地球化學與生態、農業的本質關系及科學實踐

生物周圍所有的因素均是其環境因子，如水、氣，其中地球化學環境是最基本的因子。一方面地球化學環境為生物的生存發展提供了必須的礦質元素；另一方面，生物或人類的活動亦改變和影響了地球化學環境。

地球化學指導實踐源于19世紀

早在1910年，動物地理學的奠基人，與達爾文共同提出自然選擇學說的英國博物學家A.R.華萊士就指出，地殼變動是生物進化的誘因和沖動力，其中化學元素含量的變化是根本的動因。更早于1870年，法國的J.Raulin首次發現了Zn可促進植物的生長，從此以后，人們陸續確認了生命必需的各種微量元素。1916年，В.И.維爾納茨基認識到有機體和地殼的化學元素之間的聯系，認為地球化學異常將導致動植物及人類的某些病癥的發生或變異，并于1927年組建了世界上第一個生物地球化學實驗室。

進入20世紀50年代，世界人口及工業快速增長，大量廢物排放到水體和農田，一些元素通過食物鏈對人產生毒害，如日本因鉛鋅礦開采的鎘污染引起的骨痛病和氮肥廢水排放汞引起的水俁病，以及加拿大、挪威和美國的汞中毒等一系列事件，推動了以研究人為因素引起元素遷移及其環境效應的環境地球化學的發展。1988年實施的國際地球化學填圖IGCP259計劃，以人為重點，預測未來環境的變化，開展跨國界的區域c2bc557a228211c6669340f548a1f8b04debf7f1c82bcfce7838fbd6ad768992地球化學調查，開始了用地球化學眼光研究全球環境問題。我國環保部門則在“七五”期間開展的全國土壤背景值調查中進行了包鎘、鉛、銅、砷等對水稻、玉米等大宗作物的生物效應專題研究。

80年代中期，我國地學界興起了地質與農學結合的農業地質研究，主要從名特優農產品分布與地層巖石背景的相關性出發討論農業地質背景問題。國家層面還開展了一項跨學科、跨部門的聯合科技攻關——“區域地球化學在農業和生命科學上的應用研究”，項目將巖石圈、水圈、土壤圈、生物圈研究系列中的主要環節連接起來，反映出營養元素通過水載體，從巖石到土壤經農作物到人體的整個遷移、轉化歷程，提供了較完整的環境地球化學素材。

湖南率先命名“生態地球化學調查”

世紀之交，多目標地球化學填圖列入了國家地質大調查計劃，中國地質調查局于2002年啟動了部省合作形式的農業地質調查項目，湖南是我國東、中、西部先期展開的三個試點省份之一，并率先以涵蓋面更廣、表述更精準的“生態地球化學調查”為名。生態地球化學是以元素及其化合物在生物-地質復合系統中的循環為基礎，以元素對人的影響為核心，研究元素在系統中的分布分配、遷移轉化規律，評價其生態效應的新興邊緣學科。為正確認識資源環境本底，全面評價生態環境問題，科學規劃資源利用與保護提供了科學依據。國家因此于2007年啟動了“全國土壤現狀調查及污染防治”專項。

在與環保部聯合實施的該專項中，國土資源部中國地質調查局開展了“土地質量地球化學評估與監測”，旨在以地球化學元素貧富為標識，將其與此前完成的基于土地物理產能的“農用地分等定級”成果對接，查明土地綠色產能、有害產能的空間分布，為土地資源數量、質量、生態綜合管護提供依據。筆者主持完成了“湖南省洞庭湖區土地質量地球化學評估”和“湖南省典型市縣級土地質量地球化學評估”，對因地制宜，保護優質農用地，科學治理和再利用污染土地，提高土地綜合效益，確保人民生命健康安全，建立和諧社會意義重大。亦基于此，國土資源部于2011和2012年先后啟動了兩個公益性行業科研專項項目“典型工業區重金屬污染場地再利用技術與示范”和“中部兩型社會建設土地利用管理關鍵技術研究”，以期在污染土地科學利用和土地綜合監管等方面取得新突破。

（作者系湖南省地質研究所國土資源基礎研究部主任）