区域化探资料在农业、环境与人体健康领域的应用研究

  环境地球化学研究工作的兴起是社会发展的需要。20世纪中期以来，世界范围内环境污染事件与生态灾害问题突出。我国工业化历史虽然短暂，但生态环境遭受的破坏也已凸显出来。20世纪60年代以来冶金、化工、燃煤、农业生产等污染范围扩大，程度加重，诸如DDT、六六六等农药污染，大气和水环境污染，酸雨沉降，水体富营养化，污水灌溉引起的农田重金属污染，城市环境污染均比较严重，地方病问题突出。到70年代末，东部沿海地区工业进程加快，环境问题越发突出；与此同时，国际社会对环境问题的关注迅速加大，我国环境科学、环境地球化学学科得到迅速发展，迫切需要相关学科领域的支持和参与。在这种背景下，从20世纪80年代初起，我国勘查地球化学开始了环境领域的调查和研究。
 
  我国区域化探全国扫面计划的实施，为我国勘查地球化学界进入环境研究领域奠定了基础。20世纪70年代末，地矿部在制定实施区域化探全国扫面计划时，就将区域化探扫面资料应用于农牧业、环境、地方病研究列为工作目标。从20世纪80年代初期开始，一些地区的化探工作者就陆续利用区域地球化学资料开展环境、农业、地方病方面的应用研究，持续至今。由于我国区域化探扫面基本在基岩出露的山区、丘陵区进行，而环境、农业问题突出的城市区，第四系覆盖的平原、盆地地区尚未开展扫面工作。为弥补这个缺憾，从20世纪80年代中期开始，陆续启动了围绕城区的1：5万环境地球化学试点研究，以环境和农业为主要目标的东部冲积平原区1：20万区域化探方法研究。进入20世纪90年代，随着国家对环境、农业的进一步重视，作为我国勘查地球化学发展的新生长点，环境地球化学调查与研究得到蓬勃发展。在这期间，部分省市在一些平原区开展了大面积区域农业地质、环境地球化学调查，并启动了“全国环境地球化学监控网络及动态地球化学图”和“区域地球化学在农业和生命科学上的应用研究”等重大科技项目。1998年中国地质调查局成立后，以资源与环境并重的战略方针为指导，在我国中部江汉平原、东部珠江三角洲、西部成都盆地，大规模开展以生态环境为主体的多目标区域地球化学调查与试一点研究，对21世纪初在全国21个省市全面开展以环境、农业为主的区域多目标地球化学调查和区域生态地球化学评价，发挥了重要推动作用。
 
  在过去20多年间，勘查地球化学在环境领域的工作主要包括以下几个方面：
 
  用勘查地球化学调查的技术方法和区域地球化学资料来研究环境、农业、地方病问  题，是勘查地球化学家从事环境领域研究的切入点。在这方面，20世纪60～70年代英国Webb J s等人开展的工作可谓首创。20世纪80年代初期以来，随着我国区域化探全国扫面计划的实施，我国化探工作者开始利用区域化探资料研究环境、农业和地方病问题。20多年来，区域地球化学咨料在地方病、农业、环境等领域的应用研究从未间断过。
 
  早期的应用研究包括在鄂东南利用区域化探资料进行的地方病预测研究(童霆，1982)，贵州环境地质与环境保护区划和环境危害元素的分布研究（邓峰林，1983），物化探所与江西物探队合作进行的江西省生态环境地球化学系列图编制（万特，1987），在福建进行的。漳州市河流沉积物的环境背景值和重金属污染状况探讨”研究(蔡以评等'
 
  1991)，在河北开展的将青龙幅、山海关幅区域化探扫面资料用于农业及环境问题的研究（孙天蔚等，1989），以及对福建长乐县胃癌高发区进行的环境地球化学病因研究（蔡以评等，1991）等。进入20世纪90年代，这项研究的规模进一步扩大，研究工作逐步深入，包括：在孙天蔚等人研究的基础上扩大进行的“冀东农业地球化学图编制”和多种农作物增施微肥的大田增产试验（朱立新，周国华，任天祥等，1993）；“黑龙江省区域地球化学与农业、地方病关联性研究。（吴锡生等，1993）；福建地勘院进行的霞浦县荔枝、龙眼、名优茶叶和古田县西洋油奈等种植区环境地球化学研究(1993)；“湖北省主要地方病形成环境及分布规律，，研究（丁宗洲，1998）；以区域化探资料为基础进行的“赣南名特优农作物产地地质环境调查，（朱立新，周国华等，2000）；利用区域化探数据库进行的湖南全省农业与环境研究（湖南物勘院，1999）；利用各种区域地球化学资料进行的全国规模的“区域地球化学在农业和生命科学上的应用研究”(李家熙等，2000)等。
 
  在农业地球化学应用研究方面，大多数工作是从区域地球化学背景出发，结合局邵地区和小流域的进一步研究和农作物生长状况的调查，力图建立水系沉积物与土壤介质间元素含量、有效量的关系，查明相关规律，推广到面上，以便利用水系沉积物扫面资料评价区域作物营养和有益元素的丰缺，达到指导土壤施肥与种植规划的目的。以区域元素丰缺评价成果为依据开展的农业应用研究，取得了明显成效。如1988-1989年，孙天蔚等根据对河北青龙和山海关地区的研究，指出Zn、 Cu、 Mo、B等元素的含量分布对该区水稻、大豆、高粱、玉米、花生的生长、产量和品质有明显的影响，据此划分出了对作物生长有影响的元素“缺乏区”、“潜在缺乏区”和“潜在过剩区”，并圈出适宜作物生长的“正常区”。朱立新等（1991—— 1993年）与当地农业部门合作，根据编制的冀东农业地球化学图，针对苹果、水稻、玉米、花生等所缺微量元素，进行了增施微肥试验，结果表明，苹果喷施硼肥后，品质显著提高，增产增值达30%以上，水稻、玉米、花生增施所缺微量元素后，单产增加也达10%。蔡以评在福建漳州研究了与作物生长密切相关的B、Zn、 K2O、 Ca0等16种元素和氧化物的背景值、缺乏限和过量限，划分出7个农业地球化学区，圈出了最佳种植区，提出了对不同元素缺乏区施肥的建议。吴锡生的研究（1992—1993年）提出了黑龙江省某些元素的分布与作物产量的关联性，指出Co对大豆’
 
  Zn对甜菜、小麦、水稻等有明显影响。湖南物勘院的研究（1998-1999年）规模最大'
 
  几乎覆盖了湖南全省，它选择P_K等作物营养元素和Cd. Hg等有害元素对湖南农业地球化学环境进行了分析研究，将湖南划分为5个农业优势区和3个劣势区，并提出洞庭湖平原中心、城步县南山、白马山、苗儿山等地适合发展绿色农业和特色农业的建议。上述研究为湖南农、Ip区划和贫困山区建设提供了地球化学依据。此外，地质、有色、冶金、高等院校等各系统的广大地质和化探工作者，根据地方农业经济发展的需要，以区域地球化学资料为重要依据，综合考虑地质背景、气候环境等因素，开展了大量的农业地质调查，掌握了各种特色优质农产品产地的地质地球化学背景，建立了适宜种植区的地质地球化学环境模型，以此指导特色优质农产品的种植规划，对当地效益农业、特色农业的健康发展作出了巨大贡献，成为20世纪80～90年代经久不衰的一项工作。
 
  在地方病研究方面，从生命元素的生理功能效应出发筛选地方病研究的元素指标，以区域水系沉积物或土壤地球化学异常为线索，通过研究元素在岩石、土壤、水、农产品、生态食物链系统中的迁移转化，利用流行病学调查资料，建立了区域水系沉积物、土壤中元素分布模式与各种地方病的关系模型，提出了一些地方病的环境地球化学成因，进行疾病预测，提出地方病防治建议。例如，鄂东南针对高铜区肝癌和肝硬化的预测研究（童霆，1982)，福建长乐胃癌高发区的环境地球化学研究（蔡以评，1996），贵州Pb、Cd、Hg等21个环境危害元素致害值的研究（邓峰林，1983），引滦入津工程上游Cd、As、Pb等元素分布对潘家口水库水质影响的研究(孙天蔚等，1989)，黑龙江省地方性甲状腺肿和大骨节病的总体地球化学环境研究（吴锡生等，1993），在全国范围内针对与I、S。、F等元素有关的多种地方病和恶性肿瘤研究（李家熙等，2000），均取得了良好的效果，得到了我国卫生防疫部门和国外同行的认同与赞赏。
 
  随着应用研究的不断深入，渐渐发现元素地球化学分布与农业、环境、地方病间的关系十分复杂。一方面，以矿产勘查为主要目的的水系沉积物测量，在采样方法上具有强化异常的特点，未必与环境调查的需要相一致；另一方面，尽管水系沉积物测量资料能有效反映区域地球化学模式，但是水系沉积物反映出的元素区域分布模式，还需经过土壤、水等介质传递和迁移途径才能作用于农作物、动物和人体；再者，动植物、人体健康不仅与元素地球化学场有关，还受众多复杂自然环境条件和生物因素的影响。因此，仅仅通过元素含量和综合参数指标与作物产量、品质和地方病发病率等的相关性研究，有时难以取得理想的效果。进入20世纪90年代中后期，这类研究工作不再以统计学上的相关性为重点，而更多地从生态系统的内在联系出发来进行研究，即将岩石、土壤、水系沉积物、动植物和人类，作为一个有机关联、相互影响的整体系统看待，加强微量元素在系统内分布分配、迁移转化、循环途径与作用机理的研究，综合考虑影响元素生物效应的各种因素，如元素存在形态和生物有效性、动植物和人体的摄取途径、暴露方式等等，从而使生态环境现象得到了更加合理、准确的地球化学解释。中国地质科学院生物环境地球化学研究中心（测试所）在这方面作了大量的综合性研究工作。
 
  20世纪90年代以来，计算机技术和地理信息系统(GIS)的发展，为区域地球化学与环境、农业、地方病的综合研究及其成果的转化利用，提供了有力的技术支撑。例如，1999年物化探所联合江西赣南地区地质单位和当地农业部门(朱立新、周国华等，2000)，在茶叶、烟草适生生态地质地球化学模型研究的基础上，以区域地球化学、地质背景、地形地貌、土壤类型、气候环境资料为依据，开展优质茶叶、烟草适种布局规划，取得了较好效果。