化學學科全面發(fā)展。目前主要依靠中央和地方政府的計劃/項目推動生態(tài)地球化學學科發(fā)展。要認真落實《福建省農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評價工作實施方案（2016—2020年）》，建議安排一部分資金用于與全省有關(guān)的重大科學問題的攻關(guān)研究，可以招投標形式優(yōu)選科研單位，鼓勵本省專家與省外專家組成項目組參加科研工作，以彌補本省技術(shù)力量的不足。

同時，以落實《福建省土壤污染防治行動計劃實施方案》為契機，積極參與有關(guān)土壤污染防治行動計劃的地方標準建立、土壤污染狀況詳查、土壤環(huán)境監(jiān)測、耕地和園地安全利用、土壤污染治理與修復等工作，在土壤污染防治中發(fā)揮生態(tài)地球化學的獨特作用。

建議實施“臺灣海峽生態(tài)環(huán)境和資源調(diào)查評價”計劃，以生態(tài)地球化學為主導，開展多學科、多部門的協(xié)作攻關(guān)，將生態(tài)地球化學擴展到海洋生態(tài)系統(tǒng)，同時培養(yǎng)綜合性人才隊伍。

8.2 建立土地安全利用重點實驗室

除了項目依托外，常設(shè)研究機構(gòu)是學科發(fā)展的重要動力。福建省國土資源部門于2016年建設(shè)了地質(zhì)災害重點實驗室，取得了相關(guān)的建設(shè)經(jīng)驗，建議再爭取建立土地安全利用省級重點實驗室，根據(jù)福建省土地環(huán)境質(zhì)量的特點，開展有關(guān)生態(tài)地球化學課題的研究工作。

生態(tài)地球化學在土地安全利用方面能發(fā)揮重要作用，有關(guān)課題有：

（1）重金屬元素、有機污染物地球化學循環(huán)及生態(tài)效應研究。根據(jù)福建省的實際和應用需要，加強以汞、鎘、鉛和有機氯農(nóng)藥殘留為主的污染物在不同生態(tài)系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化地球化學過程、行為機理、控制因素及其生態(tài)效應研究；

（2）土壤污染地球化學鏈阻斷技術(shù)與修復技術(shù)探索研究，包括污染重金屬的形態(tài)固化、植物提取修復、耕作層置換等方法研究；

（3）污染土壤科學利用技術(shù)研究，包括品種改良、種植規(guī)劃調(diào)整等方法研究，以及實施的政策依據(jù)與技術(shù)途徑。

8.3 加強分析測試支撐技術(shù)體系建設(shè)

建設(shè)分析測試技術(shù)體系，提高分析測試技術(shù)水平，不僅是生態(tài)地球化學學科的需要，也是福建省自然科學發(fā)展的需要。福建省地球科學相關(guān)學科的發(fā)展，如福建省地質(zhì)學科、福建省島嶼地質(zhì)環(huán)境學科、福建省勘查地球化學學科的發(fā)展，都對分析測試技術(shù)水平提出了新要求[11-13]。生態(tài)地球化學學科因研究的對象廣泛，研究的地球化學指標多樣，更離不開分析測試技術(shù)的支撐。

建議認定分析測試骨干單位，政府給予適當資助，并賦予一定責任。通過骨干單位帶動全省測試水平的提高，克服微量元素測試中系統(tǒng)誤差的影響，建立爭議仲裁機制。目前省地質(zhì)測試研究中心可作為無機分析的骨干單位，但由于單位性質(zhì)所限，無法取得農(nóng)產(chǎn)品檢測資質(zhì)。因此還需要尋找一家實驗室作為農(nóng)產(chǎn)品中微量元素測試的骨干單位，使生態(tài)地球化學調(diào)查評價中的生物樣品適當集中測試，以降低成本，提高質(zhì)量。

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[13] 蔡以評，林才浩，蘇茂凱．福建省勘查地球化學學科發(fā)展研究報告[J]．海峽科學，2010(1):26-33.

1．林才浩，福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，教授級高工。

2．許美輝，福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，教授級高工。

3．劉順民，福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，高級工程師。