福建省生态地球化学学科发展报告



福建省生态地球化学学科发展报告

福建省地质学会

生态地球化学是一门新兴学科。该报告阐述了生态地球化学学科国内外发展概况、福建省学科发展现状及取得的主要成果，分析了学科发展趋势和存在问题。根据福建省学科发展实际，提出了学科发展的总体构想和预期发展目标，论述了学科发展的关键技术，提出学科发展建议。

生态地球化学 现状 趋势 学科发展 福建省

1 概述

生态是指生物在一定的自然环境下生存和发展的状态。生物的生存与发展受自然环境的影响，同时也影响着自然环境，尤其是人类的生存与发展深刻地影响着自然环境。生态学（Ecology）就是生物与环境及生物与生物之间相互关系的科学。

地球化学（Geochemistry）是研究地壳（地球）中化学成分和化学元素及其同位素的分布、分配、共生组合、集中分散及迁移循环规律、运动形式和全部历史的科学[1]。应用地球化学的原理、方法研究生物与环境之间的物质迁移与生态效应关系，具有揭示本质、回溯历史和预测未来的独特优势，这是地球化学与生态学结合发展生态地球化学学科的动因。

生态地球化学（Ecological geochemistry）是依据地球化学理论，采取地球化学调查研究方法和生态系统评价技术路线，研究元素地球化学分布、分配状态与生态环境之间关系的科学[2]。土壤、水和沉积物中的化学元素含量，关系到农作物生长和农产品质量，关系到人民身体健康。随着工业化进程的加快，生态环境问题日益突出，西方发达国家近年来实施了多项计划，以查明环境中各种化学元素含量及其分布分配规律。在这个过程中，“生态地质”的概念在前苏联产生，“生态地球化学”一词最早出现在1988年俄罗斯召开的第四届“当代条件下地球化学勘查的理论与实践”会议文集中[3]。1988年以来实施的国际地球化学填图计划（IGCP259）和全球地球化学基准计划（IGCP360），是现代全球生态地球化学研究的里程碑。

经过近30年来的发展，形成了以生态地球化学填图为基础，针对各个生态系统的生态安全和健康评价为目的的生态地球化学研究方向。生态地球化学填图是生态地球化学学科发展的基础，通过查明和圈定不同级次生态系统的地球化学场，区分和评价自然分量和人为分量，从而为土地利用规划、建立环境地球化学基准、研究地球化学与健康关系、预测矿产资源、指导农业生产等服务[4]。

中国的勘查地球化学走在世界前列，随着地质工作由资源型向资源—环境型转变，地球化学调查由以矿产勘查为主转向生态环境和矿产勘查兼顾。从1999年开始，中国地质调查局提出了“多目标地球化学填图”的概念，实施基础性、公益性1∶25万多目标区域地球化学调查计划。该计划是一项以土壤层为主要调查对象的生态地球化学填图工作，目的是掌握国家尺度的土地资源质量，发现区域性重大生态地球化学问题，为生态地球化学评价与研究提供基础。中国的生态地球化学体系架构见图1。

图1 中国生态地球化学体系架构

2 福建省生态地球化学学科发展现状

福建省生态地球化学调查与研究工作，以2003年开始沿海经济带生态地球化学调查、2016年开展福建省农业地质调查评价工作为标志，大致可划分为前期探索、1:25万多目标区域地球化学调查和1:5万土地质量地球化学评价三个阶段。

2.1 前期探索

从上世纪80年代开始，随着1:20万区域化探水系沉积物测量成果的陆续取得，地球化学工作者开始探索区域地球化学资料在生态环境学、农学、医学上的应用，主要包括以下几方面工作[5]：

环境质量评价方面，利用计算机编制泉州—湄洲湾地区污染指数分级图，评价地表环境质量，结果表明，该区8000km2范围内81.1%的陆域没有出现明显的环境污染(Cu、Pb、Cd、Cr、Hg、As、F等)，但已面临环境污染的严重威胁，应引起密切关注。

农业地质方面，开展了霞浦县农业地质研究及霞浦剑蛏、福鼎四季柚、永泰芙蓉李等品种的专项研究。

医学地质方面，利用区域化探资料，1990年研究了长乐高发胃癌的环境病因；1994年参与国家“八五”医学科技攻关项目“胃癌高发现场化学病因研究”；1997年参与编制出版了《福建省恶性肿瘤地图集》。

以上农业地质、医学地质研究应用地球化学资料尝试解决生态系统某一部分所存在的问题，为确定生态地球化学的技术方法积累了经验。

由于早期的区域地球化学资料为水系沉积物测量成果，虽然沉积物与土壤有密切关系，但不能完全代表土壤。而区域化探的主要目的是矿产勘查，分析样品选用小于60目筛的细粒沉积物，部分微量元素含量有所浓集，测试指标也不够齐全，影响到成果资料在生态环境和农业上的应用。1999年，中国地质调查局启动了厚覆盖区（第四纪堆积物覆盖的平原区）区域地球化学调查试点项目，以土壤为主要采样介质，测试指标达54种。2000～2002年，福建省实施了“厦门—漳州地区1:25万多目标区域地球化学调查”试点项目，验证了勘查地球化学方法在解决生态环境和农业地质问题上的有效性。

2.2 1:25万多目标区域生态地球化学调查

为改善福建省沿海经济带生态环境，为区域经济社会发展和规划提供科学依据，福建省人民政府与中国地质调查局于2002年9月签署协议，合作开展“福建省沿海经济带生态地球化学调查”项目，涉及福建省沿海地区陆地及近岸浅海面积近4万km2。项目包含“1:25万多目标区域地球化学调查”、“区域生态地球化学评价”、“局部生态地球化学评价”和“总体综合评价”四个层次的工作，其调查物质的多样性、测试指标的全面性与精准度、多学科的协同研究、专项研究的广度与深度、生态地球化学评价的层次和成果的内容与质量等，都代表本阶段的最高水平，也基本代表了福建省生态地球化学学科的发展水平。2008年6月，双方又签署了《关于开展福建省公益性地质调查和战略性矿产勘查合作协议》，其中第2条约定开展三明、南平、龙岩地区多目标地球化学调查，随后相继开展了龙岩地区、永安—德化地区、三明地区、屏南县—邵武市、光泽—拓荣地区1∶25万多目标区域生态地球化学调查工作。到2016年，1∶25万多目标区域生态地球化学调查工作已覆盖福建全省陆域，调查成果的综合集成工作正在进行之中。

1∶25万多目标区域地球化学调查是一项覆盖全区的基础性调查工作，采用双重网格法布设土壤样品。地表土壤采样密度1个点／km2，采样深度0～20cm；深部土壤采样密度1个点／4km2，采样深度为1.5～2.0m；所有样品均过20目筛，并按4个相邻网格的样品组合为一个分析样进行测试。样品采用X射线荧光光谱、等离子光谱、石墨炉原子吸收光谱、氢化物原子荧光光谱、发射光谱等一整套大型精密仪器测试银(Ag)、砷(As)、金(Au)、硼(B)、钡(Ba)、铍(Be)、铋(Bi)、溴(Br)、总碳(C)、镉(Cd)、铈(Ce)、氯(Cl)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、氟(F)、镓(Ga)、锗(Ge)、汞(Hg)、碘(I)、镧(La)、锂(Li)、锰(Mn)、钼(Mo)、氮(N)、铌(Nb)、镍(Ni)、磷(P)、铅(Pb)、铷(Rb)、硫(S)、锑(Sb)、钪(Sc)、硒(Se)、锡(Sn)、锶(Sr)、钍(Th)、钛(Ti)、铊(Tl)、铀(U)、钒(V)、钨(W)、钇(Y)、锌(Zn)、锆(Zr)、硅(SiO2)、铝(Al2O3)、铁(TFe2O3)、镁(MgO)、钙(CaO)、钠(Na2O)、钾(K2O)、有机质和pH，共54项指标。采用了具有中国特色的野外工作和样品分析质量监控体系，调查数据的系统性、规范性、可对比性在国际上处于领先水平。

生态地球化学评价是一项专题性研究工作。主要从区域和局部出发，研究重要地球化学异常对生态环境的影响，或就特定服务领域进行应用研究。以 “福建省沿海经济带生态地球化学调查”项目为例，科研人员开展了土壤地质地球化学断面、河流向海洋输送物质、城市大气降尘、农田重金属污染等过程中元素来源及迁移转化研究、大宗作物及贝类生态地球化学特征研究、地球化学环境质量评价与预警研究、恶性肿瘤的地球化学环境病因研究，以及安溪铁观音茶、莆田批杷、宁德二都蚶、长乐西施舌品质与产地环境关系研究等。评价工作采集了土、水、气、动植物、灰尘等各种天然介质及人体组织（头发、血清、尿液）总共20类样品，总计7.16万件，测试数据约121.97万个。该项目在多个方面填补了福建省研究工作的空白，包括不同地质背景的土壤矿物学研究、土壤水的地球化学研究、河流悬浮物元素含量研究、大气干湿沉降中重金属含量研究、浅海高分辨率沉积柱研究、210Pb同位素定年研究等。

后续开展的1:25万多目标区域生态地球化学调查工作，则更加侧重于土地质量地球化学评价以及富硒农产品开发应用研究，并进行了土壤碳储量的计算。

2.3 1:5万土地质量地球化学评价

2008年开展的“福建省典型市县级土地质量地球化学评估”项目，完成了龙海市北半部1:5万土地质量地球化学评价工作，这是“市县级1:5万土地质量地球化学评价”工作试点。随着全省1:25万多目标区域生态地球化学调查工作的陆续开展，在龙岩、三明地区开展了部分农田集中连片区的1:5万土壤生态地球化学调查（长汀濯田、沙县夏茂等14个片区）；在诏安、云霄、三元、寿宁、大田等县区部分富硒土壤区开展了土地质量地球化学评价（1/5万—1/1万）。以上大多为零散的小片区试验性工作，仅龙海市完成了全域的1:5万评价。

为了促进并加快生态文明先行示范区建设，2016年3月，福建省人民政府办公厅下发省国土资源厅、财政厅、农业厅制定的《福建省农业地质调查评价工作实施方案（2016—2020年）》（闽政办[2016]30号），决定在全面完成1/25万多目标区域地球化学调查的基础上，开展全省耕地连片集中区1：5万～1∶1万农业地质调查（土地质量地球化学评价），主要任务为查明土壤营养元素及硒、锌等有益元素、有毒有害元素含量分布状况，评价影响土地质量的主要地球化学因素及其生态地质环境因素，进行土地质量地球化学等级划分，为土地利用总体规划调整、永久基本农田划定、土地整治、污染防治等方面提供技术资料。

福建省农业地质调查评价采用评价单元结合网格化方法采集表层土壤样品，采样深度0～20cm，样品过2 mm 的孔径筛（10目标准筛）。1:5万土壤样品基本采样密度为4～16件/km2；评价单元面积90～400亩。1:10000土壤样品基本采样密度为20～64件/km2。评价单元面积20～75亩。样品测试指标共25项，包括：大量营养元素碱解氮、速效磷、速效钾、氮(N)、磷(P)、钾(K)；中量营养元素钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)；微量有益元素硼(B)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、钼(Mo)、氯(Cl)；人体特效元素硒(Se)；人体有毒元素砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、镍(Ni)；以及土壤性状指标全铁（以Fe2O3表示）、有机质、酸碱度(pH) 。

目前，已开展了24个县市农业地质调查评价工作。计划到2020年，实现全省耕地1:5万农业地质调查评价工作全覆盖，1:1万农业地质调查评价工作覆盖率达10%。

3 福建省生态地球化学研究工作取得的主要成果

3.1 1:25万多目标区域生态地球化学调查成果

（1）系统调查了全省陆地表层土壤、深层土壤、浅海（10m以浅）—滩涂区表层沉积物、柱状沉积物的52种元素和有机质含量和pH，获得了高精度的分析测试数据近220万个，数据的系统性、规范性、可对比性处于国际领先水平。调查成果为福建生态地球化学学科的发展奠定了坚实的基础，同时为地学、农学、医学、环境学、生态学等学科提供了大信息量的、内涵丰富的基础数据，为生态省建设、土地资源管理、有机和特色农业规划以及科研教学等提供准确的基础性生态地球化学资料，具有里程碑式的深远意义和极其重要的使用价值。

（2）初步查明了福建省陆地表层土壤、浅海沉积物环境质量状况；求取的反映现状环境、原始环境各指标的系列地球化学参数，是客观评价环境变化、评估工业化对环境影响程度的重要依据。圈定以铅、镉、汞为主的重金属异常区，为开展土壤污染治理提供了依据。从大区域、长时间的时空尺度来研究大循环过程中出现的异常，对理解生态环境问题具有不可替代的作用。

（3）初步查明了福建省富硒、富锌等优质土地资源状况。圈定富硒土地面积3.26万km2，占全省陆地面积的26.85%，发现了一大批富硒农产品。这些可重复利用的宝贵土地资源，是福建省发展富硒等优质、高附加值的农产品产业的资源保障，蕴藏着不可估量的价值。

（4）项目取得了精确的土壤碳储量数据，计算了不同土地利用类型、不同地质背景和地貌类型的土壤全碳和有机碳储量，为全球气候变化研究提供了基础资料。

（5）开展了不同生态系统元素来源及迁移转化研究，农田区、城市与工矿污染区、地理流行病区生态地球化学评价，重金属污染变化趋势研究等系列生态地球化学评价、研究与预警；进行了特色农产品、名优品质与产地环境的关系研究，生态环境与恶性肿瘤、居民健康关系等专项研究。通过这些评价和研究，发现了一批重大科学问题。

（6）掌握了一套较为完善的生态地球化学调查评价的技术方法，促进了地球化学与农学、环境学、生态学、医学等学科的融合，拓宽了技术人员的视野和思路，培养了一批跨学科的技术人才，为福建省生态地球化学学科发展奠定了技术和人才基础。

3.2 1:5万土地质量地球化学评价成果

（1）系统采集了耕地土壤、大宗农产品、特色农产品样品，部分区域采集了灌溉水、大气干湿沉降样品，测试获得了土壤养分指标全量及有效量、重金属元素、有益元素等指标数据，为土地质量管护及土壤学、农学、环境学、生态学等相关学科的研究提供了重要的生态地球化学基础资料。

（2）开展各评价单元（地块）土壤环境质量综合评价、土地质量地球化学综合等级划分、农产品安全性评价。评价成果对补充完善土地分等定级、高标准农田划分、土壤污染详查、土地利用规划制定等，具有重要的使用价值。

（3）准确划分富硒富锌等优质土地资源，评价富硒富锌农产品，为优质土地资源开发和富硒富锌特色农产品产业的区划与发展奠定重要基础，提供科学依据。

（4）针对性地评价土壤养分特别是微量元素养分的丰缺，对农田合理施肥特别是施用微量元素肥料、提高农产品的产量和品质具有重要的指导意义。为研究名特优农产品对土壤质量的具体要求及适宜性提供了准确资料。

3.3 成果推广应用及其效益

福建省生态地球化学调查研究成果的推广应用，目前主要体现在富硒优质土地资源的开发利用方面，效益极为显著。诏安县、云霄县、寿宁县、大田县、三元区、明溪县等地方政府均大力开展富硒土地资源的开发利用工作，以诏安县、寿宁县为例说明如下。

诏安县以1:25万多目标生态地球化学调查发现的大面积富硒土地资源优势为依托，2013年7月申报获得了中国营养学会授予的“中国海峡硒都”荣誉称号，2013年11月授牌仪式当天签约7个涉硒项目，总投资62.1亿元，有力促进了诏安县富硒农产品产业发展。目前已形成八大富硒食品系列。其中富硒青梅、富硒八仙茶在国内同类市场上占主导地位并远销东南亚地区，富硒大米逐步向专业化、规模化发展，富硒水果、蔬菜、中药材、海产品开发也取得较大进展，并培育了一批富硒食品加工龙头企业。

富硒产业发展取得了显著的经济效益和社会效益。2016年，诏安县全县种植富硒八仙茶3.5万亩，年产量4500t，年产值3亿元；发展富硒青梅12.8万亩，年产量10.5万t，年产值超过15亿元，其中青梅制品出口货值5324万美元；近40%农业人口从中受益。

寿宁县以1:25万多目标生态地球化学调查、1:5万土地质量地球化学评价发现的富硒、富锌优质土地资源的开发利用为脱贫致富的重要抓手，大力发展富硒、富锌特色农产品产业，取得了显著的经济效益和社会效益。2013年成功招商引资涉锌硒项目资金3600万元；2014年招商引资涉锌硒项目资金3500万元，新增产值1.5亿元；2015年与韩国SK集团签约2.6亿元，总投资6亿元打造涉硒、锌“大韩产业园”；2016年，寿宁县富硒区增加产值3.8亿元，4.2万富硒、富锌区农民人均增加收入904元。

2015年，中国富硒农业产业技术创新联盟授予寿宁县“中国富硒富锌农业示范县”荣誉称号。2016年，中国营养学会授予寿宁县“中国硒锌绿谷”荣誉称号。寿宁县是福建省第一批富硒农业产业开发重点县，截至2016年上半年，已引进培育19个生态硒锌产业种养示范基地，注册4个品牌商标，发展富硒茶、富硒水稻等53种富硒锌农产品，培育了一批具有效益好、示范强的农业龙头企业。2016年9月，寿宁县成立了“寿宁超市联盟（总部）”，在北京开设了寿宁生态硒锌农产品营销中心。2017年，寿宁县的硒锌农产品将进入全国各地大中型超市。寿宁县的硒锌产业已形成上规模、产业链完整、高效益的支柱产业。

初步估计，若全省富硒土地资源得以较充分的开发利用，可新增农业产值达每年100亿元以上。

4 福建省生态地球化学学科发展趋势

“生态地球化学”概念在我国已被广泛接受，它是在勘查地球化学的技术方法基础上发展起来的一门边缘学科，是依据地球化学循环理论，采取多目标区域地球化学调查方法和生态系统评价技术路线，研究元素地球化学分布、分配状态与生态环境之间关系的科学。目前，生态地球化学尚处在初级的、打基础的阶段。随着我国生态文明建设的日益推进，该学科必将取得更大的进步，向理论更加成熟、方法更加完善、应用性更强的趋势发展。

4.1 理论更加成熟

地球化学循环是地球物质运动的一种形式，指地球表面和地球内部各种元素在不同物理化学条件下周而复始地迁移的化学过程。它包括无机化学循环、有机化学循环和生物化学循环。地球表层系统物质的循环在时空尺度上有大小之分，大者如元素在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈之间的循环，是地球化学研究的重要方面；小者如元素在生物体和环境之间的循环。大循环过程中出现的异常，对生物循环将产生深远的影响。从大区域、长时间的时空尺度来研究生态环境问题，是生态地球化学的优势所在。地球化学以往主要研究成矿元素在内生、外生条件下的迁移转化规律，随着生态地球化学的发展，将深入研究地球关键带生物化学循环过程，特别是微量金属元素在生物体和环境介质间的迁移循环，需要引进生物化学的方法进行精细的研究，使地球化学循环理论在表生环节更加完善。

4.2 方法更加完善

生态地球化学的方法体系，纵向上包括调查、评价、动态监测、污染治理和土壤修复等内容，横向上包括不同层次，从国家级到省级、市县级，再到乡镇级以及村组级等不同尺度（精度）的调查研究。目前，福建省生态地球化学主要开展面上调查评价工作，调查的指标也以无机元素为主。

随着土地质量地球化学评价工作的推进，将开展污染土壤修复方法技术的探索研究；开展土地质量动态监测及预报、预警。调查指标将从以无机元素为主，扩展到无机元素与有机污染物并重；无机元素从以全量为主，扩展到全量与形态分量并重。评价工作将以土壤质量地球化学分等定级为基础，加强农产品安全性、农产品品质、土壤污染方面的综合评价。

4.3 应用性更强

1:25万多目标生态地球化学调查是一项基础性工作，1:5万土地质量地球化学评价成果的应用性较强，但也带有一定的基础性。随着成果的转化应用示范及产生的经济效益驱动，辅以政策引导，吸引社会资金投入，将开展满足特色农业发展等专项需求的1∶1万及更大比例尺的、更精细的土地质量地球化学评价工作，这类工作将以应用为主。这对土地质量地球化学评价工作提出了更高要求，不但提交的成果要能满足地方各项实际应用的需求，而且成果的表达要基于土地利用现状的图斑、地块，加强多样性表达、科普性表达，做到可直接利用，使提交的成果与实际应用之间实现平坦、无缝对接。

5 福建省生态地球化学学科存在的问题

5.1 技术力量较薄弱

作为一门边缘学科，生态地球化学的发展需要一批综合性、开拓性的地球化学人才，并具有相应的实验设施。目前国土资源部门仅在省地质调查研究院有几名技术骨干能胜任有关工作，国内可引进的人才也很有限。样品测试的力量，尤其是生物体内微量元素及其不同形态、价态的检测技术力量也较薄弱。省内教学、科研单位均未设立地球化学研究机构。

5.2 跨部门协作困难

边缘学科的发展特别需要跨学科、跨部门的协作攻关。目前仅在“福建省沿海经济带生态地球化学调查”项目有少量跨部门的合作，但单向的寻求合作不能持久，后续合作动力不足。需要形成有关机制，建立合作创新研究平台，同时需要部门领导的开明作风。国土资源部门在这方面理应大有作为，承担牵头单位的责任，促进跨部门的合作。

5.3 评价标准不完善

生态地球化学涉及大众健康，敏感性强，评价结论应慎重。这要求有系列配套的评价标准支撑。目前有关国家标准存在落后、不配套的问题，地方标准更加缺乏。以富硒食品为例，目前，国家级标准只有《富硒稻谷》（GB/T 22499-2008）、《富硒茶》（NY/T 600-2002），湖北省及恩施市、陕西省及安康市、江西省、安徽省等省市先后颁布了富硒食品省、市地方标准，为福建省富硒农产品评价所借鉴，但由于区域不同，特色农产品各异，难以满足要求。

6 福建省生态地球化学学科发展的技术路线和目标

6.1 技术路线

面上展开，重点突破，这是地质找矿工作的有效途径，也是生态地球化学的技术路线。面上展开，即先完成面上小比例尺的调查。重点突破，即选择重点地区进行深入的调查研究，以求取得突破性成果。

福建省生态地球化学首先完成1:25万多目标区域生态地球化学调查，开展重要地类（耕地、园地）1:5万调查评价工作，在这两项调查的基础上，对重要污染区、富硒富锌等优质土壤区，以及其它重要地区，开展1∶1万及更大比例尺、更精细调查评价工作。推动调查评价成果在国土资源管理、现代特色农业发展、生态环境保护等方面的转化应用。

6.2 发展目标（2020年）

6.2.1 全面开展农业地质调查评价（集中连片耕地区1:5万土地质量地球化学评价）工作，逐步推动其他领域的应用

完成全省集中连片耕地区以1:5万土地质量地球化学评价为主要内容的农业地质调查评价工作，通过效益驱动，推进1∶1万及更大比例尺调查评价工作，为特色农业发展、土地资源管理和科学合理利用等提供基础资料支撑和技术服务；逐步开展滩涂底质质量与特色贝类产业发展、人居环境与人体健康等其他领域的应用性调查研究，为相关产业的发展提供技术支撑与服务。

6.2.2 加强元素表生地球化学循环、行为机理及其生态效应等基础理论研究

加强农田、城市、江河流域等生态系统中元素来源、分布分配、迁移循环、行为机理及其生态效应的生态地球化学研究，为其他学科的应用研究奠定基础。根据福建省的实际情况，需要重点研究镉、汞、铅等有害重金属元素和硒、锌等有益元素在土壤中的地球化学过程、行为机理与生态效应，为发展安全、富硒农产品提供技术支持。根据其他领域的应用实际需要，开展相关的地球化学研究。

6.2.3 开展关键性、实用性方法技术的探索研究

围绕“土壤重金属污染源—污染途径—迁移转化—存在形态—农作物效应—人群健康”这一地球化学主链条，重点开展土壤重金属存在形态与农作物效应这一关键环节的阻断技术研究。通过环保方式改变土壤的物理化学条件，从而改变重金属的存在形态，阻止重金属在农产品中的高积累，达到生产安全农产品的目的；或者通过不同农作物对重金属吸收强度的对比研究，选择种植对污染元素吸收率低的农作物，达到生产安全农产品的目的。

开展土壤污染的植物修复方法技术研究。根据其他重要问题，开展针对性研究。

6.2.4 建立健全不同生态系统环境质量评价体系与监测体系

在现有土地质量地球化学评价方法的基础上，综合考虑土壤中重金属元素的有效态含量、有机污染物含量和不同品种农产品重金属、有机污染物含量和富硒、富锌特性等指标，逐步完善符合福建实际的土地质量地球化学评价体系。建立包括土壤环境质量监测、重点区域灌溉水、大气干湿沉降、农产品安全性监测、预报和预警的土地质量地球化学监测体系。

根据学科在其他领域的应用，逐步建立相关的环境质量评价体系与监测体系。

7 福建省生态地球化学学科发展的关键技术

7.1 重金属自然高背景土壤的科学利用

影响福建省土壤环境质量的主要因素是汞、镉、铅，大多数为自然地质矿化作用引起的高背景。农产品中汞、镉、铅超标的决定性因素是土壤中汞、镉、铅的有效态含量和农作物对汞、镉、铅的吸收率。开展汞、镉、铅含量超标土壤重金属存在形态及主控因素研究，不同农作物在旱作、灌溉条件下对汞、镉、铅吸收率的对比研究，提出适当改变土壤环境条件、调整耕作方式和种植结构，达到生产安全农产品、科学利用汞、镉、铅高背景土地资源的目的，是一项切合福建实际的实用关键技术。

针对局部地区水稻镉、铅超标这一关系民生的重要问题，开展土壤中镉、铅存在形态与水稻中镉、铅含量关系的研究，根据镉、铅在土壤环境中地球化学行为、影响因素及不同水稻品种对镉、铅的吸收程度，探索研究通过环保方式改变土壤的物理化学条件，包括pH值、有机质含量、土壤质地等方式降低土壤中镉、铅的活性，筛选对镉、铅的吸收程度低水稻品种，阻止镉、铅在农产品中的高积累，达到生产安全稻米的目的。

对通过上述方式仍不能保证农产品安全性的耕地，提出调整土地用途或耕作层置换等治理建议。

7.2 土壤污染地球化学链阻断与土壤修复

根据福建省实际，主要针对重金属元素汞、镉、铅的污染问题。对于人为作用产生的汞、镉、铅污染，首先需要追踪污染源、查明污染途径，通过切断污染途径、治理污染源，阻止污染的继续进行；土壤污染物从其产生到进入农产品，需要经过一系列的化学过程，构成污染物地球化学链。由于土壤中重金属污染物很难被移除，因此，采用地球化学链阻断技术来阻止土壤污染对农产品安全性的影响，是一种相对经济实用的技术。需要开展相关研究，以促进该项技术的成熟。

另一方面，土壤污染的植物提取修复技术作为一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏土壤生态环境，保持土壤结构和微生物活性的状况下，通过对某种元素超积累植物的根系直接将污染元素吸收，从土壤中移除，从而真正修复被污染的土壤。如宝山堇菜()是镉超积累植物，印度芥菜()生物量大，并可同时积累Pb、Cr、Cd、Ni、Zn、Cu[6-8]；研究表明，在土壤中加入EDTA和EGTA鳌合剂，能大幅度增加印度芥菜对重金属的吸收[9]。针对福建省局部土壤镉、铅污染，在前人研究的基础上，开展土壤镉、铅污染的植物修复方法技术的研究，是学科发展的需要。

7.3 地球化学分析测试技术

生态地球化学学科发展，离不开分析测试技术的支撑。随着学科的发展和研究的不断深入，对分析测试技术提出了更高的要求，需要分析测试继续为研究解决重大和关键问题提供技术支撑，需要建立完善水、土、气、生物组织和器官等各种样品中无机元素、有机污染物的分析测试方法，尤其是痕量、超低含量指标的准确测定、元素形态与价态的准确测定、小样量样品相关指标的准确测定、现场快速分析测试方法等。研发经济快速的有机物分析检测技术和生物样品中元素价态、形态分析检测技术，以满足大批量样品分析和精细分析需要，形成化学元素、理化指标的野外现场快速测试技术及质量监控方案，满足环境动态变化研究对分析数据准确度的高要求[10]。

除了硬技术外，微量元素的测试需要有关软技术的应用。由于微量、痕量元素的含量极低，不同实验室、不同批次、不同检测人员之间极易产生系统误差，对评价工作产生重大影响。目前在国土资源部门内，应用了系统误差的控制方法。但在福建省内各部门间，如何应用该方法需要做各种尝试。

8 福建省生态地球化学学科发展的建议与对策

8.1 实施重大科技攻关项目

通过构建政府重视，政策与资金引导，企业资金跟进，以效益促进再投入的长效机制，推动生态地球化学学科全面发展。目前主要依靠中央和地方政府的计划/项目推动生态地球化学学科发展。要认真落实《福建省农业地质调查评价工作实施方案（2016—2020年）》，建议安排一部分资金用于与全省有关的重大科学问题的攻关研究，可以招投标形式优选科研单位，鼓励本省专家与省外专家组成项目组参加科研工作，以弥补本省技术力量的不足。

同时，以落实《福建省土壤污染防治行动计划实施方案》为契机，积极参与有关土壤污染防治行动计划的地方标准建立、土壤污染状况详查、土壤环境监测、耕地和园地安全利用、土壤污染治理与修复等工作，在土壤污染防治中发挥生态地球化学的独特作用。

建议实施“台湾海峡生态环境和资源调查评价”计划，以生态地球化学为主导，开展多学科、多部门的协作攻关，将生态地球化学扩展到海洋生态系统，同时培养综合性人才队伍。

8.2 建立土地安全利用重点实验室

除了项目依托外，常设研究机构是学科发展的重要动力。福建省国土资源部门于2016年建设了地质灾害重点实验室，取得了相关的建设经验，建议再争取建立土地安全利用省级重点实验室，根据福建省土地环境质量的特点，开展有关生态地球化学课题的研究工作。

生态地球化学在土地安全利用方面能发挥重要作用，有关课题有：

（1）重金属元素、有机污染物地球化学循环及生态效应研究。根据福建省的实际和应用需要，加强以汞、镉、铅和有机氯农药残留为主的污染物在不同生态系统中迁移转化地球化学过程、行为机理、控制因素及其生态效应研究；

（2）土壤污染地球化学链阻断技术与修复技术探索研究，包括污染重金属的形态固化、植物提取修复、耕作层置换等方法研究；

（3）污染土壤科学利用技术研究，包括品种改良、种植规划调整等方法研究，以及实施的政策依据与技术途径。

8.3 加强分析测试支撑技术体系建设

建设分析测试技术体系，提高分析测试技术水平，不仅是生态地球化学学科的需要，也是福建省自然科学发展的需要。福建省地球科学相关学科的发展，如福建省地质学科、福建省岛屿地质环境学科、福建省勘查地球化学学科的发展，都对分析测试技术水平提出了新要求[11-13]。生态地球化学学科因研究的对象广泛，研究的地球化学指标多样，更离不开分析测试技术的支撑。

建议认定分析测试骨干单位，政府给予适当资助，并赋予一定责任。通过骨干单位带动全省测试水平的提高，克服微量元素测试中系统误差的影响，建立争议仲裁机制。目前省地质测试研究中心可作为无机分析的骨干单位，但由于单位性质所限，无法取得农产品检测资质。因此还需要寻找一家实验室作为农产品中微量元素测试的骨干单位，使生态地球化学调查评价中的生物样品适当集中测试，以降低成本，提高质量。

[1] 南京大学地质系. 地球化学[M]．北京：科学出版社，1979．

[2] 奚小环.生态地球化学与生态地球化学评价[J].物探与化探,2004, 28(1): 10-15.

[3] 杨忠芳，成杭新，陈岳龙, 等．进入21世纪的勘查地球化学:对生态地球化学的展望[J]．地学前缘，2004,12(3):600.

[4] 施俊法，李友枝．国外生态地球化学填图理论及其发展趋势[J]．物探与化探，2003,27(6)：469-471.

[5] 刘庆生，蔡以评，许井明，等．福建省物探化探遥感成果回顾[J]．福建地质，2000,19(3/4)：167-220.

[6] 蒋先军，骆永明，赵其国．重金属污染土壤的植物修复研究[J]．土壤学报，2002,39(5):664-665.

[7] 柯世省．植物对重金属的超积累作用[J]．生物学教学，2005,30(2):3-5.

[8] Nanda-Kumarp. B. A, et al. Phtoextraction: the use of plants to remove heavy metals from soil[J]. Environ. Sci. Technol., 1995,29(5):1232-1238.

[9] 彭自然，王毓芳，徐伯兴．鳌合诱导植物修复被重金属污染土壤[J]．上海化工，2001(17):4-5.

[10] 周国华．多目标区域地球化学调查：分析测试面临的机遇和挑战[J]．岩矿测试，2010,29(3)：296-300.

[11] 福建省地质学会．福建省地质学科发展报告[J]．海峡科学，2009(1):18-24.

[12] 福建省地质学会．福建省岛屿地质环境学科发展研究报告[J]．海峡科学，2015(1):10-16.

[13] 蔡以评，林才浩，苏茂凯．福建省勘查地球化学学科发展研究报告[J]．海峡科学，2010(1):26-33.

1．林才浩，福建省地质调查研究院，教授级高工。

2．许美辉，福建省地质调查研究院，教授级高工。

3．刘顺民，福建省地质调查研究院，高级工程师。