中國(guó)土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展

武春林，王瑞廷，丁坤，韓玲

(1.西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團(tuán)，陜西 西安 710054；2.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054；3.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著世界人口增加，全球經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染加劇、土壤質(zhì)量退化、農(nóng)作物生產(chǎn)力水平和品質(zhì)下降等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，耕地面積不斷減少，土壤質(zhì)量調(diào)查與評(píng)價(jià)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)(WARKENTIN BP et al.，1977，1995；趙其國(guó)等，1997；成杭新等，1999；謝學(xué)錦等，2004；WIENHOLD B J et al.，2004，2005；黃勇等，2008，2009；汪媛媛等，2011；XIE Xuejing et al.，2014；YAO Wensheng et al.，2014)。

土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)的實(shí)質(zhì)就是利用地球化學(xué)方法和指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)土壤在特定區(qū)域及氣候條件下實(shí)現(xiàn)其功能的程度及評(píng)估其存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。這項(xiàng)工作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展重要的指導(dǎo)思想和科學(xué)依據(jù)，但目前尚缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法(朱立新，1994；朱立新等，1994；BLENKOV Э К，1995；謝學(xué)錦等，2002；楊忠芳等，2002；王平等，2004；奚小環(huán)，2009；謝學(xué)錦等，2010；楊少平等，2011；LI Min et al.，2014；YANG Zhongfang et al.，2014)。

土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)是土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作的核心工作手段。專家學(xué)者們以生態(tài)地球化學(xué)理論為依托，通過(guò)集成創(chuàng)新土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查、評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、預(yù)警等方法技術(shù)，形成系列技術(shù)規(guī)范(夏家淇等，1995；中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站等，2005；葉家瑜等，2005；周國(guó)華等，2008；成杭新等，2014；文冬光等，2014；奚小環(huán)等，2015；楊忠芳等，2014，2015，2016)，構(gòu)建土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)的框架、思路和方法，以土壤圈為中心評(píng)價(jià)地球系統(tǒng)，涵蓋土壤、大氣干濕沉降物、灌溉水、農(nóng)作物等方面，突破傳統(tǒng)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，為全面判斷土地質(zhì)量現(xiàn)狀提供方法指導(dǎo)。筆者主要論述土壤質(zhì)量的調(diào)查與評(píng)價(jià)工作，不涉及大氣沉降、灌溉水和農(nóng)作物等的方面內(nèi)容，研究范疇包含于土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)。

土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查涵蓋地質(zhì)、生態(tài)、水文、農(nóng)業(yè)、土壤和微生物等領(lǐng)域，研究元素及有機(jī)污染物在不同生態(tài)系統(tǒng)中的分布分配特征、地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程，及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的影響(楊忠芳等，2004，2005a，2005b；成杭新等，2004，2008；奚小環(huán)，2004，2005，2007，2008；周國(guó)華等，2009)。這項(xiàng)研究以生態(tài)系統(tǒng)為研究單元、以物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)各環(huán)境要素中的循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)間的遷移為主線、以化學(xué)元素和有害物質(zhì)對(duì)生物體的影響為中心，著重在不同空間尺度上進(jìn)行生態(tài)地球化學(xué)研究，探索地球化學(xué)問(wèn)題中主要元素的成因來(lái)源、遷移轉(zhuǎn)化、生態(tài)效應(yīng)、變化趨勢(shì)全過(guò)程。它的應(yīng)用領(lǐng)域包括農(nóng)業(yè)和土地利用規(guī)劃、灌溉和飲用水的質(zhì)量、養(yǎng)殖業(yè)和漁業(yè)、醫(yī)藥與公共衛(wèi)生、環(huán)境污染、野生動(dòng)植物保護(hù)、城市化學(xué)環(huán)境的改造等(THORNTON I，1993；林景星等，2003；奚小環(huán)，2003；施俊法等，2003)。

1 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)的研究對(duì)象、內(nèi)容及方法

1.1 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)的研究對(duì)象和內(nèi)容

土壤地球化學(xué)調(diào)查針對(duì)不同尺度地質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)開展工作，在研究中要?jiǎng)澐趾驮u(píng)價(jià)非均質(zhì)的復(fù)合地球化學(xué)場(chǎng)的天然及人為影響程度，并將這些成果反映在不同比例尺的圖件上(表1)。

表1 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)的工作等級(jí)和研究?jī)?nèi)容表Tab.1 The grade and content of geochemical survey and evaluation for soil quality

注：依據(jù)奚小環(huán)等，2015；楊忠芳等，2015，2016等綜合。

該項(xiàng)工作的主要對(duì)象為農(nóng)業(yè)土壤，采樣介質(zhì)為土壤耕作層、成土母質(zhì)、底積物等，樣品分析測(cè)試的指標(biāo)主要包括Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、Cd、Ce、Cl、Co、Cr、Cu、F、Ga、Ge、Hg、I、La、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr、SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、TC、Corg、pH值以及與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)的土壤元素有效態(tài)、形態(tài)、價(jià)態(tài)，土壤有機(jī)污染物等(奚小環(huán)等，2015；楊忠芳等，2016)。

通過(guò)土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作可以獲取研究區(qū)土壤背景值/基準(zhǔn)值的地球化學(xué)特征，對(duì)一個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況作出總的評(píng)估；在對(duì)某一具體地區(qū)及其實(shí)際狀況作綜合性多功能評(píng)估的基礎(chǔ)上，提出土地合理利用的策略；同時(shí)根據(jù)獲得的精確地質(zhì)-地球化學(xué)資料編制出一系列地球化學(xué)成果圖，包括區(qū)域地球化學(xué)圖、異常及地球化學(xué)分區(qū)圖、土地質(zhì)量地球化學(xué)等級(jí)圖、名優(yōu)特農(nóng)產(chǎn)品種植建議圖、配方施肥建議圖及土地利用規(guī)劃建議圖等各種地球化學(xué)圖件。

具體的研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面。

(1)土地合理使用和區(qū)域發(fā)展規(guī)劃。通過(guò)查明土壤中有益元素和有害元素的分布分配特征、共生組合規(guī)律，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)地貌、生態(tài)區(qū)劃、人類活動(dòng)等各項(xiàng)指標(biāo)的研究，利用多目標(biāo)地球化學(xué)填圖方法，可以編制出一系列全新的圖件，從而為土地合理利用、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃的制定提供依據(jù)。

(2)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估。對(duì)環(huán)境要素進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，核心是查明各種污染物在生態(tài)環(huán)境中的含量、遷移、轉(zhuǎn)化，及對(duì)人類社會(huì)的影響。在具體的調(diào)查研究過(guò)程中，不僅要考慮其總量，而且要研究化學(xué)元素和污染物的各種相態(tài)及它們對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。此外，除對(duì)重金屬進(jìn)行研究外，還要查明有機(jī)污染物和放射性核素的含量和分布特征。

(3)土壤肥力評(píng)估。利用土壤地球化學(xué)勘查資料對(duì)土壤肥力進(jìn)行評(píng)估的工作主要集中在常量 (全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、有效鉀以及有機(jī)質(zhì)總量)和微量(B、Zn、Mo、Mn、Fe、Cu、Cl、Co、Se、V等)營(yíng)養(yǎng)元素含量的評(píng)估上。

(4)地方病防治和動(dòng)植物健康研究。地表環(huán)境是動(dòng)植物賴以生存的場(chǎng)所，它們的健康、疾病與生態(tài)地理環(huán)境的性質(zhì)、變化緊密相關(guān)。地球化學(xué)填圖能反映出調(diào)查區(qū)表生環(huán)境元素含量與地殼克拉克值的差異程度，并用各種地球化學(xué)圖件或參數(shù)表示出來(lái)，這對(duì)于區(qū)內(nèi)地方病的防治和動(dòng)植物的健康研究具有很重要的指導(dǎo)意義。

1.2 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)的研究方法

1.2.1 調(diào)查方法

目前，中國(guó)正在開展的土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查分為國(guó)家—省級(jí)、市—縣級(jí)、鄉(xiāng)—鎮(zhèn)級(jí)和村—組級(jí)共4個(gè)層次(尺度)進(jìn)行。主要工作方法有面積性土壤地球化學(xué)測(cè)量、土壤垂向剖面測(cè)量、綜合地質(zhì)地球化學(xué)剖面測(cè)量、灌溉水(飲用水)調(diào)查、大氣干濕沉降物調(diào)查、以及農(nóng)作物及其根系土調(diào)查，系統(tǒng)采集土壤、農(nóng)作物及其根系土、大氣干濕沉降、灌溉水等各類介質(zhì)樣品(周國(guó)華等，2008；楊忠芳等，2015，2016)。筆者僅針對(duì)土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查進(jìn)行概述。

土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查的核心工作方法是面積性土壤地球化學(xué)調(diào)查工作，它的指導(dǎo)思路是按照一定的空間網(wǎng)度，采用網(wǎng)格化采樣方法，遵循代表性原則采集樣品，具體的采樣要求見表2、表3。

表2 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查采樣密度范圍與測(cè)網(wǎng)布設(shè)表Tab.2 The sampling density and network layout of geochemical survey for soil quality

注：深層土壤采樣僅在1∶250000尺度開展，采樣密度為表層樣品的1/4。

1.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

土壤質(zhì)量指標(biāo)用于描述土壤質(zhì)量及其相關(guān)的人類活動(dòng)，包括土地滿足人類需求的條件及其變化以及相關(guān)的人類行為。目前普遍認(rèn)為土壤質(zhì)量是不能直接測(cè)定的指標(biāo)，需要通過(guò)測(cè)定不同的土壤性狀來(lái)反映土壤整體質(zhì)量，所以評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量必須借助一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。當(dāng)前土壤質(zhì)量研究的焦點(diǎn)是哪些土壤性質(zhì)應(yīng)該作為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)(趙傳冬等，2003；劉占鋒等，2006；奚小環(huán)，2006；楊忠芳等，2007；聶蘭仕等，2011；李朝奎等，2011)。

土壤質(zhì)量不可能由單一的指標(biāo)表示，必須由足夠的代表土壤化學(xué)、生物和物理性質(zhì)和過(guò)程的復(fù)雜指標(biāo)組成，筆者主要討論地球化學(xué)指標(biāo)和評(píng)價(jià)體系。土壤地球化學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)可以被簡(jiǎn)單的定義為對(duì)土壤功能變化最敏感的地球化學(xué)性質(zhì)和過(guò)程，眾多的土壤地球化學(xué)指標(biāo)組成最小數(shù)據(jù)集，用來(lái)間接的評(píng)價(jià)土壤功能。

表3 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查采樣要求表Tab.3 The sampling requirements of geochemical survey for soil quality

注：依據(jù)周國(guó)華等，2008；奚小環(huán)等，2015；楊忠芳等，2015，2016等綜合。

選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：①主導(dǎo)性原則，從影響土壤質(zhì)量的眾多屬性中選擇影響土壤質(zhì)量的限制性因子，以保證土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的科學(xué)性。②獨(dú)立性原則，所選的指標(biāo)應(yīng)既能反映土壤的綜合性質(zhì)且指標(biāo)間具有獨(dú)立性，避免信息的重疊。③敏感性和穩(wěn)定性原則，所選指標(biāo)應(yīng)能夠敏感地反映土壤質(zhì)量的變化，且在一定時(shí)空內(nèi)具有穩(wěn)定性。

隨著數(shù)字化信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)研究中的應(yīng)用，定量化數(shù)字方法在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中得到廣泛的應(yīng)用及青睞。土壤質(zhì)量定量評(píng)價(jià)工作的基本思想是根據(jù)可獲知的土壤外部屬性運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)土壤內(nèi)在屬性進(jìn)行量化表達(dá)，從而達(dá)到認(rèn)識(shí)土壤內(nèi)部性質(zhì)為有效管理和保護(hù)土壤，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)的目的。

適宜的評(píng)價(jià)指標(biāo)和適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法是影響土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)鍵因素，標(biāo)準(zhǔn)化的方法一般包括3個(gè)內(nèi)容： ①篩選具有代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。②確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。③建立適宜的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)。

土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)工作都是圍繞著這3個(gè)內(nèi)容進(jìn)行，每個(gè)過(guò)程都會(huì)影響土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度，且每個(gè)內(nèi)容本身也是一個(gè)獨(dú)立的研究?jī)?nèi)容。因此，指標(biāo)體系最小數(shù)據(jù)集篩選方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模型、定量化評(píng)價(jià)方法是當(dāng)前土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)(劉占鋒等，2006；汪媛媛等，2011)。

目前，國(guó)內(nèi)外土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法，按大類可分為指數(shù)法、模型法、GIS 參與法以及時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法等(NEMEROW N L，1974；吳新民等，2003；黃勇等，2008；余濤等，2008a，2008b；劉坤等，2008；劉晨等，2008；王洪翠等，2008；楊忠芳等，2008；秦雯雯等，2011；楊剛等，2011；王立勝等，2012；于成廣等，2012；姚振等，2012)，具體的指標(biāo)選取和評(píng)價(jià)方法分類見表4、表5。

表4 土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)分類表Tab.4 The classification of geochemical evaluation indexes for soil quality

注：依據(jù)奚小環(huán)等，2015；楊忠芳等，2015，2016等綜合整理。

表5 土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法分類表Tab.5 The methods of geochemical evaluation for soil quality

注：具體評(píng)價(jià)方法描述見文中提到的相關(guān)參考文獻(xiàn)。

土壤是具有多方面功能的綜合體，土壤質(zhì)量作為土壤內(nèi)部屬性不能直接被人們認(rèn)識(shí)，必須對(duì)一系列土壤性質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)才能間接了解，土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)必須是土壤多方面功能的綜合(林景星等，2003；黃勇等，2008，2009；汪媛媛等，2011；王淑敏等，2011；王思翀，2011)。

中國(guó)現(xiàn)行的土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)，主要是綜合土壤中養(yǎng)分元素、健康元素、環(huán)境元素和理化性質(zhì)，以及大氣干濕沉降物、灌溉水質(zhì)量等因素，依據(jù)已有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等級(jí)劃分。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法的研究，包括針對(duì)不同的土壤功能，選擇土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)閾值、定量化、評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)模型進(jìn)行研究(劉占鋒等，2006；和莉莉等，2008；王淑敏等，2011；王思翀，2011；蔡美芳等，2014；紀(jì)小鳳等，2016)。

2 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)的歷史沿革、研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

中國(guó)土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作可以劃分為3個(gè)階段：在20世紀(jì)80年代以前，屬早期起步階段，主要針對(duì)全國(guó)土壤開展少量概略性調(diào)研工作；20世紀(jì)最后十年，屬探索與發(fā)展階段，開展多項(xiàng)水工環(huán)調(diào)查工作，對(duì)土壤地球化學(xué)污染逐步重視；21世紀(jì)以來(lái)，土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)工作高速發(fā)展，不同層級(jí)的調(diào)查項(xiàng)目廣泛開展，我們對(duì)土壤家底有了較清晰的掌握。未來(lái)十幾年，這項(xiàng)工作將邁向高峰，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和有力支撐。

2.1 早期土壤調(diào)查與研究起步階段

1930年，國(guó)民政府農(nóng)商部地質(zhì)調(diào)查所受中華教育文化基金董事會(huì)的委托，從事中國(guó)土壤調(diào)查與研究，并成立土壤研究室。當(dāng)時(shí)中國(guó)對(duì)土壤的調(diào)查研究幾乎為一張白紙，因此以開展區(qū)域概測(cè)為主，進(jìn)行全國(guó)性調(diào)查。土壤調(diào)查的工作先后在山東、陜西、河北、甘肅、廣西、廣東及江西等省展開，足跡遍布全國(guó)(程裕淇等，1996)。通過(guò)大量的野外地質(zhì)工作調(diào)查，撰寫了調(diào)查報(bào)告及有關(guān)論文一百余篇，并在此基礎(chǔ)上編制了中國(guó)第一幅比例尺為1∶750萬(wàn)的中國(guó)土壤概圖，編印出版了專著《中國(guó)土壤地理》。

2.2 探索與發(fā)展階段

20世紀(jì)90年代，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，環(huán)境污染、全球變化與可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾已成為關(guān)乎人類生存發(fā)展的重大問(wèn)題。1995年前后西方國(guó)家的科學(xué)家開始關(guān)注環(huán)境評(píng)價(jià)，但重點(diǎn)是礦山與礦業(yè)活動(dòng)對(duì)環(huán)境污染的綜合評(píng)估及修復(fù)技術(shù)的發(fā)展(THORNTON I，1993；WIENHOLD B J et al.，2004)。

中國(guó)的勘查地球化學(xué)家較早意識(shí)并預(yù)測(cè)到了土壤污染的極端重要性。1993年，中國(guó)科學(xué)院院士謝學(xué)錦就曾指出：中國(guó)改革開放以來(lái)對(duì)工業(yè)化的過(guò)分追求及對(duì)環(huán)境問(wèn)題的忽視，可能引發(fā)危及國(guó)家與民族存亡的區(qū)域性化學(xué)定時(shí)炸彈的形成與爆發(fā)，并提出從全國(guó)尺度上對(duì)土壤污染進(jìn)行地球化學(xué)監(jiān)測(cè)。

1992年，原地礦部科技司設(shè)置了《全國(guó)環(huán)境地球化學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)及全國(guó)動(dòng)態(tài)地球化學(xué)圖》的重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。1999年根據(jù)該項(xiàng)目成果形成的《化學(xué)定時(shí)炸彈: 中國(guó)陸地環(huán)境面臨的新問(wèn)題》(成杭新等，1999)一文中預(yù)測(cè)，中國(guó)東部、中南部的部分地區(qū)有可能在不同的時(shí)間階段及不同地區(qū)的大面積范圍內(nèi)出現(xiàn)不同元素的化學(xué)定時(shí)炸彈。前些年湘江流域發(fā)現(xiàn)的土壤重金屬污染及部分作物重金屬超標(biāo)也證實(shí)了上述預(yù)測(cè)。

1996年，地質(zhì)礦產(chǎn)部實(shí)施“第二輪填圖”計(jì)劃，其宗旨是：加強(qiáng)地質(zhì)礦產(chǎn)部制定的25個(gè)重點(diǎn)片區(qū)的區(qū)調(diào)工作；開拓新的服務(wù)領(lǐng)域。例如，農(nóng)業(yè)地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)、生態(tài)地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等專題地質(zhì)填圖及研究；完善和發(fā)展區(qū)調(diào)技術(shù)方法；建立全國(guó)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)及不同比例尺數(shù)字地質(zhì)圖圖庫(kù)等。之后，逐步迎來(lái)了中國(guó)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的新階段。

1999年，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，在財(cái)政部的大力支持下，國(guó)土資源部組織實(shí)施了為期12年的新一輪國(guó)土資源大調(diào)查，主要針對(duì)中國(guó)土地、礦產(chǎn)、海洋等自然資源和環(huán)境，開展基礎(chǔ)性、公益性、戰(zhàn)略性綜合調(diào)查評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)預(yù)警等工作。

中國(guó)水工環(huán)地質(zhì)工作不斷為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供支撐服務(wù)。2000年以前，中國(guó)共完成 1∶50萬(wàn)～1∶20萬(wàn)區(qū)域水文地質(zhì)普查面積820萬(wàn)km2，并依據(jù)國(guó)家需要，除西藏以外，各省(區(qū)、市)都編制了水文地質(zhì)工程地質(zhì)區(qū)劃、農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)區(qū)劃等，這些區(qū)劃在各地制定農(nóng)業(yè)區(qū)劃及農(nóng)業(yè)開發(fā)中得到應(yīng)用。

上述區(qū)域地質(zhì)、水工環(huán)地質(zhì)領(lǐng)域的調(diào)查工作，為下一步土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作的提出和快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作的高速發(fā)展階段

針對(duì)20世紀(jì)末的工作現(xiàn)狀，中國(guó)勘查地球化學(xué)家根據(jù)人多地少、人口密集分布、糧食主產(chǎn)區(qū)相對(duì)連片的特點(diǎn)，提出進(jìn)行平原區(qū)的區(qū)域性地球化學(xué)調(diào)查(謝學(xué)錦等，2002)。

1999年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局正式啟動(dòng)“多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查計(jì)劃”。通過(guò)十幾年的持續(xù)調(diào)查，初步完成全國(guó)土地地球化學(xué)調(diào)查工作，首次系統(tǒng)查明中國(guó)土地的地球化學(xué)狀況，為國(guó)家土地資源管理和土壤污染防治提供了重要的國(guó)情數(shù)據(jù)。

2000年以前，對(duì)土壤污染的研究一直停留在基礎(chǔ)科學(xué)層面，全國(guó)甚至沒有一個(gè)專門的機(jī)構(gòu)來(lái)管理土壤污染問(wèn)題。2003年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)1999～2001年在廣州、武漢、成都3個(gè)地區(qū)的調(diào)查結(jié)果，形成專報(bào)，引起黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視，促使“全國(guó)土壤現(xiàn)狀調(diào)查與污染防治”專項(xiàng)的提出和批準(zhǔn)實(shí)施。

依據(jù)十幾年來(lái)的調(diào)查成果，2014年中國(guó)環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布了《全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)》；2015年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布了《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告(2015年)》；2016年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布了《中國(guó)地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告(2016年)》。

2014年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局調(diào)整業(yè)務(wù)布局，提出九大計(jì)劃、50項(xiàng)工程，其中“國(guó)土開發(fā)與保護(hù)基礎(chǔ)地質(zhì)支撐計(jì)劃”中專門設(shè)置了“土地地球化學(xué)調(diào)查工程”。

2016年5月28日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(即“土十條”)。2017年以來(lái)，中國(guó)逐步開展了大規(guī)模的土壤污染調(diào)查、防治和修復(fù)工作。

2018年1月，《第三次全國(guó)土地調(diào)查總體方案》經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)發(fā)布。這又是一項(xiàng)與土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查密切相關(guān)的國(guó)家級(jí)大規(guī)模重點(diǎn)工作。

土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)工程，是土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作的拓展和深化，是在過(guò)去十余年開展的全國(guó)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮勘查地球化學(xué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，服務(wù)土地質(zhì)量與生態(tài)保護(hù)的一項(xiàng)工作。它既是全國(guó)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作的延續(xù)，又拓展了土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、預(yù)警與修復(fù)等多方面的工作，是摸清中國(guó)土地質(zhì)量家底的重要手段，也是積極拓寬地質(zhì)工作服務(wù)領(lǐng)域的重要舉措。

①中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告，2015.

②奚小環(huán).全國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)概論講座，2017.

2.4 中國(guó)土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查的主要成果

(1)土壤國(guó)情概況。1999～2015年期間，全國(guó)完成多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查面積約為200萬(wàn)km2(圖1)，基本覆蓋了東北平原、華北平原、四川盆地、長(zhǎng)江中下游地區(qū)以及東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)(張德存等，2001；趙琦，2002；廖啟林等，2004；黃勇等，2008；余濤等，2008a，2008b；王洪翠等，2008；楊忠芳等，2008；王立勝等，2012；于成廣等，2012)。其中符合綠色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的耕地面積占調(diào)查耕地面積的88.8%，無(wú)污染耕地占調(diào)查耕地總面積的91.8%。發(fā)現(xiàn)重金屬污染土地約占全部調(diào)查面積的13%。重金屬污染由北向南顯示面積擴(kuò)大、含量增高及種類增多趨勢(shì)。與20世紀(jì)80年代相比，全國(guó)耕地全氮、有效磷、有效鉀含量增加明顯，有機(jī)碳總體也呈增加趨勢(shì)，但部分地區(qū)仍存在耕地有機(jī)質(zhì)明顯下降、土壤酸化和堿化加劇等問(wèn)題①。

(2)土地資源規(guī)劃管理。運(yùn)用土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)成果，為國(guó)土資源部門進(jìn)行土地利用規(guī)劃調(diào)整完善，永久基本農(nóng)田劃定與保護(hù)，土壤污染治理修復(fù)，土地整治和表土剝離再利用工程，特色農(nóng)業(yè)開發(fā)等工作提供數(shù)據(jù)支撐。

(3)富硒土地開發(fā)與扶貧攻堅(jiān)。截止2015年，全國(guó)發(fā)現(xiàn)富Se土地20.87萬(wàn)km2，其中包括綠色富Se耕地5 244萬(wàn)畝，主要成因與煤系地層、堿性花崗巖、碳質(zhì)灰?guī)r及河湖相沉積作用等有關(guān)，類型繁多，分布廣泛②。

富Se土地開發(fā)目前在全國(guó)各地區(qū)普遍開展并取得顯著成果，年經(jīng)濟(jì)效益數(shù)以千億計(jì)，對(duì)于精準(zhǔn)扶貧、永久脫貧發(fā)揮獨(dú)特作用。

(4)土壤重金屬污染。全國(guó)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查揭示出大量土壤污染與土壤環(huán)境問(wèn)題(VIARD B et al.，2004；和莉莉等，2008；TENG Y G et al.，2010；蔡美芳等，2014；紀(jì)小鳳等，2016)，Cd、 Hg、Pb等重金屬元素在表層土壤呈富集趨勢(shì)，引起社會(huì)各方面高度關(guān)注，成為影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康和可持續(xù)發(fā)展的重大科學(xué)問(wèn)題。

(5)土壤碳與全球變化研究。土壤存在巨大碳容量和天然固碳作用是減緩碳釋放可選擇的最為經(jīng)濟(jì)有效途徑之一。研究表明②，土壤碳密度較低和變化幅度較大構(gòu)成中國(guó)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分布的主要特征。中國(guó)中東部地區(qū)與過(guò)去第二次土壤普查土壤有機(jī)碳相比，約20年期間河北平原、河南平原、湖北江漢平原、湖南洞庭湖平原依次增加42.8%、37.0%、22.0%、4.5%，東北平原、廣東珠江三角洲平原、海南島依次減少29.4%、19.2%、10.3%。

圖1 1999～2015年間多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作程度圖[注]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告，2015.

出版專著《中國(guó)土壤地球化學(xué)參數(shù)值》和《中國(guó)土壤碳密度系列參數(shù)》，為土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境學(xué)、地學(xué)、農(nóng)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，以及國(guó)土、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、衛(wèi)生等行業(yè)部門提供巨量系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)資料，指導(dǎo)和深化各方面的應(yīng)用實(shí)踐與學(xué)術(shù)研究(王海榮等，2011；成杭新等，2014)。

(6)基礎(chǔ)地質(zhì)理論研究與找礦突破。運(yùn)用地球化學(xué)理論和方法劃分第四紀(jì)沉積相和成土母質(zhì)，研究第四紀(jì)沉積環(huán)境，推斷隱伏斷裂等，為第四紀(jì)地質(zhì)填圖增添了大量新參數(shù)。

通過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)一批具有找礦前景的異常，經(jīng)檢查取得重要找礦線索，提交工程驗(yàn)證。隨著調(diào)查和評(píng)價(jià)工作深入進(jìn)行，預(yù)期將在油氣資源、地?zé)豳Y源及固體礦產(chǎn)資源方面取得突破。

3 土壤質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)研究展望

1999年以來(lái)，國(guó)土資源部組織中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局等單位持續(xù)開展土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作，初步查明了中國(guó)東、中部平原盆地等主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況；建立了系列調(diào)查方法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；形成了調(diào)查項(xiàng)目高效運(yùn)行和質(zhì)量有效控制的成功模式和經(jīng)驗(yàn)。

這是一項(xiàng)融第四紀(jì)地質(zhì)研究、礦產(chǎn)資源勘查、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、土地合理使用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)為一體的綜合性地質(zhì)調(diào)查工作，取得了大量的第一、第二環(huán)境的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，蘊(yùn)涵了豐富的第四紀(jì)地質(zhì)、礦產(chǎn)資源和環(huán)境評(píng)價(jià)信息，合理有效地利用這些寶貴的第一手資料，對(duì)中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)規(guī)劃和土地合理使用具有重要的指導(dǎo)意義。

當(dāng)前地質(zhì)調(diào)查工作已從傳統(tǒng)方法進(jìn)入到高科技應(yīng)用時(shí)代，數(shù)字技術(shù)、遙感、可視化、云計(jì)算與地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)手段相結(jié)合的綜合調(diào)查方法成為主流。針對(duì)中國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作的研究現(xiàn)狀，結(jié)合工作實(shí)際分析探討，提出以下建議與展望。

(1)未來(lái)若干年內(nèi)，建議國(guó)家繼續(xù)推進(jìn)1∶25萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)工作，以期實(shí)現(xiàn)全國(guó)可測(cè)面積全覆蓋的目標(biāo)。各地區(qū)也將在此基礎(chǔ)上循序漸進(jìn)地開展區(qū)域評(píng)價(jià)、普查評(píng)價(jià)及詳查評(píng)價(jià)工作，為國(guó)土資源規(guī)劃管理提供大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)，服務(wù)于環(huán)保、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、衛(wèi)生等各行業(yè)部門，以及地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境學(xué)、農(nóng)學(xué)等各學(xué)科領(lǐng)域。在實(shí)際開展多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查時(shí)應(yīng)以生態(tài)環(huán)境或地質(zhì)地理區(qū)劃為單元，同時(shí)兼顧大城市(城市群)。建議對(duì)不同研究區(qū)所存在的特殊問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)查、監(jiān)測(cè)工作。

(2)建議在土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展更高層次的土地生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)，對(duì)地球系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)地球化學(xué)循環(huán)機(jī)制演化規(guī)律與機(jī)理進(jìn)行更深入的科學(xué)研究，對(duì)生態(tài)危害與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。

不同層級(jí)的土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作將為正在開展的第三次全國(guó)土地調(diào)查提供豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和背景信息。

(3)將土地的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、地質(zhì)-地球化學(xué)-地球物理指標(biāo)、遙感信息等緊密相結(jié)合形成農(nóng)林與城市區(qū)劃綜合的評(píng)價(jià)與對(duì)策；利用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)將各種資料可視化，建立預(yù)測(cè)模型、進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。

綜合集成地球物理、地球化學(xué)和多源信息遙感領(lǐng)域不斷發(fā)展的新理論、新技術(shù)，建立土壤元素含量與農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)關(guān)系模型，利用多源信息遙感技術(shù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬污染程度和肥力調(diào)查的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

(4)針對(duì)土地污染問(wèn)題，按照國(guó)家“土十條”要求大力推進(jìn)土壤重金屬與有機(jī)污染調(diào)查評(píng)價(jià)、治理修復(fù)與監(jiān)控監(jiān)管，推動(dòng)土地?cái)?shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”管護(hù)落到實(shí)處。

建設(shè)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提升土壤環(huán)境信息化管理水平。主要針對(duì)重金屬污染問(wèn)題建立國(guó)家、省區(qū)與市縣三級(jí)生態(tài)地球化學(xué)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，采取全面監(jiān)控與重點(diǎn)監(jiān)控相結(jié)合原則，制定統(tǒng)一的監(jiān)控方法技術(shù)、指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量精度及評(píng)估內(nèi)容等。

(5)進(jìn)一步推動(dòng)富含有益微量元素(Se、B、Zn等)土壤的調(diào)查評(píng)價(jià)工作，特別重視富Se土壤的科學(xué)研究，為進(jìn)一步開展專項(xiàng)富Se土地資源調(diào)查、富Se土壤地球化學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定、富Se土壤開發(fā)利用與保護(hù)等工作提供目標(biāo)靶區(qū)和技術(shù)理論支撐。

(6)全球變化是人類社會(huì)發(fā)展最大的科學(xué)問(wèn)題，土地利用與土地覆被變化是導(dǎo)致土壤有機(jī)碳發(fā)生匯/源變化的主要原因。充分依托大量精密的多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)資料，以土地利用方式變化對(duì)土壤碳儲(chǔ)量影響的地球化學(xué)過(guò)程、機(jī)制與環(huán)境效應(yīng)為重點(diǎn)，研究土壤有機(jī)碳分布特征、碳儲(chǔ)量分布、土壤碳匯潛力與儲(chǔ)碳機(jī)制等，研究土壤地球化學(xué)固碳工程技術(shù)及土壤碳監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與土壤碳變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)等。改變土地利用方式，改善土地生態(tài)狀況與保持耕地有機(jī)質(zhì)水平，促進(jìn)土地科學(xué)利用和生態(tài)管護(hù)，采取積極有效措施應(yīng)對(duì)全球變化。

(7)進(jìn)一步完善、建立各耕地區(qū)塊質(zhì)量登記、監(jiān)測(cè)制度，形成全覆蓋的全國(guó)土地質(zhì)量檔案及其數(shù)據(jù)庫(kù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)長(zhǎng)期跟蹤、監(jiān)控土地質(zhì)量，指導(dǎo)耕區(qū)施肥、灌溉、作物種植和農(nóng)業(yè)開發(fā)，為推動(dòng)實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興和生態(tài)振興提供支撐。