土地质量地球化学调查服务生态农业与生态文明建设的实践与思考＊

■ 余涛 奚小环 杨忠芳 侯青叶 夏学齐

1.中国地质大学（北京）数理学院 北京 100083

2.中国地质调查局 北京 100037

3.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院 北京 100083

0 引言

党的十八大以来，习近平总书记指出"要坚持绿水青山就是金山银山的理念，坚定不移走生态优先、绿色发展之路"。生态文明建设一方面是要保护生态环境，另一方面是要推进人与自然的和谐、可持续发展，赵其国院士提出的"功能农业"成为生态文明建设内涵重要延伸[1,2]。2017年，中共中央、国务院提出推进农业供给侧改革的意见，指出要加强开发保健功能的食品[3]，为农业发展提供了新的契机。自然资源部中国地质调查局密切联系国计民生，提出地质工作要面向国家战略需求，在1999年启动实施了土地质量地球化学调查工作，经过22年的持续推进，这项工作积极服务农业经济发展和生态文明建设[4]，不断取得重要成果，极大地拓展了功能农业应用广度与深度。面向未来，地质调查作为一项基础性的工作，如何支撑生态农业发展，如何服务生态文明建设，是值得思考的问题。同时，针对土地质量与生态安全这一重大科学问题，仍然需要不断地探索与实践。本文首次较为系统地介绍了土地质量地球化学调查在生态文明建设与农业经济发展方面的成果进展，同时也总结了存在的若干问题，提出了相应的举措和建议。在向第二个一百年的奋斗目标前行迈进的重要历史时刻，做好土地质量地球化学调查和功能农业工作对于解决"三农"问题具有十分重要的意义。

1 土地质量地球化学调查工作概述

1999年中国地质调查局在全国启动了土地质量地球化学调查计划（也称多目标区域地球化学调查），致力于从资源与环境两大方面提供评价研究成果，把服务于生态文明建设与农业经济发展作为主要方向[4-6]。调查结果表明，我国土地的环境质量和养分状况不容乐观：镉、汞、铅等有害重金属元素分布的范围较大，可能存在较大的生态危害风险；某些地区农作物成熟时所必需的氮、磷、钾等有益元素供应不足，一定程度上会直接影响到农作物产量和粮食品质；部分地区农作物有害重金属元素含量较高，超标情况较为突出。产生这些生态问题的原因很多，主要是3个方面，其一是受到地质过程的影响，其二为人类活动的影响，另外是自然过程和人为活动的叠加影响。

针对我国土地质量地球化学调查发现的重金属元素分布问题，我们开展了生态地球化学评价，系统地研究了元素的迁移转化规律，如从岩石到土壤、水体、动植物，最后到人体。区域生态地球化学评价涉及到两大核心问题，其一是研究元素的来源，找出它是地质作用的源头还是人类活动行为造成的；其二为研究元素的归宿，即研究元素的迁移途径和影响机制。地球化学研究的对象是地球科学领域的问题，但当土壤中存在大量重金属元素并被各种农产品等吸收，影响农田和农产品的安全时，就会转化为农业环境和生态环境问题，当人类健康甚至生命受到危害时，又会成为医学问题、健康问题等。显而易见，这项工作已经涉及到影响社会、经济和民生的诸多方面[7]。

土地质量地球化学调查工作是有计划、分步骤、分层次地来进行的（图1）。第一步骤（层次）是开展区域地球化学调查，主要是通过开展区域尺度、较大规模的调查工作，获得区域内几十种元素的空间分布状况，充分掌握区域总体情况，划分出影响环境质量和养分质量等元素分布区域；第二步骤（层次）是开展区域生态地球化学评价，在前一层次的基础上研究主要影响环境质量和养分质量等元素的来源、分布、组成特征和影响因素，并评价生态环境、农业种植条件、农产品生产环境安全等。同时针对相关问题的综合治理措施进行了研究，提出具体的规划意见；第三步骤（层次）是为了针对局部的生态地球化学的环境问题，以不同生态系统为研究对象，如矿山生态系统、农田生态系统等，是生态地球化学评价工作的重要组成部分[7]。这一层次的工作在矿区环境治理、污染场地评价与修复、名特优产地评价、优质土地资源开发、地方病病区环境评价与防治等领域取得了一定成效；第四步骤（层次）是综合评价。在前面几个层次评价的基础上，整合不同学科进行综合评价（图1）。这一层次评价的目标是通过开展生态地球化学环境区划，形成典型生态问题的预测和预警，乃至中长期预报，为相关部门决策提供科学依据，提出系统化、规范化的生态问题防控与治理方案，同时形成一系列标准化的技术方法体系等[4-7]。

图1 全国土地质量地球化学调查工作路线图

1999年开始，中国地质调查局在南方四川成都，湖北武汉，还有广州建立了地球化学调查试点，这3个地方可以对应我国中东部地区的大部分地貌情况，也就是盆地、平原、三角洲。这是我国土地质量地球化学调查的开始。通过前期试点、重点推广、全面实施等阶段，我国已完成土地质量地球化学调查（1:25 万比例尺）面积达255万km2（截至2018年，见图2），其中我国东部沿海省市如江苏省、山东省、海南省、福建省、上海市、天津市等已完成全部陆域面积的调查工作[8]。1:5 万土地质量地球化学调查主要部署在有益元素或重金属污染分布的耕地、园地等重要生态地球化学问题地区，截止到2017年累计完成调查面积28万km2。

图2 全国土地质量地球化学调查工作范围图（1999～2018）［8］

目前，全国对土地质量地球化学调查和评价工作仍在持续稳步推进，其中广西壮族自治区在2013～2021年间陆续完成了99 个县、区的1:5 万土地质量地球化学调查和评价的工作，取得了十分突出的成绩。总之，土地质量地球化学调查工作已经在我国取得了大量的原创性研究成果，创造了较高的社会效益和经济效益，对于我国现代农业的区域规划和结构调整提供了重要的科学基础和依据，为我国发展现代化农业，评价农业土壤环境质量等多个方面都提供了大量的信息,促进我国现代化农业的绿色、健康、可持续发展[7]。

2 研究进展与重要成果

土地质量地球化学调查在生态文明建设与农业经济发展方面取得以下重要进展和成果：

2.1 发现大批优质特色富硒土地资源，积极服务乡村振兴

硒是十分重要的人体必需营养元素，已引起全世界科学家的关注，但是硒元素摄入不足或过多均会危害人体健康。硒等元素也是功能农业中十分关注的有益人体健康的矿物质。我们给出了富硒耕地的含量区间，近期中国地质调查局也公布了《天然富硒土地划定和标识》标准[9]。参照农业部颁布的绿色食品产地环境标准和富硒耕地的含量值，根据1999～2014年的调查数据，划分出328 万公顷绿色富硒耕地，这些天然富硒土地资源主要分布在我国的湖南、湖北、江西、安徽、贵州、重庆、四川、广东、广西、海南、江苏、浙江、河南、山西、宁夏等区域（图3）[10]。我国富硒耕地的分布受煤系地层、土壤有机质、沉积作用等多种因素的影响,调查发现，我国土壤中硒元素物质来源相对稳定，适合科学合理的长期开发利用[8]。此外调查工作还在部分省份发现了一批富含其他有益微量元素的特色耕地（如富锌、富钼、富锗），为开发天然保健功能的食品提供了发展基础[10]。目前，各地充分利用天然绿色富硒耕地资源，积极发展生态农业、绿色农业和特色农业。比如江西赣南革命老区依托丰富的富硒土壤资源，大力发展富硒农业产业，脱贫攻坚取得显著成效，正在积极服务乡村振兴。广西积极开发利用当地天然富硒土地资源，形成名特优绿色农产品产业，促进了乡村振兴，起到了较好的示范作用。

图3 全国绿色富硒耕地分布柱状图［10］

2.2 查明符合国家质量标准的绿色、无污染耕地，服务生态农业发展

调查工作查明了造成土壤污染或超标的主要原因[10]。我国耕地中出现的面源污染与地质作用过程关系密切，很多地区的重金属超标是由区域地质高背景与成土风化作用引起[10]。同时调查也发现人类活动更多地加剧重金属污染。如矿山开采生产中产生的废渣、废气、废水以及农业生产活动中污灌、滥用化肥等人为活动造成或加剧了周边耕地的污染。土地质量地球化学调查工作查清我国主要农耕区土壤质量的家底，根据国家生态环境部和农业农村部的有关标准，圈选划定了绿色、无重金属污染耕地，服务生态农业发展。1999～2014年间地球化学调查结果显示我国无污染耕地为8280 万公顷，占全部调查耕地总面积的92%，在我国主要农耕区广泛分布[10]。相关成果有力地支撑了长期、持续、深入地推进生态文明建设。

2.3 估算主要农耕区土壤碳库变化，服务全球气候变化决策

土壤有机碳既是农业经济发展的重要因素，也是影响全球变化的重要因素。全球气候变化及其不利影响是人类共同关心的问题。我国通过地球化学调查获得了迄今为止最为系统的土壤有机碳实测数据[11]，这项成果具有十分重大的科学意义，首次高精度地揭示了我国主要农耕区土壤碳库的现状，也为全球尺度土壤碳库研究提供了海量的数据。分析计算了我国近150 万km2的土壤实测数据结果，获得了我国主要农耕区表、深层土壤有机碳的含量，为未来研究土壤有机碳含量变化提供了宝贵的数据。科学估算出了我国农耕区不同深度的土壤有机碳库总量，为国家制定相关应对气候变化决策提供了依据[7]。相关研究结果表明20年间（1980～2000），我国主要农耕区0～20cm 和0～100cm 土壤有机碳库显著增加，我国目前实行的农业耕作制度和土地管理有利于土壤固碳[8]。这对于制定并实施应对全球气候变化的中国方案，从而采取科学应对气候变化的政策和措施，最终实现碳中和（Carbon Neutrality），具有积极的意义。

3 面临的问题

3.1 顶层制度设计上尚不通畅

地质、农业、环境保护、卫生健康等部门之间缺乏协调联动机制，地质部门主抓调查，农业部门主抓生产，环境保护主抓环境污染防治，卫生健康部门主抓营养健康。面对环境重金属污染防治以及人体必需微量营养素不足与失衡等问题如何精准评价与因地施策，目前仍然缺乏有效的协同保障机制。

3.2 特色耕地资源缺乏合理利用开发

虽然调查发现了大量的特色耕地资源，但占调查耕地面积或我国耕地总面积的比例很低，且存在分布极不平衡、地区差异大的情况。实际上，我国大部分地区的土壤中缺乏硒、铜、锌、钼等有益微量元素，如何科学合理地利用特色耕地资源是亟待解决的问题。一方面要守住青山绿水，不能涸泽而渔，做到长期可持续发展；另一方面要做大做强富含有益微量元素资源开发及产业集群，富含有益微量元素等功能性农产品发展潜力巨大。

3.3 生态安全红线仍需坚守

保障粮食安全问题仍然是我国农业发展的基础和底线，功能农业的发展必须建立在生态安全的基础之上。20 世纪80年代以来，耕地资源数量急剧减少、质量持续下降，严重影响我国的粮食安全和生态安全。我们必须保证耕地资源保护性质不改变、空间面积不减少、生态功能不退化。与此同时，按照土壤污染防治行动计划，我国土壤污染防治攻坚战正进入非常关键时期。如何实现农业绿色发展？如何确保农产品品质安全？既要清理旧账，更要防止出现新账，现在面临的生态安全压力仍然较大。因此功能农业的发展应该是均衡的、和谐的、生态友好的。

3.4 有益元素含量标准和配套制度体系亟待完善

我国对于有益元素含量标准和配套制度体系尚待完善。以硒元素为例，目前颁布的唯一的国家标准是《GB/T22499-2008 富硒稻谷》，距今也有13年。此外有一些行业标准或地方标准，如《NY/T 600-2002 富硒茶》、《GH/T 1135-2017 富硒农产品》、《DB61/T556-2012 富硒食品与其相关产品硒含量标准》、《DB45/T1061-2014 富硒农产品硒含量分类及标准》、《DB23/T 2071-2018 富硒土壤评价要求》、《DB64/T1220-2016 宁夏富硒土壤标准》、《DB45/T 1442-2016 土壤中全硒含量的分级要求》、《DBS42/002-2014 富有机硒食品硒含量要求》、《DB6109.1-2012 富硒食品与其相关产品硒含量标准》、《DBD36/T566-2017 富硒食品硒含量分类标准》等。上述标准分布在食品、农业、国土、、等不同专业领域，不同行业、不同地方、不同部门颁布的各类标准之间针对性不足、兼容性不佳，并没有发挥相应的规范性作用。

4 举措和建议

（1）实施“地质+农业”创新发展模式。地质调查是经济发展的排头兵，土地质量地球化学调查为农业的高效、优质、和谐发展提供了基础。地质和农业是相辅相成，密不可分的。应该突破部门、行业之间的壁垒，深度融合，协同创新发展，开创包括富硒土地开发在内功能农业发展的新局面。

（2）继续坚守保障粮食安全的红线。以永久基本农田、高标准农田为代表的耕地是保障粮食安全的根本，其中无污染（绿色）耕地弥足珍贵，更是保障粮食安全的生态红线，因此应该实施最严格的保护政策，端牢端好人民的饭碗，严格控制各种工农业活动可能造成的污染，调查、监测、防控，多管齐下，从而实现耕地的生态发展与利用，切实落实习总书记关于“绿水青山就是金山银山”的嘱托。

（3）高度重视和引导功能农业规范化发展。建议设置一定的门槛，从管理制度上引导功能农业的规范化、规模化、集约化、长效化发展。形成学会或协会，统一谋划有益元素含量标准和配套制度。打通上下游产业链，真正形成全流程的管理体系。

十四五期间，我们必须加强生态文明建设和自然资源综合管理，地球化学调查评价工作必须创新思维、发展新方法、开拓新思路。以国家发展需求为导向、以人民需求为根本、以生态管护为己任，践行“绿水青山就是金山银山”的科学发展理念，综合协调山水林田湖草沙是生命共同体的整体发展观，开拓自然资源综合调查评价的新局面，更好地服务生态文明建设与农业经济发展工作。