■ 余濤 奚小環(huán) 楊忠芳 侯青葉 夏學(xué)齊

1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）數(shù)理學(xué)院 北京 100083

2.中國地質(zhì)調(diào)查局 北京 100037

3.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院 北京 100083

0 引言

黨的十八大以來，習(xí)近平總書記指出"要堅持綠水青山就是金山銀山的理念，堅定不移走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路"。生態(tài)文明建設(shè)一方面是要保護(hù)生態(tài)環(huán)境，另一方面是要推進(jìn)人與自然的和諧、可持續(xù)發(fā)展，趙其國院士提出的"功能農(nóng)業(yè)"成為生態(tài)文明建設(shè)內(nèi)涵重要延伸[1,2]。2017年，中共中央、國務(wù)院提出推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的意見，指出要加強開發(fā)保健功能的食品[3]，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新的契機。自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局密切聯(lián)系國計民生，提出地質(zhì)工作要面向國家戰(zhàn)略需求，在1999年啟動實施了土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作，經(jīng)過22年的持續(xù)推進(jìn)，這項工作積極服務(wù)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)[4]，不斷取得重要成果，極大地拓展了功能農(nóng)業(yè)應(yīng)用廣度與深度。面向未來，地質(zhì)調(diào)查作為一項基礎(chǔ)性的工作，如何支撐生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展，如何服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)，是值得思考的問題。同時，針對土地質(zhì)量與生態(tài)安全這一重大科學(xué)問題，仍然需要不斷地探索與實踐。本文首次較為系統(tǒng)地介紹了土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查在生態(tài)文明建設(shè)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面的成果進(jìn)展，同時也總結(jié)了存在的若干問題，提出了相應(yīng)的舉措和建議。在向第二個一百年的奮斗目標(biāo)前行邁進(jìn)的重要歷史時刻，做好土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查和功能農(nóng)業(yè)工作對于解決"三農(nóng)"問題具有十分重要的意義。

1 土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作概述

1999年中國地質(zhì)調(diào)查局在全國啟動了土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查計劃（也稱多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查），致力于從資源與環(huán)境兩大方面提供評價研究成果，把服務(wù)于生態(tài)文明建設(shè)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作為主要方向[4-6]。調(diào)查結(jié)果表明，我國土地的環(huán)境質(zhì)量和養(yǎng)分狀況不容樂觀：鎘、汞、鉛等有害重金屬元素分布的范圍較大，可能存在較大的生態(tài)危害風(fēng)險；某些地區(qū)農(nóng)作物成熟時所必需的氮、磷、鉀等有益元素供應(yīng)不足，一定程度上會直接影響到農(nóng)作物產(chǎn)量和糧食品質(zhì)；部分地區(qū)農(nóng)作物有害重金屬元素含量較高，超標(biāo)情況較為突出。產(chǎn)生這些生態(tài)問題的原因很多，主要是3個方面，其一是受到地質(zhì)過程的影響，其二為人類活動的影響，另外是自然過程和人為活動的疊加影響。

針對我國土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的重金屬元素分布問題，我們開展了生態(tài)地球化學(xué)評價，系統(tǒng)地研究了元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，如從巖石到土壤、水體、動植物，最后到人體。區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評價涉及到兩大核心問題，其一是研究元素的來源，找出它是地質(zhì)作用的源頭還是人類活動行為造成的；其二為研究元素的歸宿，即研究元素的遷移途徑和影響機制。地球化學(xué)研究的對象是地球科學(xué)領(lǐng)域的問題，但當(dāng)土壤中存在大量重金屬元素并被各種農(nóng)產(chǎn)品等吸收，影響農(nóng)田和農(nóng)產(chǎn)品的安全時，就會轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境問題，當(dāng)人類健康甚至生命受到危害時，又會成為醫(yī)學(xué)問題、健康問題等。顯而易見，這項工作已經(jīng)涉及到影響社會、經(jīng)濟(jì)和民生的諸多方面[7]。

土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作是有計劃、分步驟、分層次地來進(jìn)行的（圖1）。第一步驟（層次）是開展區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查，主要是通過開展區(qū)域尺度、較大規(guī)模的調(diào)查工作，獲得區(qū)域內(nèi)幾十種元素的空間分布狀況，充分掌握區(qū)域總體情況，劃分出影響環(huán)境質(zhì)量和養(yǎng)分質(zhì)量等元素分布區(qū)域；第二步驟（層次）是開展區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評價，在前一層次的基礎(chǔ)上研究主要影響環(huán)境質(zhì)量和養(yǎng)分質(zhì)量等元素的來源、分布、組成特征和影響因素，并評價生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)種植條件、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境安全等。同時針對相關(guān)問題的綜合治理措施進(jìn)行了研究，提出具體的規(guī)劃意見；第三步驟（層次）是為了針對局部的生態(tài)地球化學(xué)的環(huán)境問題，以不同生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，如礦山生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)等，是生態(tài)地球化學(xué)評價工作的重要組成部分[7]。這一層次的工作在礦區(qū)環(huán)境治理、污染場地評價與修復(fù)、名特優(yōu)產(chǎn)地評價、優(yōu)質(zhì)土地資源開發(fā)、地方病病區(qū)環(huán)境評價與防治等領(lǐng)域取得了一定成效；第四步驟（層次）是綜合評價。在前面幾個層次評價的基礎(chǔ)上，整合不同學(xué)科進(jìn)行綜合評價（圖1）。這一層次評價的目標(biāo)是通過開展生態(tài)地球化學(xué)環(huán)境區(qū)劃，形成典型生態(tài)問題的預(yù)測和預(yù)警，乃至中長期預(yù)報，為相關(guān)部門決策提供科學(xué)依據(jù)，提出系統(tǒng)化、規(guī)范化的生態(tài)問題防控與治理方案，同時形成一系列標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)方法體系等[4-7]。

圖1 全國土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作路線圖

1999年開始，中國地質(zhì)調(diào)查局在南方四川成都，湖北武漢，還有廣州建立了地球化學(xué)調(diào)查試點，這3個地方可以對應(yīng)我國中東部地區(qū)的大部分地貌情況，也就是盆地、平原、三角洲。這是我國土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查的開始。通過前期試點、重點推廣、全面實施等階段，我國已完成土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查（1:25 萬比例尺）面積達(dá)255萬km2（截至2018年，見圖2），其中我國東部沿海省市如江蘇省、山東省、海南省、福建省、上海市、天津市等已完成全部陸域面積的調(diào)查工作[8]。1:5 萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查主要部署在有益元素或重金屬污染分布的耕地、園地等重要生態(tài)地球化學(xué)問題地區(qū)，截止到2017年累計完成調(diào)查面積28萬km2。

圖2 全國土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作范圍圖（1999～2018）［8］

目前，全國對土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查和評價工作仍在持續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)，其中廣西壯族自治區(qū)在2013～2021年間陸續(xù)完成了99 個縣、區(qū)的1:5 萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查和評價的工作，取得了十分突出的成績?？傊?，土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作已經(jīng)在我國取得了大量的原創(chuàng)性研究成果，創(chuàng)造了較高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，對于我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的區(qū)域規(guī)劃和結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)和依據(jù)，為我國發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，評價農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量等多個方面都提供了大量的信息,促進(jìn)我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展[7]。

2 研究進(jìn)展與重要成果

土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查在生態(tài)文明建設(shè)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面取得以下重要進(jìn)展和成果：

2.1 發(fā)現(xiàn)大批優(yōu)質(zhì)特色富硒土地資源，積極服務(wù)鄉(xiāng)村振興

硒是十分重要的人體必需營養(yǎng)元素，已引起全世界科學(xué)家的關(guān)注，但是硒元素攝入不足或過多均會危害人體健康。硒等元素也是功能農(nóng)業(yè)中十分關(guān)注的有益人體健康的礦物質(zhì)。我們給出了富硒耕地的含量區(qū)間，近期中國地質(zhì)調(diào)查局也公布了《天然富硒土地劃定和標(biāo)識》標(biāo)準(zhǔn)[9]。參照農(nóng)業(yè)部頒布的綠色食品產(chǎn)地環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和富硒耕地的含量值，根據(jù)1999～2014年的調(diào)查數(shù)據(jù)，劃分出328 萬公頃綠色富硒耕地，這些天然富硒土地資源主要分布在我國的湖南、湖北、江西、安徽、貴州、重慶、四川、廣東、廣西、海南、江蘇、浙江、河南、山西、寧夏等區(qū)域（圖3）[10]。我國富硒耕地的分布受煤系地層、土壤有機質(zhì)、沉積作用等多種因素的影響,調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國土壤中硒元素物質(zhì)來源相對穩(wěn)定，適合科學(xué)合理的長期開發(fā)利用[8]。此外調(diào)查工作還在部分省份發(fā)現(xiàn)了一批富含其他有益微量元素的特色耕地（如富鋅、富鉬、富鍺），為開發(fā)天然保健功能的食品提供了發(fā)展基礎(chǔ)[10]。目前，各地充分利用天然綠色富硒耕地資源，積極發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)和特色農(nóng)業(yè)。比如江西贛南革命老區(qū)依托豐富的富硒土壤資源，大力發(fā)展富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，脫貧攻堅取得顯著成效，正在積極服務(wù)鄉(xiāng)村振興。廣西積極開發(fā)利用當(dāng)?shù)靥烊桓晃恋刭Y源，形成名特優(yōu)綠色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)了鄉(xiāng)村振興，起到了較好的示范作用。

圖3 全國綠色富硒耕地分布柱狀圖［10］

2.2 查明符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的綠色、無污染耕地，服務(wù)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展

調(diào)查工作查明了造成土壤污染或超標(biāo)的主要原因[10]。我國耕地中出現(xiàn)的面源污染與地質(zhì)作用過程關(guān)系密切，很多地區(qū)的重金屬超標(biāo)是由區(qū)域地質(zhì)高背景與成土風(fēng)化作用引起[10]。同時調(diào)查也發(fā)現(xiàn)人類活動更多地加劇重金屬污染。如礦山開采生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣、廢氣、廢水以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中污灌、濫用化肥等人為活動造成或加劇了周邊耕地的污染。土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作查清我國主要農(nóng)耕區(qū)土壤質(zhì)量的家底，根據(jù)國家生態(tài)環(huán)境部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，圈選劃定了綠色、無重金屬污染耕地，服務(wù)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展。1999～2014年間地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示我國無污染耕地為8280 萬公頃，占全部調(diào)查耕地總面積的92%，在我國主要農(nóng)耕區(qū)廣泛分布[10]。相關(guān)成果有力地支撐了長期、持續(xù)、深入地推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。

2.3 估算主要農(nóng)耕區(qū)土壤碳庫變化，服務(wù)全球氣候變化決策

土壤有機碳既是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，也是影響全球變化的重要因素。全球氣候變化及其不利影響是人類共同關(guān)心的問題。我國通過地球化學(xué)調(diào)查獲得了迄今為止最為系統(tǒng)的土壤有機碳實測數(shù)據(jù)[11]，這項成果具有十分重大的科學(xué)意義，首次高精度地揭示了我國主要農(nóng)耕區(qū)土壤碳庫的現(xiàn)狀，也為全球尺度土壤碳庫研究提供了海量的數(shù)據(jù)。分析計算了我國近150 萬km2的土壤實測數(shù)據(jù)結(jié)果，獲得了我國主要農(nóng)耕區(qū)表、深層土壤有機碳的含量，為未來研究土壤有機碳含量變化提供了寶貴的數(shù)據(jù)。科學(xué)估算出了我國農(nóng)耕區(qū)不同深度的土壤有機碳庫總量，為國家制定相關(guān)應(yīng)對氣候變化決策提供了依據(jù)[7]。相關(guān)研究結(jié)果表明20年間（1980～2000），我國主要農(nóng)耕區(qū)0～20cm 和0～100cm 土壤有機碳庫顯著增加，我國目前實行的農(nóng)業(yè)耕作制度和土地管理有利于土壤固碳[8]。這對于制定并實施應(yīng)對全球氣候變化的中國方案，從而采取科學(xué)應(yīng)對氣候變化的政策和措施，最終實現(xiàn)碳中和（Carbon Neutrality），具有積極的意義。

3 面臨的問題

3.1 頂層制度設(shè)計上尚不通暢

地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、衛(wèi)生健康等部門之間缺乏協(xié)調(diào)聯(lián)動機制，地質(zhì)部門主抓調(diào)查，農(nóng)業(yè)部門主抓生產(chǎn)，環(huán)境保護(hù)主抓環(huán)境污染防治，衛(wèi)生健康部門主抓營養(yǎng)健康。面對環(huán)境重金屬污染防治以及人體必需微量營養(yǎng)素不足與失衡等問題如何精準(zhǔn)評價與因地施策，目前仍然缺乏有效的協(xié)同保障機制。

3.2 特色耕地資源缺乏合理利用開發(fā)

雖然調(diào)查發(fā)現(xiàn)了大量的特色耕地資源，但占調(diào)查耕地面積或我國耕地總面積的比例很低，且存在分布極不平衡、地區(qū)差異大的情況。實際上，我國大部分地區(qū)的土壤中缺乏硒、銅、鋅、鉬等有益微量元素，如何科學(xué)合理地利用特色耕地資源是亟待解決的問題。一方面要守住青山綠水，不能涸澤而漁，做到長期可持續(xù)發(fā)展；另一方面要做大做強富含有益微量元素資源開發(fā)及產(chǎn)業(yè)集群，富含有益微量元素等功能性農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

3.3 生態(tài)安全紅線仍需堅守

保障糧食安全問題仍然是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和底線，功能農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須建立在生態(tài)安全的基礎(chǔ)之上。20 世紀(jì)80年代以來，耕地資源數(shù)量急劇減少、質(zhì)量持續(xù)下降，嚴(yán)重影響我國的糧食安全和生態(tài)安全。我們必須保證耕地資源保護(hù)性質(zhì)不改變、空間面積不減少、生態(tài)功能不退化。與此同時，按照土壤污染防治行動計劃，我國土壤污染防治攻堅戰(zhàn)正進(jìn)入非常關(guān)鍵時期。如何實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展？如何確保農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)安全？既要清理舊賬，更要防止出現(xiàn)新賬，現(xiàn)在面臨的生態(tài)安全壓力仍然較大。因此功能農(nóng)業(yè)的發(fā)展應(yīng)該是均衡的、和諧的、生態(tài)友好的。

3.4 有益元素含量標(biāo)準(zhǔn)和配套制度體系亟待完善

我國對于有益元素含量標(biāo)準(zhǔn)和配套制度體系尚待完善。以硒元素為例，目前頒布的唯一的國家標(biāo)準(zhǔn)是《GB/T22499-2008 富硒稻谷》，距今也有13年。此外有一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)，如《NY/T 600-2002 富硒茶》、《GH/T 1135-2017 富硒農(nóng)產(chǎn)品》、《DB61/T556-2012 富硒食品與其相關(guān)產(chǎn)品硒含量標(biāo)準(zhǔn)》、《DB45/T1061-2014 富硒農(nóng)產(chǎn)品硒含量分類及標(biāo)準(zhǔn)》、《DB23/T 2071-2018 富硒土壤評價要求》、《DB64/T1220-2016 寧夏富硒土壤標(biāo)準(zhǔn)》、《DB45/T 1442-2016 土壤中全硒含量的分級要求》、《DBS42/002-2014 富有機硒食品硒含量要求》、《DB6109.1-2012 富硒食品與其相關(guān)產(chǎn)品硒含量標(biāo)準(zhǔn)》、《DBD36/T566-2017 富硒食品硒含量分類標(biāo)準(zhǔn)》等。上述標(biāo)準(zhǔn)分布在食品、農(nóng)業(yè)、國土、、等不同專業(yè)領(lǐng)域，不同行業(yè)、不同地方、不同部門頒布的各類標(biāo)準(zhǔn)之間針對性不足、兼容性不佳，并沒有發(fā)揮相應(yīng)的規(guī)范性作用。

4 舉措和建議

（1）實施“地質(zhì)+農(nóng)業(yè)”創(chuàng)新發(fā)展模式。地質(zhì)調(diào)查是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的排頭兵，土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查為農(nóng)業(yè)的高效、優(yōu)質(zhì)、和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。地質(zhì)和農(nóng)業(yè)是相輔相成，密不可分的。應(yīng)該突破部門、行業(yè)之間的壁壘，深度融合，協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展，開創(chuàng)包括富硒土地開發(fā)在內(nèi)功能農(nóng)業(yè)發(fā)展的新局面。

（2）繼續(xù)堅守保障糧食安全的紅線。以永久基本農(nóng)田、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田為代表的耕地是保障糧食安全的根本，其中無污染（綠色）耕地彌足珍貴，更是保障糧食安全的生態(tài)紅線，因此應(yīng)該實施最嚴(yán)格的保護(hù)政策，端牢端好人民的飯碗，嚴(yán)格控制各種工農(nóng)業(yè)活動可能造成的污染，調(diào)查、監(jiān)測、防控，多管齊下，從而實現(xiàn)耕地的生態(tài)發(fā)展與利用，切實落實習(xí)總書記關(guān)于“綠水青山就是金山銀山”的囑托。

（3）高度重視和引導(dǎo)功能農(nóng)業(yè)規(guī)范化發(fā)展。建議設(shè)置一定的門檻，從管理制度上引導(dǎo)功能農(nóng)業(yè)的規(guī)范化、規(guī)?；?、集約化、長效化發(fā)展。形成學(xué)會或協(xié)會，統(tǒng)一謀劃有益元素含量標(biāo)準(zhǔn)和配套制度。打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈，真正形成全流程的管理體系。

十四五期間，我們必須加強生態(tài)文明建設(shè)和自然資源綜合管理，地球化學(xué)調(diào)查評價工作必須創(chuàng)新思維、發(fā)展新方法、開拓新思路。以國家發(fā)展需求為導(dǎo)向、以人民需求為根本、以生態(tài)管護(hù)為己任，踐行“綠水青山就是金山銀山”的科學(xué)發(fā)展理念，綜合協(xié)調(diào)山水林田湖草沙是生命共同體的整體發(fā)展觀，開拓自然資源綜合調(diào)查評價的新局面，更好地服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展工作。