土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工程主要進(jìn)展與成果

彭 敏, 成杭新

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊 065000;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)研究中心，廊坊 065000;3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球表層碳-汞地球化學(xué)循環(huán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廊坊 065000)

0 引言

“土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工程”源于中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局1999年啟動(dòng)實(shí)施的“多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查計(jì)劃”[1-2]。2015年，隨著中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局職能定位的調(diào)整，原“多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查”更名為“土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查”并設(shè)立“土地地球化學(xué)調(diào)查工程”，由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所牽頭組織南京地質(zhì)調(diào)查中心、西安地質(zhì)調(diào)查中心、沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心等10余家單位實(shí)施。2019年“土地地球化學(xué)調(diào)查工程”更名為“土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工程”(工程)并延續(xù)至今。工程2015年下設(shè)二級(jí)項(xiàng)目6個(gè)，2016年～2018年下設(shè)二級(jí)項(xiàng)目11個(gè)，2019年～2021年下設(shè)二級(jí)項(xiàng)目7個(gè)。

2015年以來，工程對(duì)照“服務(wù)方向、指導(dǎo)理論和發(fā)展動(dòng)力”三個(gè)根本轉(zhuǎn)變的要求，全面審視面臨的國(guó)家需求變化，認(rèn)真分析勘查地球化學(xué)學(xué)科已有的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)、存在的差距和問題，順時(shí)應(yīng)勢(shì)提出：①以國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展重大需求作牽引，以服務(wù)耕地保護(hù)、脫貧攻堅(jiān)等國(guó)家戰(zhàn)略和自然資源管理為依托，實(shí)現(xiàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)理論創(chuàng)新和調(diào)查方法技術(shù)進(jìn)步；②發(fā)展土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法體系；③立足揭示土壤元素區(qū)域宏觀分布規(guī)律的驅(qū)動(dòng)機(jī)理或過程；④開拓表生地球化學(xué)元素遷移理論研究的新局面。

經(jīng)過7年的努力，土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)理論和調(diào)查方法技術(shù)自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)；調(diào)查成果在脫貧攻堅(jiān)、土壤污染防治、生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，帶動(dòng)產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益；在發(fā)展創(chuàng)新調(diào)查工作的理論方法和拓展延長(zhǎng)服務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮引領(lǐng)作用，為全面實(shí)現(xiàn)勘查地球化學(xué)轉(zhuǎn)型發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。筆者在系統(tǒng)梳理土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工程眾多成果的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要概述了2015年以來工程在基礎(chǔ)調(diào)查、科學(xué)理論創(chuàng)新、方法技術(shù)進(jìn)步及成果服務(wù)應(yīng)用等方面取得的部分新進(jìn)展和標(biāo)志性成果，并提出了未來的工作展望。

1 基礎(chǔ)調(diào)查進(jìn)展

1.1 查明我國(guó)主要農(nóng)耕區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)狀況

2015年以來，工程在原“多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查計(jì)劃”的基礎(chǔ)上，持續(xù)推進(jìn)全國(guó)主要農(nóng)耕區(qū)1∶250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查。2015年～2021年間，完成滇西邊境地區(qū)、烏蒙山區(qū)、成渝地區(qū)、西北耕地區(qū)、東北黑土區(qū)、海峽西岸、珠江下游、淮河皖江經(jīng)濟(jì)區(qū)、滇黔桂巖溶區(qū)、京津冀魯?shù)貐^(qū)、粵桂湘鄂地區(qū)、南陽(yáng)盆地1∶250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查近8×105km2。至2021年底，全國(guó)累計(jì)完成1∶250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查2.7×106km2(圖1)，獲得超過80余萬件土壤樣品54項(xiàng)元素指標(biāo)(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)分析測(cè)試數(shù)據(jù)超過4×107個(gè)。

圖1 全國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作程度圖(截至2021年底)Fig.1 Area already covered by the land quality geochemical survey project in China(by the end of 2021)

2015年工程建立了全國(guó)和31個(gè)省(區(qū)、市)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)，在全面分析超過3×107條調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)耕地地球化學(xué)總體狀況形成初步認(rèn)識(shí)，支撐中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局向社會(huì)公開發(fā)布《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告(2015年)》[3]。2021年工程進(jìn)一步補(bǔ)充和更新了全國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)，參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范(DZ∕T 0295-2016)》[4]，以2 km×2 km方里網(wǎng)格作為基本評(píng)價(jià)單元，基于土壤氮、磷、鉀、鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳和鋅11種化學(xué)元素含量，開展了土地養(yǎng)分、環(huán)境及地球化學(xué)綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)，形成了“我國(guó)主要農(nóng)耕區(qū)土地地球化學(xué)綜合等以質(zhì)量總體較好，中上的土地占比超90%”的總體認(rèn)識(shí)和基本判斷，編制了《中國(guó)土地地球化學(xué)狀況報(bào)告2021》，為土地資源保護(hù)和利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局優(yōu)化、國(guó)家糧食安全保障等提供了重要的基礎(chǔ)國(guó)情數(shù)據(jù)。

1.2 構(gòu)建重點(diǎn)區(qū)域土地質(zhì)量地球化學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)

1992年～1995年，在原地質(zhì)礦產(chǎn)部“八五”重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的支持下，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所謝學(xué)錦院士牽頭構(gòu)建“中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)”[5]，建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)位843個(gè)，獲得了20世紀(jì)90代初全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量總體狀況，為掌握我國(guó)土壤環(huán)境地球化學(xué)總體狀況及動(dòng)態(tài)變化奠定了重要參照基準(zhǔn)。2015年～2016年，土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工程對(duì)“中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)”的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了重訪采樣，并補(bǔ)充部分空白區(qū)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)，總監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)增至995個(gè)，全國(guó)平均監(jiān)控密度約1×104km2/1個(gè)點(diǎn)。2017年～2018年，以2002年～2005年1:250 000多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查點(diǎn)位為基礎(chǔ)，在長(zhǎng)江三角洲、湘江流域、珠江三角洲、京津冀和東北地區(qū)，建立了重點(diǎn)區(qū)域級(jí)土地質(zhì)量地球化學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(圖2)，共建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)6 000余個(gè)，覆蓋面積約54×104km2，平均監(jiān)控密度約80×104km2/1個(gè)點(diǎn)?；诙嗥诒O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合研究分析，對(duì)我國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)狀況總體變化趨勢(shì)及局部地區(qū)存在的生態(tài)環(huán)境問題形成了初步認(rèn)識(shí)和基本判斷。與1992年～1995年相比，我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況總體較穩(wěn)定，南方局部地區(qū)存在土壤酸化和鎘等重金屬元素含量升高的風(fēng)險(xiǎn)，北方局部地區(qū)存在土壤沙化和營(yíng)養(yǎng)元素流失的現(xiàn)象。

圖2 國(guó)家及重點(diǎn)區(qū)域級(jí)土地地球化學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(截至2021年底)Fig.2 National and key regional land geochemical monitoring network in China(by the end of 2021)

1.3 獲得中國(guó)土壤元素地球化學(xué)背景值與基準(zhǔn)值

土壤元素地球化學(xué)背景值與基準(zhǔn)值是科學(xué)評(píng)價(jià)土壤元素環(huán)境狀況、持續(xù)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)未來變化趨勢(shì)的重要基礎(chǔ)[6-7]。工程系統(tǒng)梳理了20余年來通過規(guī)范采樣和嚴(yán)格分析質(zhì)量控制獲得的高精度表深層土壤元素含量數(shù)據(jù)，根據(jù)土壤元素地球化學(xué)背景值與基準(zhǔn)值主要影響因素，分別按照成土母巖、大地構(gòu)造單元、地理景觀、降雨帶、氣溫帶、土壤類型、用地類型、行政區(qū)、流域、農(nóng)業(yè)區(qū)對(duì)土壤元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)分類統(tǒng)計(jì)，采用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鼋y(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算獲得了中國(guó)土壤元素地球化學(xué)背景值與基準(zhǔn)值。該成果將以公開出版的形式向社會(huì)發(fā)布，可為自然資源、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等政府部門制定相關(guān)管理決策提供詳實(shí)的基礎(chǔ)信息，同時(shí)為相關(guān)科學(xué)研究提供重要參考。

1.4 編制全國(guó)和重點(diǎn)區(qū)域以及典型地區(qū)等不同層級(jí)的系列地球化學(xué)成果圖集

工程系統(tǒng)整合了全國(guó)已有土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，編制完成《全國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)圖集》、《全國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)監(jiān)測(cè)圖集》、《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶土地資源地球化學(xué)專題圖集》、《烏蒙山區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果圖集》、《新疆耕地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果圖集》、《贛州市土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果圖集》等系列地球化學(xué)成果圖集(包含基礎(chǔ)圖、元素地球化學(xué)圖、地球化學(xué)評(píng)價(jià)等級(jí)圖和成果應(yīng)用圖等各類圖件)，為全國(guó)-重點(diǎn)區(qū)域-典型地區(qū)不同層級(jí)的國(guó)土空間規(guī)劃、土地資源管理、土壤污染防控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)對(duì)全球氣候變化等提供了重要基礎(chǔ)國(guó)情數(shù)據(jù)。

1.5 調(diào)查圈定一大批富硒土地資源

硒是人體必需的微量元素之一，具有增強(qiáng)人體免疫力、抗氧化、預(yù)防癌癥等重要保健功效[8-9]。國(guó)內(nèi)、外大量臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)，人體缺硒易導(dǎo)致重要器官的功能失調(diào)、免疫力下降，從而誘發(fā)克山病、大骨節(jié)病等疾病[10-11]。我國(guó)是一個(gè)土壤硒含量缺乏國(guó)家，全國(guó)A層土壤Se背景值為0.21 mg/kg[12]，顯著低于美國(guó)A層土壤背景值(0.39 mg/kg)和全球土壤硒含量中值(0.40 mg/kg)[13]。有機(jī)硒具有安全、生物活性好、吸收利用率高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)人體的保健作用優(yōu)于無機(jī)硒。植物中的硒主要以有機(jī)硒的形態(tài)存在[14-16]，從天然富硒農(nóng)產(chǎn)品中攝取有機(jī)硒，是人體補(bǔ)硒的最優(yōu)途徑。土壤硒是植物硒的主要物質(zhì)來源，因此，精準(zhǔn)圈定富硒土地，因地制宜開發(fā)天然富硒農(nóng)產(chǎn)品，是全面提高國(guó)民硒攝入量和健康水平，服務(wù)健康中國(guó)戰(zhàn)略的有效途徑。

1∶250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，全國(guó)硒含量達(dá)到《天然富硒土地劃定與標(biāo)識(shí)(試行)(DZ / T 0380-2021)》[17]規(guī)定閾值且8項(xiàng)重金屬(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)含量均小于GB15618-2018[18]風(fēng)險(xiǎn)篩選值的富硒土地為29.8×104km2。如圖3所示，我國(guó)富硒土地資源空間分布不均，南方顯著優(yōu)于北方，其中廣西、廣東、福建、湖南、湖北、浙江和江西富硒土地面積均大于2×104km2，7省(區(qū))合計(jì)面積達(dá)17.6×104km2，占全國(guó)總面積的59.0%；西藏、北京、吉林、上海、寧夏富硒土地面積均小于0.1×104km2。

圖3 各省(市、區(qū))1∶250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的富硒土地面積Fig.3 The area of selenium-rich land discovered by land quality geochemical survey in different provinces of China

為精確查明可供直接開發(fā)利用的富硒地塊邊界，土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工程在江西贛州市、黑龍江海倫市、四川沐川縣、新疆焉耆縣等地重點(diǎn)地區(qū)實(shí)施1∶50 000及以上比例尺的高精度“訂單式”土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，圈定可供直接開發(fā)利用的富硒地塊超過200×104畝。此外，調(diào)查還發(fā)現(xiàn)符合國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)且富硒率較高的水稻、玉米、茶葉等特色農(nóng)產(chǎn)品20余種。為調(diào)查區(qū)地方政府因地制宜開發(fā)富硒土地資源，發(fā)展特色生態(tài)農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)產(chǎn)品附加值，促進(jìn)農(nóng)民穩(wěn)定增收，服務(wù)鄉(xiāng)村振興提供了有力支撐。

2 理論創(chuàng)新與方法技術(shù)進(jìn)步

2.1 提出了表生地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)元素遷移理論

表生地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)是研究化學(xué)元素及同位素在地球表層巖石、水、土壤、生物、大氣等介質(zhì)或圈層中分布、分配、遷移及演化規(guī)律的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、動(dòng)力學(xué)

過程和分餾機(jī)理的學(xué)科[19]。土壤圈處于巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈的交換地帶，與各圈層不斷進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量交換，是元素發(fā)生重新分配的重要場(chǎng)所。通過對(duì)我國(guó)西南典型山區(qū)1:250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查表深層土壤數(shù)據(jù)與氣候、地形地貌和地質(zhì)背景的綜合研究，揭示了土壤常量元素、親生物元素、鹵族元素和重金屬元素宏觀分布規(guī)律的驅(qū)動(dòng)機(jī)制和互動(dòng)過程。成土母質(zhì)決定了土地資源中化學(xué)元素的自然狀況，表生地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程重塑了表層土壤中元素分布模式，生物地球化學(xué)過程驅(qū)動(dòng)了土地質(zhì)量的演化趨勢(shì)，強(qiáng)烈的人類活動(dòng)破壞了元素分布的自然演化規(guī)律?；谝陨险J(rèn)識(shí)初步提出了表生地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)元素遷移理論，為山水林田湖草生命共同體知識(shí)體系構(gòu)建和土地資源地球化學(xué)綜合調(diào)查技術(shù)的革新指引了方向。

2.2 揭示土壤汞和硒等元素區(qū)域宏觀分布規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制

將元素地球化學(xué)行為與生物地球化學(xué)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)因素相結(jié)合，從宏觀尺度揭示了土壤汞、硒等元素區(qū)域宏觀分布規(guī)律及其控制因素。圍繞汞的大規(guī)模遷移過程開展基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在闡釋汞時(shí)空分布變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制方面取得重大成果。在深入分析23年來我國(guó)土壤汞含量變化的基礎(chǔ)上，揭示了我國(guó)土壤汞以氣態(tài)形式從東南沿海土壤中釋放，在東南季風(fēng)驅(qū)動(dòng)和青藏高原及秦嶺等高山阻滯作用下沉降，通過森林和草原汞生物地球化學(xué)循環(huán)作用，在高山迎風(fēng)坡累積。相關(guān)研究成果對(duì)支撐服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)具有重要的指導(dǎo)意義。通過分析全國(guó)1:250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查和環(huán)境地球化學(xué)監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)譚見安等[11]提出的中國(guó)東北-西南土壤缺硒帶進(jìn)行了驗(yàn)證和分析，重識(shí)了我國(guó)土壤硒地球化學(xué)宏觀分布模式，同時(shí)揭示了風(fēng)成沙稀釋作用、成土母質(zhì)巖性、氣候條件、風(fēng)化程度等因素的相互作用是區(qū)域尺度土壤硒貧化與富集的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

2.3 建立典型地質(zhì)高背景區(qū)土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

土壤中重金屬的來源主要包括自然來源(地質(zhì)高背景)和人為來源(工、農(nóng)業(yè)活動(dòng)等)兩大類[20-21]。我國(guó)西南玄武巖區(qū)、碳酸鹽巖區(qū)、黑色頁(yè)巖區(qū)及低溫礦床區(qū)發(fā)育的土壤重金屬含量顯著高于全國(guó)背景值，屬于典型的重金屬地質(zhì)高背景區(qū)[22-26]。相關(guān)研究表明，地質(zhì)成因的重金屬主要以穩(wěn)定的殘?jiān)鼞B(tài)賦存于土壤礦物晶格中，可被植物吸收利用的活動(dòng)態(tài)(生物有效態(tài))占比較低[27-29]。因此，僅根據(jù)土壤中的重金屬含量進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)劃分和分類、分級(jí)管理具有很大的局限性。尤其在以自然來源為主的地質(zhì)高背景區(qū)，很大程度上高估了其實(shí)際污染風(fēng)險(xiǎn)。相當(dāng)大比例的耕地將被劃入風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，部分甚至被歸為嚴(yán)格管控區(qū)，從而被迫休耕或者調(diào)整土地用途，造成寶貴耕地資源不必要的浪費(fèi)，給國(guó)家和地方糧食(農(nóng)產(chǎn)品)生產(chǎn)帶來巨大壓力，不利于國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略。

工程通過開展典型碳酸鹽巖區(qū)和峨眉山玄武巖區(qū)重金屬在農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)中遷移富集特征及影響因素研究，查明了土壤重金屬的實(shí)際生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，確定了Cd等主要超標(biāo)金屬元素的有效性控制因素。在農(nóng)田土壤-作物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)協(xié)同分析的基礎(chǔ)上，提出了碳酸鹽巖區(qū)及玄武巖區(qū)土壤Cd的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，初步建立了典型碳酸鹽巖區(qū)及玄武巖區(qū)Cd等主要污染重金屬元素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。為典型地質(zhì)高背景區(qū)土壤污染防控、土地資源合理利用及農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。

2.4 研制發(fā)布了《天然富硒土地劃定與標(biāo)識(shí)》

研究發(fā)現(xiàn)以土壤0.40 mg/kg7.5)中總硒含量≥0.30 mg/kg，并在全國(guó)13省進(jìn)行了可行性檢驗(yàn)，以此為基礎(chǔ)，先后發(fā)布《天然富硒土地劃定與標(biāo)識(shí)(試行)》和《天然富硒土地劃定與標(biāo)識(shí)》(DZ / T 0380-2021)，結(jié)束了長(zhǎng)期以來全國(guó)缺乏統(tǒng)一的天然富硒土地劃定標(biāo)準(zhǔn)和官方標(biāo)識(shí)的局面，為指導(dǎo)全國(guó)富硒土地有序開發(fā)利用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)開展天然富硒土地認(rèn)定的根本技術(shù)遵循，自2019年發(fā)布實(shí)施以來，在全國(guó)行業(yè)內(nèi)持續(xù)發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，已經(jīng)帶動(dòng)河北、河南、廣東等7省(區(qū))出臺(tái)相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)。

2.5 推動(dòng)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)方法技術(shù)進(jìn)步

通過開展不同地區(qū)調(diào)查試點(diǎn)和方法技術(shù)研究，對(duì)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)工作涉及的采樣密度、點(diǎn)位布設(shè)、等級(jí)劃分方法等進(jìn)行了系統(tǒng)修訂，研究制定了地塊賦值方法、誤差控制與成果表達(dá)等關(guān)鍵方法技術(shù)，為《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)技術(shù)要求(試行)》升級(jí)為《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295-2016)行標(biāo)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。為滿足土地地塊級(jí)精細(xì)化管理需求，通過全國(guó)不同地區(qū)的試點(diǎn)研究，提出地塊尺度的土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查方法，以土地二調(diào)圖斑為基礎(chǔ)，根據(jù)耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地等不同的土地利用類型，建立了差異化布點(diǎn)方法。該調(diào)查方法技術(shù)應(yīng)用于雄安新區(qū)重點(diǎn)調(diào)查區(qū)地塊尺度地球化學(xué)調(diào)查工作中，已獲得良好的調(diào)查成果，為全國(guó)地塊尺度土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)工作提供了方法技術(shù)引領(lǐng)。

3 成果服務(wù)應(yīng)用

3.1 有力支撐不同層級(jí)國(guó)土空間規(guī)劃和土地資源管理

編制并提交了《全國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查監(jiān)測(cè)工作情況報(bào)告》和《地質(zhì)高背景區(qū)土壤與作物籽實(shí)中重金屬含量協(xié)同調(diào)查情況報(bào)告》，為自然資源部領(lǐng)導(dǎo)參加全國(guó)人大常委會(huì)聯(lián)組審議土壤污染防治法執(zhí)法檢查報(bào)告專題詢問會(huì)議提供了重要支撐。開展了我國(guó)高速公路兩側(cè)耕地及永久基本農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)，研究結(jié)論為自然資源部領(lǐng)導(dǎo)和耕地保護(hù)監(jiān)督司制定“干線公路兩側(cè)耕地保護(hù)”有關(guān)政策決策提供了科學(xué)依據(jù)。

全面評(píng)價(jià)和總結(jié)了福建省土壤養(yǎng)分狀況、環(huán)境質(zhì)量狀況、有機(jī)污染物分布狀況、水源重點(diǎn)保護(hù)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況和土地沙化風(fēng)險(xiǎn)區(qū)狀況，提出了富硒富鋅土地和緩坡地開發(fā)利用建議，向福建省自然資源廳提交了《福建省土地質(zhì)量地球化學(xué)報(bào)告》、分析數(shù)據(jù)和系列圖件，為福建省國(guó)土空間規(guī)劃提供了有力的科學(xué)支撐。

基于泉州市土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果，提出了基本農(nóng)田調(diào)出與調(diào)入建議,調(diào)入基本農(nóng)田20個(gè)區(qū)塊，面積約1.56×106m2，調(diào)出土地區(qū)塊50個(gè)，面積約2.63×105m2。并編制了泉州市基本農(nóng)田適宜區(qū)建議圖，開展了永久基本農(nóng)田、生態(tài)紅線劃定、城市邊界劃定試點(diǎn)，為泉州“紅線”劃定提供了強(qiáng)有力的科學(xué)支撐。

在嘉興市秀洲區(qū)油車港鎮(zhèn)，將1:50 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果與全國(guó)第二次土地調(diào)查圖斑結(jié)合，形成可供規(guī)劃直接使用的成果，圍繞優(yōu)質(zhì)富硒土地保護(hù)利用和污染土地合理利用的具體規(guī)劃，改變了土地利用規(guī)劃思路和流程，明確了富硒土地和污染土地的用途調(diào)整原則。按照建設(shè)用地在同等區(qū)位條件下向低質(zhì)量土地布局，永久基本農(nóng)田向高質(zhì)量耕地劃定的原則，提出了油車港鎮(zhèn)的土地利用總體規(guī)劃調(diào)整建議。

針對(duì)浙江省村級(jí)土地利用規(guī)劃編制試點(diǎn)工作需要，部署開展了嘉善縣繆家村大比例尺土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查試點(diǎn)，在繆家村土地利用規(guī)劃編制過程中，根據(jù)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)取得的富硒土壤分布資料，調(diào)整了高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)的區(qū)域，優(yōu)化提升了建設(shè)用地規(guī)劃布局和土地整治效益，使耕地質(zhì)量水平得到提升。

3.2 有效服務(wù)全國(guó)農(nóng)用地土壤污染狀況詳查

工程團(tuán)隊(duì)利用長(zhǎng)期積累的調(diào)查數(shù)據(jù)成果和人才技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為全國(guó)農(nóng)用地土壤污染狀況詳查提供了全流程技術(shù)支撐服務(wù)。全面參與《全國(guó)土壤污染狀況詳查總體方案》編制，提供全國(guó)土地質(zhì)量地球化學(xué)數(shù)據(jù)超過2.5×107條，協(xié)助圈定全國(guó)農(nóng)用地土壤污染狀況詳查工作區(qū)域，參與制定《農(nóng)用地土壤污染狀況詳查點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)定》等10余項(xiàng)技術(shù)要求。累計(jì)配制提供各類分析質(zhì)量監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)樣品1.1×105件，為評(píng)估各實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)質(zhì)量提供了衡量標(biāo)準(zhǔn)；完成13個(gè)省24個(gè)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場(chǎng)審核，對(duì)山西、遼寧、吉林、浙江、安徽、西藏、甘肅、青海、寧夏等9省(區(qū))的土壤污染詳查開展全流程質(zhì)量監(jiān)督和技術(shù)指導(dǎo)。全程參與《全國(guó)農(nóng)用地土壤污染狀況詳查成果集成總報(bào)告》編寫及《全國(guó)農(nóng)用地土壤污染狀況公報(bào)》起草，完成典型地質(zhì)高背景區(qū)土地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與專題研究，相關(guān)研究結(jié)果為總報(bào)告相關(guān)結(jié)論的形成提供了重要科學(xué)依據(jù)。團(tuán)隊(duì)20余人被生態(tài)環(huán)境部、自然資源部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部三部委聯(lián)合表彰為“全國(guó)農(nóng)用地土壤污染詳查表現(xiàn)突出優(yōu)秀個(gè)人”。

3.3 有力支撐全國(guó)兩批60處超過108m2天然富硒土地認(rèn)定和發(fā)布

為規(guī)范和加強(qiáng)天然富硒土地認(rèn)定管理，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)精心組織、統(tǒng)籌推進(jìn)全國(guó)天然富硒土地申報(bào)認(rèn)定工作。土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工程團(tuán)隊(duì)作為核心技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)，牽頭研制并發(fā)布了《天然富硒土地劃定與標(biāo)識(shí)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為科學(xué)評(píng)選認(rèn)定天然富硒土地提供了根本的技術(shù)遵循。在《天然富硒土地認(rèn)定和標(biāo)識(shí)管理辦法(試行)》制定、申報(bào)培訓(xùn)、宣傳推廣、技術(shù)咨詢、專家評(píng)審及審核把關(guān)等方面提供了全流程技術(shù)服務(wù)。支撐中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)先后于2021年8月(圖4)和2022年10月認(rèn)定和發(fā)布兩批次共60處超過6×108m2天然富硒地塊，為推動(dòng)全國(guó)天然富硒土地高效開發(fā)利用，加快富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，服務(wù)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略奠定了重要的基礎(chǔ)。

圖4 全國(guó)首批30處通過認(rèn)定的天然富硒土地示意圖Fig.4 The location of 30 natural selenium-rich lands certificated by geological society of China

3.4 示范引領(lǐng)全國(guó)富硒土地高效利用為服務(wù)脫貧攻堅(jiān)和鄉(xiāng)村振興取得實(shí)效

工程團(tuán)隊(duì)充分利用富硒土地資源調(diào)查成果，通過建立富硒地塊信息檔案、提出產(chǎn)業(yè)布局建議、召開成果發(fā)布及經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)、助推富硒示范園區(qū)建設(shè)等方式，積極推進(jìn)全國(guó)富硒土地資源高效開發(fā)利用。組織完成各類成果移交60余次，向贛南、烏蒙山區(qū)、西藏七縣、四川阿壩州、南疆四洲地、滇黔桂巖溶區(qū)、黑龍江海倫市、河北順平、湖北仙桃等地區(qū)地方政府、自然資源和農(nóng)業(yè)農(nóng)村等相關(guān)管理部門移交各類調(diào)查成果報(bào)告和特色土地資源開發(fā)利用建議報(bào)告100余份，累計(jì)提交富硒等優(yōu)質(zhì)特色土地資源600余處。

支撐四川沐川縣“烏蒙硒都”、新疆焉耆縣“西域硒都”、江西于都縣“紅色硒都”及海倫市“黑土硒都”建設(shè)，助推建成一批富硒農(nóng)業(yè)示范園，促進(jìn)地方富硒特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民穩(wěn)定增收，取得良好經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。支撐四川省沐川縣規(guī)劃建設(shè)富硒農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)10個(gè)，建成茶葉、水稻、柑橘、獼猴桃等富硒農(nóng)產(chǎn)品種植基地超過4×107m2，惠及農(nóng)戶2 691戶，并初步實(shí)現(xiàn)畝均增收5 000元以上。支撐新疆巴州富硒產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展，建成富硒農(nóng)產(chǎn)品種植示范園5 處，建成全疆首個(gè)富硒食品加工產(chǎn)業(yè)園區(qū)1 處，在建巴州硒友現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目1 項(xiàng)，總計(jì)吸引投資達(dá)4.55×108元。支撐江西省于都縣以“硒+X”的布局重點(diǎn)打造富硒蔬果、富硒大米等示范基地2.7×107m2，富硒產(chǎn)業(yè)集群產(chǎn)值達(dá)30×108元。支撐湖南新田縣發(fā)展富硒農(nóng)產(chǎn)品種植示范基地面積達(dá)5.3×107m2，形成了46家富硒農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)和合作社，帶動(dòng)2.18×104農(nóng)戶種養(yǎng)增收，全縣富硒產(chǎn)業(yè)年生產(chǎn)總值超過20×108元。

工程在支撐脫貧攻堅(jiān)、服務(wù)鄉(xiāng)村振興和生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展等方面取得的顯著成效，受到了中央領(lǐng)導(dǎo)人和各級(jí)地方政府的高度認(rèn)可。2019年5月20日，習(xí)近平總書記在江西贛州考察時(shí)，在基于中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果建成的于都縣梓山富硒蔬菜產(chǎn)業(yè)園(南區(qū))考察調(diào)研產(chǎn)業(yè)扶貧情況時(shí)作出重要指示，“這里有豐富的富硒土壤資源，一定要打好這個(gè)品牌，讓富硒農(nóng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上更加暢銷”。

4 下一步工作部署與研究展望

4.1 下一步工作部署

持續(xù)推進(jìn)全國(guó)主要農(nóng)耕區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，開展東北黑土區(qū)及西南、華南、西北等重點(diǎn)耕地區(qū)1∶250 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查和東北平原、華北平原、長(zhǎng)江中下游平原等重點(diǎn)農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)1∶50 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查。全面掌握我國(guó)耕地地球化學(xué)質(zhì)量狀況，為國(guó)家糧食安全保障、生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展和自然資源管理中心工作提供科學(xué)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)支撐。

開展國(guó)家-重點(diǎn)區(qū)域-典型地區(qū)三級(jí)土地質(zhì)量地球化學(xué)監(jiān)測(cè)，建立國(guó)家級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)4 000個(gè)，平均監(jiān)測(cè)密度達(dá)每2 500 km21個(gè)點(diǎn)；重點(diǎn)區(qū)域級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)20 000個(gè)，平均監(jiān)測(cè)密度達(dá)100 km21個(gè)點(diǎn)；典型地區(qū)級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總6 000個(gè)，平均監(jiān)測(cè)密度達(dá)1個(gè)點(diǎn)/km2。形成完善的監(jiān)測(cè)方法技術(shù)和指標(biāo)體系，掌握全國(guó)土地地球化學(xué)質(zhì)量狀況及變化趨勢(shì)。

開展優(yōu)質(zhì)特色土地資源高效利用專題調(diào)查研究，在前期1∶250 000或1∶50 000土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查圈定的富硒、富鋅等優(yōu)質(zhì)特色土地資源開發(fā)潛力區(qū)，結(jié)合地方需求及特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，選擇典型農(nóng)業(yè)種植園(區(qū))開展優(yōu)質(zhì)特色土地資源高效利用專題調(diào)查，精準(zhǔn)查明可供直接開發(fā)利用的優(yōu)質(zhì)土地地塊空間分布，支撐天然富硒土地申報(bào)和認(rèn)定。研究不同地質(zhì)、土壤、氣候條件下硒、鋅等有益元素在土壤-作物系統(tǒng)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其控制因素，開展農(nóng)作物品種(類)篩選，因地制宜提出優(yōu)質(zhì)特色土地資源高效利用和農(nóng)作物種植建議，支撐特色農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)。

4.2 研究展望

堅(jiān)持“山水林田湖草是一個(gè)生命共同體”理念，順應(yīng)自然資源統(tǒng)籌管理新需求，研究土地資源數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”綜合調(diào)查監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)方法技術(shù)，建立涵蓋自然地理要素、氣候要素、物理要素、化學(xué)要素和生態(tài)要素的土地資源綜合調(diào)查監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建土地資源大數(shù)據(jù)智慧服務(wù)框架，創(chuàng)新成果表達(dá)形式，研制智慧服務(wù)產(chǎn)品，為國(guó)土空間規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)與用途管制等自然資源管理中心工作提供基礎(chǔ)支撐。

以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，構(gòu)建地球表層系統(tǒng)元素地球化學(xué)遷移循環(huán)理論。研究化學(xué)元素在地球表層系統(tǒng)及不同圈層間的分散、富集、遷移、循環(huán)規(guī)律和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，揭示影響元素遷移循環(huán)過程的微觀機(jī)理和驅(qū)動(dòng)因素，預(yù)測(cè)未來變化趨勢(shì)，為生態(tài)系統(tǒng)整體保護(hù)和修復(fù)治理提供理論依據(jù)。

研究不同氣候帶、不同地理景觀、不同土壤類型的土壤碳庫(kù)特征及空間分布規(guī)律，估算土壤生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)儲(chǔ)量；揭示土壤有機(jī)碳、無機(jī)碳成因來源、賦存狀態(tài)，研究不同類型土壤固碳作用與源匯轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，構(gòu)建土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)變化預(yù)測(cè)模型，為深化認(rèn)識(shí)土壤生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中的作用，服務(wù)國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)。

致謝

本文是對(duì)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工程2015年以來取得的部分新進(jìn)展與標(biāo)志性成果的簡(jiǎn)要概述，工程團(tuán)隊(duì)大量科研人員及土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作人員為此付出了辛勤的勞動(dòng)，作者在此一并表示衷心的感謝。謹(jǐn)以此文慶祝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所成立65周年。