區域化探資料在農業(yè)、環(huán)境與人體健康領(lǐng)域的應用研究

  環(huán)境地球化學(xué)研究工作的興起是社會(huì )發(fā)展的需要。20世紀中期以來(lái)，世界范圍內環(huán)境污染事件與生態(tài)災害問(wèn)題突出。我國工業(yè)化歷史雖然短暫，但生態(tài)環(huán)境遭受的破壞也已凸顯出來(lái)。20世紀60年代以來(lái)冶金、化工、燃煤、農業(yè)生產(chǎn)等污染范圍擴大，程度加重，諸如DDT、六六六等農藥污染，大氣和水環(huán)境污染，酸雨沉降，水體富營(yíng)養化，污水灌溉引起的農田重金屬污染，城市環(huán)境污染均比較嚴重，地方病問(wèn)題突出。到70年代末，東部沿海地區工業(yè)進(jìn)程加快，環(huán)境問(wèn)題越發(fā)突出；與此同時(shí)，國際社會(huì )對環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注迅速加大，我國環(huán)境科學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)學(xué)科得到迅速發(fā)展，迫切需要相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的支持和參與。在這種背景下，從20世紀80年代初起，我國勘查地球化學(xué)開(kāi)始了環(huán)境領(lǐng)域的調查和研究。
 
  我國區域化探全國掃面計劃的實(shí)施，為我國勘查地球化學(xué)界進(jìn)入環(huán)境研究領(lǐng)域奠定了基礎。20世紀70年代末，地礦部在制定實(shí)施區域化探全國掃面計劃時(shí)，就將區域化探掃面資料應用于農牧業(yè)、環(huán)境、地方病研究列為工作目標。從20世紀80年代初期開(kāi)始，一些地區的化探工作者就陸續利用區域地球化學(xué)資料開(kāi)展環(huán)境、農業(yè)、地方病方面的應用研究，持續至今。由于我國區域化探掃面基本在基巖出露的山區、丘陵區進(jìn)行，而環(huán)境、農業(yè)問(wèn)題突出的城市區，第四系覆蓋的平原、盆地地區尚未開(kāi)展掃面工作。為彌補這個(gè)缺憾，從20世紀80年代中期開(kāi)始，陸續啟動(dòng)了圍繞城區的1：5萬(wàn)環(huán)境地球化學(xué)試點(diǎn)研究，以環(huán)境和農業(yè)為主要目標的東部沖積平原區1：20萬(wàn)區域化探方法研究。進(jìn)入20世紀90年代，隨著(zhù)國家對環(huán)境、農業(yè)的進(jìn)一步重視，作為我國勘查地球化學(xué)發(fā)展的新生長(cháng)點(diǎn)，環(huán)境地球化學(xué)調查與研究得到蓬勃發(fā)展。在這期間，部分省市在一些平原區開(kāi)展了大面積區域農業(yè)地質(zhì)、環(huán)境地球化學(xué)調查，并啟動(dòng)了“全國環(huán)境地球化學(xué)監控網(wǎng)絡(luò )及動(dòng)態(tài)地球化學(xué)圖”和“區域地球化學(xué)在農業(yè)和生命科學(xué)上的應用研究”等重大科技項目。1998年中國地質(zhì)調查局成立后，以資源與環(huán)境并重的戰略方針為指導，在我國中部江漢平原、東部珠江三角洲、西部成都盆地，大規模開(kāi)展以生態(tài)環(huán)境為主體的多目標區域地球化學(xué)調查與試一點(diǎn)研究，對21世紀初在全國21個(gè)省市全面開(kāi)展以環(huán)境、農業(yè)為主的區域多目標地球化學(xué)調查和區域生態(tài)地球化學(xué)評價(jià)，發(fā)揮了重要推動(dòng)作用。
 
  在過(guò)去20多年間，勘查地球化學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域的工作主要包括以下幾個(gè)方面：
 
  用勘查地球化學(xué)調查的技術(shù)方法和區域地球化學(xué)資料來(lái)研究環(huán)境、農業(yè)、地方病問(wèn)  題，是勘查地球化學(xué)家從事環(huán)境領(lǐng)域研究的切入點(diǎn)。在這方面，20世紀60～70年代英國Webb J s等人開(kāi)展的工作可謂首創(chuàng )。20世紀80年代初期以來(lái)，隨著(zhù)我國區域化探全國掃面計劃的實(shí)施，我國化探工作者開(kāi)始利用區域化探資料研究環(huán)境、農業(yè)和地方病問(wèn)題。20多年來(lái)，區域地球化學(xué)咨料在地方病、農業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域的應用研究從未間斷過(guò)。
 
  早期的應用研究包括在鄂東南利用區域化探資料進(jìn)行的地方病預測研究(童霆，1982)，貴州環(huán)境地質(zhì)與環(huán)境保護區劃和環(huán)境危害元素的分布研究（鄧峰林，1983），物化探所與江西物探隊合作進(jìn)行的江西省生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)系列圖編制（萬(wàn)特，1987），在福建進(jìn)行的。漳州市河流沉積物的環(huán)境背景值和重金屬污染狀況探討”研究(蔡以評等'
 
  1991)，在河北開(kāi)展的將青龍幅、山海關(guān)幅區域化探掃面資料用于農業(yè)及環(huán)境問(wèn)題的研究（孫天蔚等，1989），以及對福建長(cháng)樂(lè )縣胃癌高發(fā)區進(jìn)行的環(huán)境地球化學(xué)病因研究（蔡以評等，1991）等。進(jìn)入20世紀90年代，這項研究的規模進(jìn)一步擴大，研究工作逐步深入，包括：在孫天蔚等人研究的基礎上擴大進(jìn)行的“冀東農業(yè)地球化學(xué)圖編制”和多種農作物增施微肥的大田增產(chǎn)試驗（朱立新，周?chē)A，任天祥等，1993）；“黑龍江省區域地球化學(xué)與農業(yè)、地方病關(guān)聯(lián)性研究。（吳錫生等，1993）；福建地勘院進(jìn)行的霞浦縣荔枝、龍眼、名優(yōu)茶葉和古田縣西洋油奈等種植區環(huán)境地球化學(xué)研究(1993)；“湖北省主要地方病形成環(huán)境及分布規律，，研究（丁宗洲，1998）；以區域化探資料為基礎進(jìn)行的“贛南名特優(yōu)農作物產(chǎn)地地質(zhì)環(huán)境調查，（朱立新，周?chē)A等，2000）；利用區域化探數據庫進(jìn)行的湖南全省農業(yè)與環(huán)境研究（湖南物勘院，1999）；利用各種區域地球化學(xué)資料進(jìn)行的全國規模的“區域地球化學(xué)在農業(yè)和生命科學(xué)上的應用研究”(李家熙等，2000)等。
 
  在農業(yè)地球化學(xué)應用研究方面，大多數工作是從區域地球化學(xué)背景出發(fā)，結合局邵地區和小流域的進(jìn)一步研究和農作物生長(cháng)狀況的調查，力圖建立水系沉積物與土壤介質(zhì)間元素含量、有效量的關(guān)系，查明相關(guān)規律，推廣到面上，以便利用水系沉積物掃面資料評價(jià)區域作物營(yíng)養和有益元素的豐缺，達到指導土壤施肥與種植規劃的目的。以區域元素豐缺評價(jià)成果為依據開(kāi)展的農業(yè)應用研究，取得了明顯成效。如1988-1989年，孫天蔚等根據對河北青龍和山海關(guān)地區的研究，指出Zn、 Cu、 Mo、B等元素的含量分布對該區水稻、大豆、高粱、玉米、花生的生長(cháng)、產(chǎn)量和品質(zhì)有明顯的影響，據此劃分出了對作物生長(cháng)有影響的元素“缺乏區”、“潛在缺乏區”和“潛在過(guò)剩區”，并圈出適宜作物生長(cháng)的“正常區”。朱立新等（1991—— 1993年）與當地農業(yè)部門(mén)合作，根據編制的冀東農業(yè)地球化學(xué)圖，針對蘋(píng)果、水稻、玉米、花生等所缺微量元素，進(jìn)行了增施微肥試驗，結果表明，蘋(píng)果噴施硼肥后，品質(zhì)顯著(zhù)提高，增產(chǎn)增值達30%以上，水稻、玉米、花生增施所缺微量元素后，單產(chǎn)增加也達10%。蔡以評在福建漳州研究了與作物生長(cháng)密切相關(guān)的B、Zn、 K2O、 Ca0等16種元素和氧化物的背景值、缺乏限和過(guò)量限，劃分出7個(gè)農業(yè)地球化學(xué)區，圈出了最佳種植區，提出了對不同元素缺乏區施肥的建議。吳錫生的研究（1992—1993年）提出了黑龍江省某些元素的分布與作物產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)性，指出Co對大豆’
 
  Zn對甜菜、小麥、水稻等有明顯影響。湖南物勘院的研究（1998-1999年）規模最大'
 
  幾乎覆蓋了湖南全省，它選擇P_K等作物營(yíng)養元素和Cd. Hg等有害元素對湖南農業(yè)地球化學(xué)環(huán)境進(jìn)行了分析研究，將湖南劃分為5個(gè)農業(yè)優(yōu)勢區和3個(gè)劣勢區，并提出洞庭湖平原中心、城步縣南山、白馬山、苗兒山等地適合發(fā)展綠色農業(yè)和特色農業(yè)的建議。上述研究為湖南農、Ip區劃和貧困山區建設提供了地球化學(xué)依據。此外，地質(zhì)、有色、冶金、高等院校等各系統的廣大地質(zhì)和化探工作者，根據地方農業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的需要，以區域地球化學(xué)資料為重要依據，綜合考慮地質(zhì)背景、氣候環(huán)境等因素，開(kāi)展了大量的農業(yè)地質(zhì)調查，掌握了各種特色優(yōu)質(zhì)農產(chǎn)品產(chǎn)地的地質(zhì)地球化學(xué)背景，建立了適宜種植區的地質(zhì)地球化學(xué)環(huán)境模型，以此指導特色優(yōu)質(zhì)農產(chǎn)品的種植規劃，對當地效益農業(yè)、特色農業(yè)的健康發(fā)展作出了巨大貢獻，成為20世紀80～90年代經(jīng)久不衰的一項工作。
 
  在地方病研究方面，從生命元素的生理功能效應出發(fā)篩選地方病研究的元素指標，以區域水系沉積物或土壤地球化學(xué)異常為線(xiàn)索，通過(guò)研究元素在巖石、土壤、水、農產(chǎn)品、生態(tài)食物鏈系統中的遷移轉化，利用流行病學(xué)調查資料，建立了區域水系沉積物、土壤中元素分布模式與各種地方病的關(guān)系模型，提出了一些地方病的環(huán)境地球化學(xué)成因，進(jìn)行疾病預測，提出地方病防治建議。例如，鄂東南針對高銅區肝癌和肝硬化的預測研究（童霆，1982)，福建長(cháng)樂(lè )胃癌高發(fā)區的環(huán)境地球化學(xué)研究（蔡以評，1996），貴州Pb、Cd、Hg等21個(gè)環(huán)境危害元素致害值的研究（鄧峰林，1983），引灤入津工程上游Cd、As、Pb等元素分布對潘家口水庫水質(zhì)影響的研究(孫天蔚等，1989)，黑龍江省地方性甲狀腺腫和大骨節病的總體地球化學(xué)環(huán)境研究（吳錫生等，1993），在全國范圍內針對與I、S。、F等元素有關(guān)的多種地方病和惡性腫瘤研究（李家熙等，2000），均取得了良好的效果，得到了我國衛生防疫部門(mén)和國外同行的認同與贊賞。
 
  隨著(zhù)應用研究的不斷深入，漸漸發(fā)現元素地球化學(xué)分布與農業(yè)、環(huán)境、地方病間的關(guān)系十分復雜。一方面，以礦產(chǎn)勘查為主要目的的水系沉積物測量，在采樣方法上具有強化異常的特點(diǎn)，未必與環(huán)境調查的需要相一致；另一方面，盡管水系沉積物測量資料能有效反映區域地球化學(xué)模式，但是水系沉積物反映出的元素區域分布模式，還需經(jīng)過(guò)土壤、水等介質(zhì)傳遞和遷移途徑才能作用于農作物、動(dòng)物和人體；再者，動(dòng)植物、人體健康不僅與元素地球化學(xué)場(chǎng)有關(guān)，還受眾多復雜自然環(huán)境條件和生物因素的影響。因此，僅僅通過(guò)元素含量和綜合參數指標與作物產(chǎn)量、品質(zhì)和地方病發(fā)病率等的相關(guān)性研究，有時(shí)難以取得理想的效果。進(jìn)入20世紀90年代中后期，這類(lèi)研究工作不再以統計學(xué)上的相關(guān)性為重點(diǎn)，而更多地從生態(tài)系統的內在聯(lián)系出發(fā)來(lái)進(jìn)行研究，即將巖石、土壤、水系沉積物、動(dòng)植物和人類(lèi)，作為一個(gè)有機關(guān)聯(lián)、相互影響的整體系統看待，加強微量元素在系統內分布分配、遷移轉化、循環(huán)途徑與作用機理的研究，綜合考慮影響元素生物效應的各種因素，如元素存在形態(tài)和生物有效性、動(dòng)植物和人體的攝取途徑、暴露方式等等，從而使生態(tài)環(huán)境現象得到了更加合理、準確的地球化學(xué)解釋。中國地質(zhì)科學(xué)院生物環(huán)境地球化學(xué)研究中心（測試所）在這方面作了大量的綜合性研究工作。
 
  20世紀90年代以來(lái)，計算機技術(shù)和地理信息系統(GIS)的發(fā)展，為區域地球化學(xué)與環(huán)境、農業(yè)、地方病的綜合研究及其成果的轉化利用，提供了有力的技術(shù)支撐。例如，1999年物化探所聯(lián)合江西贛南地區地質(zhì)單位和當地農業(yè)部門(mén)(朱立新、周?chē)A等，2000)，在茶葉、煙草適生生態(tài)地質(zhì)地球化學(xué)模型研究的基礎上，以區域地球化學(xué)、地質(zhì)背景、地形地貌、土壤類(lèi)型、氣候環(huán)境資料為依據，開(kāi)展優(yōu)質(zhì)茶葉、煙草適種布局規劃，取得了較好效果。