化探知識

區(qū)域化探資料在農(nóng)業(yè)、環(huán)境與人體健康領(lǐng)域的應(yīng)用研究

  環(huán)境地球化學(xué)研究工作的興起是社會發(fā)展的需要。20世紀(jì)中期以來,世界范圍內(nèi)環(huán)境污染事件與生態(tài)災(zāi)害問題突出。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。20世紀(jì)60年代以來冶金、化工、燃煤、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等污染范圍擴大,程度加重,諸如DDT、六六六等農(nóng)藥污染,大氣和水環(huán)境污染,酸雨沉降,水體富營養(yǎng)化,污水灌溉引起的農(nóng)田重金屬污染,城市環(huán)境污染均比較嚴(yán)重,地方病問題突出。到70年代末,東部沿海地區(qū)工業(yè)進程加快,環(huán)境問題越發(fā)突出;與此同時,國際社會對環(huán)境問題的關(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(jì)80年代初起,我國勘查地球化學(xué)開始了環(huán)境領(lǐng)域的調(diào)查和研究。
 
  我國區(qū)域化探全國掃面計劃的實施,為我國勘查地球化學(xué)界進入環(huán)境研究領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代末,地礦部在制定實施區(qū)域化探全國掃面計劃時,就將區(qū)域化探掃面資料應(yīng)用于農(nóng)牧業(yè)、環(huán)境、地方病研究列為工作目標(biāo)。從20世紀(jì)80年代初期開始,一些地區(qū)的化探工作者就陸續(xù)利用區(qū)域地球化學(xué)資料開展環(huán)境、農(nóng)業(yè)、地方病方面的應(yīng)用研究,持續(xù)至今。由于我國區(qū)域化探掃面基本在基巖出露的山區(qū)、丘陵區(qū)進行,而環(huán)境、農(nóng)業(yè)問題突出的城市區(qū),第四系覆蓋的平原、盆地地區(qū)尚未開展掃面工作。為彌補這個缺憾,從20世紀(jì)80年代中期開始,陸續(xù)啟動了圍繞城區(qū)的1:5萬環(huán)境地球化學(xué)試點研究,以環(huán)境和農(nóng)業(yè)為主要目標(biāo)的東部沖積平原區(qū)1:20萬區(qū)域化探方法研究。進入20世紀(jì)90年代,隨著國家對環(huán)境、農(nóng)業(yè)的進一步重視,作為我國勘查地球化學(xué)發(fā)展的新生長點,環(huán)境地球化學(xué)調(diào)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(qū)開展了大面積區(qū)域農(nóng)業(yè)地質(zhì)、環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查,并啟動了“全國環(huán)境地球化學(xué)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及動態(tài)地球化學(xué)圖”和“區(qū)域地球化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)上的應(yīng)用研究”等重大科技項目。1998年中國地質(zhì)調(diào)查局成立后,以資源與環(huán)境并重的戰(zhàn)略方針為指導(dǎo),在我國中部江漢平原、東部珠江三角洲、西部成都盆地,大規(guī)模開展以生態(tài)環(huán)境為主體的多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查與試一點研究,對21世紀(jì)初在全國21個省市全面開展以環(huán)境、農(nóng)業(yè)為主的區(qū)域多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查和區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評價,發(fā)揮了重要推動作用。
 
  在過去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方面:
 
  用勘查地球化學(xué)調(diào)查的技術(shù)方法和區(qū)域地球化學(xué)資料來研究環(huán)境、農(nóng)業(yè)、地方病問  題,是勘查地球化學(xué)家從事環(huán)境領(lǐng)域研究的切入點。在這方面,20世紀(jì)60~70年代英國Webb J s等人開展的工作可謂首創(chuàng)。20世紀(jì)80年代初期以來,隨著我國區(qū)域化探全國掃面計劃的實施,我國化探工作者開始利用區(qū)域化探資料研究環(huán)境、農(nóng)業(yè)和地方病問題。20多年來,區(qū)域地球化學(xué)咨料在地方病、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用研究從未間斷過。
 
  早期的應(yīng)用研究包括在鄂東南利用區(qū)域化探資料進行的地方病預(yù)測研究(童霆,1982),貴州環(huán)境地質(zhì)與環(huán)境保護區(qū)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行的江西省生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)系列圖編制(萬特,1987),在福建進行的。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),在河北開展的將青龍幅、山海關(guān)幅區(qū)域化探掃面資料用于農(nóng)業(yè)及環(huán)境問題的研究(孫天蔚等,1989),以及對福建長樂縣胃癌高發(fā)區(qū)進行的環(huán)境地球化學(xué)病因研究(蔡以評等,1991)等。進入20世紀(jì)90年代,這項研究的規(guī)模進一步擴大,研究工作逐步深入,包括:在孫天蔚等人研究的基礎(chǔ)上擴大進行的“冀東農(nóng)業(yè)地球化學(xué)圖編制”和多種農(nóng)作物增施微肥的大田增產(chǎn)試驗(朱立新,周國華,任天祥等,1993);“黑龍江省區(qū)域地球化學(xué)與農(nóng)業(yè)、地方病關(guān)聯(lián)性研究。(吳錫生等,1993);福建地勘院進行的霞浦縣荔枝、龍眼、名優(yōu)茶葉和古田縣西洋油奈等種植區(qū)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(guī)律,,研究(丁宗洲,1998);以區(qū)域化探資料為基礎(chǔ)進行的“贛南名特優(yōu)農(nóng)作物產(chǎn)地地質(zhì)環(huán)境調(diào)查,(朱立新,周國華等,2000);利用區(qū)域化探數(shù)據(jù)庫進行的湖南全省農(nóng)業(yè)與環(huán)境研究(湖南物勘院,1999);利用各種區(qū)域地球化學(xué)資料進行的全國規(guī)模的“區(qū)域地球化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)上的應(yīng)用研究”(李家熙等,2000)等。
 
  在農(nóng)業(yè)地球化學(xué)應(yīng)用研究方面,大多數(shù)工作是從區(qū)域地球化學(xué)背景出發(fā),結(jié)合局邵地區(qū)和小流域的進一步研究和農(nóng)作物生長狀況的調(diào)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(guī)律,推廣到面上,以便利用水系沉積物掃面資料評價區(qū)域作物營養(yǎng)和有益元素的豐缺,達到指導(dǎo)土壤施肥與種植規(guī)劃的目的。以區(qū)域元素豐缺評價成果為依據(jù)開展的農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究,取得了明顯成效。如1988-1989年,孫天蔚等根據(jù)對河北青龍和山海關(guān)地區(qū)的研究,指出Zn、 Cu、 Mo、B等元素的含量分布對該區(qū)水稻、大豆、高粱、玉米、花生的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)有明顯的影響,據(jù)此劃分出了對作物生長有影響的元素“缺乏區(qū)”、“潛在缺乏區(qū)”和“潛在過剩區(qū)”,并圈出適宜作物生長的“正常區(qū)”。朱立新等(1991—— 1993年)與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門合作,根據(jù)編制的冀東農(nóng)業(yè)地球化學(xué)圖,針對蘋果、水稻、玉米、花生等所缺微量元素,進行了增施微肥試驗,結(jié)果表明,蘋果噴施硼肥后,品質(zhì)顯著提高,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、缺乏限和過量限,劃分出7個農(nóng)業(yè)地球化學(xué)區(qū),圈出了最佳種植區(qū),提出了對不同元素缺乏區(qū)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(guī)模最大'
 
  幾乎覆蓋了湖南全省,它選擇P_K等作物營養(yǎng)元素和Cd. Hg等有害元素對湖南農(nóng)業(yè)地球化學(xué)環(huán)境進行了分析研究,將湖南劃分為5個農(nóng)業(yè)優(yōu)勢區(qū)和3個劣勢區(qū),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(nóng)業(yè)和特色農(nóng)業(yè)的建議。上述研究為湖南農(nóng)、Ip區(qū)劃和貧困山區(qū)建設(shè)提供了地球化學(xué)依據(jù)。此外,地質(zhì)、有色、冶金、高等院校等各系統(tǒng)的廣大地質(zhì)和化探工作者,根據(jù)地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的需要,以區(qū)域地球化學(xué)資料為重要依據(jù),綜合考慮地質(zhì)背景、氣候環(huán)境等因素,開展了大量的農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查,掌握了各種特色優(yōu)質(zhì)農(nóng)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(qū)的地質(zhì)地球化學(xué)環(huán)境模型,以此指導(dǎo)特色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的種植規(guī)劃,對當(dāng)?shù)匦б孓r(nóng)業(yè)、特色農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展作出了巨大貢獻,成為20世紀(jì)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(yīng)出發(fā)篩選地方病研究的元素指標(biāo),以區(qū)域水系沉積物或土壤地球化學(xué)異常為線索,通過研究元素在巖石、土壤、水、農(nóng)產(chǎn)品、生態(tài)食物鏈系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化,利用流行病學(xué)調(diào)查資料,建立了區(qū)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,進行疾病預(yù)測,提出地方病防治建議。例如,鄂東南針對高銅區(qū)肝癌和肝硬化的預(yù)測研究(童霆,1982),福建長樂胃癌高發(fā)區(qū)的環(huán)境地球化學(xué)研究(蔡以評,1996),貴州Pb、Cd、Hg等21個環(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(jié)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(nèi)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(wèi)生防疫部門和國外同行的認(rèn)同與贊賞。
 
  隨著應(yīng)用研究的不斷深入,漸漸發(fā)現(xiàn)元素地球化學(xué)分布與農(nóng)業(yè)、環(huán)境、地方病間的關(guān)系十分復(fù)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,未必與環(huán)境調(diào)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(qū)域地球化學(xué)模式,但是水系沉積物反映出的元素區(qū)域分布模式,還需經(jīng)過土壤、水等介質(zhì)傳遞和遷移途徑才能作用于農(nóng)作物、動物和人體;再者,動植物、人體健康不僅與元素地球化學(xué)場有關(guān),還受眾多復(fù)雜自然環(huán)境條件和生物因素的影響。因此,僅僅通過元素含量和綜合參數(shù)指標(biāo)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,有時難以取得理想的效果。進入20世紀(jì)90年代中后期,這類研究工作不再以統(tǒng)計學(xué)上的相關(guān)性為重點,而更多地從生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系出發(fā)來進行研究,即將巖石、土壤、水系沉積物、動植物和人類,作為一個有機關(guān)聯(lián)、相互影響的整體系統(tǒng)看待,加強微量元素在系統(tǒng)內(nèi)分布分配、遷移轉(zhuǎn)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(yīng)的各種因素,如元素存在形態(tài)和生物有效性、動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(xiàn)象得到了更加合理、準(zhǔn)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(jì)90年代以來,計算機技術(shù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)的發(fā)展,為區(qū)域地球化學(xué)與環(huán)境、農(nóng)業(yè)、地方病的綜合研究及其成果的轉(zhuǎn)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(qū)地質(zhì)單位和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門(朱立新、周國華等,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(chǔ)上,以區(qū)域地球化學(xué)、地質(zhì)背景、地形地貌、土壤類型、氣候環(huán)境資料為依據(jù),開展優(yōu)質(zhì)茶葉、煙草適種布局規(guī)劃,取得了較好效果。