区域生态地球化学评价核心与对策（杨忠芳,奚小环,成杭新,周国华,陈德友,张建新,袁晓军,冯海艳,陈家玮,刘爱华,汤奇峰,余涛《第四纪研究》2005.3）.pdf

第25卷 第3期 2005年5月 第 四 纪 研 究 QUATERNARY SCIENCES Vol . 25, No. 3 May, 2005 第一作者简介杨忠芳 女 44岁 教授 地球化学专业 E2mail zfyangup2point . com 3 四川省成都经济区农业生态地球化学评价项目批准号基[ 2003 ]012 - 03、 湖南省洞庭湖农业生态地球化学评价项目批准号基 [2004]012 - 03、 中国农业生态地球化学评价体系研究与成果集成项目批准号基[2004 ]012 - 16和中国地质调查局地质调查技术标准研 制、 修订与升级项目批准号 [2004]015 - 01 2005 - 03 - 05收稿, 2005 - 04 - 02收修改稿 1 中国地质调查局地质调查技术标准.区域生态地球化学评价指南试用. 2005 文章编号 1001 - 74102005 03 - 275 - 10 区域生态地球化学评价核心与对策 3 杨忠芳 ① 奚小环 ② 成杭新 ③ 周国华 ③ 陈德友 ④ 张建新 ⑤ 袁晓军 ⑥ 冯海艳 ① 陈家玮 ① 刘爱华 ① 汤奇峰 ① 余 涛 ① ① 中国地质大学地球科学与资源学院,北京 100083;② 中国地质调查局,北京 100011;③ 中国地质科学院地球物理 地球化学勘查研究所,廊坊 065000;④ 四川省地质调查院,成都 610081;⑤ 湖南省地质研究所,长沙 410008; ⑥ 江苏省地质调查院,南京 210018 摘要 生态地球化学是地学与土壤学、 农业、 环境学和生态学等多学科交叉融合产生的新学科,是地球化学领域 新的发展方向。区域生态地球化学评价是在区域地球化学调查基础上,针对影响流域/区带生态系统安全性的元 素异常而开展的一项评价和研究工作。多目标区域地球化学调查获得的海量高精度地球化学数据,可为环境质量 评价提供背景值、 为土地的质量和生态管护提供地球化学依据;调查还发现了一系列影响流域生态安全性的元素 异常,针对异常元素分布特征,区域生态地球化学评价将开展异常元素追踪和成因甄别、 生态效应评价和生态系统 安全性的预警预测等项评价和研究工作。文章论述了区域地球化学调查成果,介绍了区域地球化学评价的思路, 阐述了区域生态地球化学评价的主要问题与对策。 主题词 区域生态地球化学评价 异常元素追踪 生态效应评价 生态系统安全性的预警预测 中图分类号 S154 文献标识码 A 生态地球化学Ecological Geochemistry和区域 生态地球化学Regional Ecological Geochemistry最 早出现在1988年俄罗斯召开的第四届“ 当代条件 下地球化学勘查理论与实践 ” 会议文集中 [1, 2] ,区域 生态地球化学评价则由奚小环 [3]首次在“ 生态地球 化学与生态地球化学评价 ” 一文中提出。随着多目 标地球化学调查工作的不断深入,区域生态地球化 学评价逐渐成为该项工作的核心和重点。 多目标地球化学调查是国土资源部中国地质调 查局组织实施的一项综合基础地质工作。它以区域 土壤和水体地球化学调查为依托,以第四纪地质为 研究对象,以土地质量评价为主要内容,以服务于农 业生产、 环境保护、 矿产资源普查等多领域为目标。 该项工作分区域地球化学调查、 区域生态地球化学 评价、 局部生态地球化学评价和综合研究4个层次。 区域生态地球化学评价是在区域地球化学调查 基础上,针对流域/区带面积范围为10 6 ～10 2 km 2 内引起生态地球化学问题的元素及化合物异常分布 而开展的一项工作 1 。 近年来,随着工农业生产的迅速发展和城市化 进程的不断加速,世界各国在发展经济的同时,都十 分重视环境污染物来源、 危害程度评价、 变化趋势预 警和生态环境安全等问题的研究 [4～8 ] ,特别是进行 大尺度的区域生态地球化学研究已成为国际上的热 点,但目前,该方面的研究还处于探索阶段。 1 多目标地球化学调查主要成果 截止到2004年,多目标地球化学调查以省部合 作的方式,在长江流域、 黄河流域、 沿海经济带和东 北经济区开展了9215610 4 km 2的区域调查和评价 工作。该项工作,无论在调查评价的方法技术方面, 还是在服务领域方面都有了开拓性的进展,发现了 一系列关系到国家宏观经济调整和流域生态系统安 全性、 经济可持续发展等重大的区域地球化学问题, 1 多目标地球化学调查数据由各省地质调查院、 湖南省洞庭湖区生态地球化学调查项目部和重庆市、 上海市地质调查院提供 2 2004年度农业地质调查与评价研讨会太原及安徽 276 第 四 纪 研 究2005年 并取得了重要成果。 111 海量高精度的地球化学数据的获取 多目标地球化学调查按照一定的采样和分析密 度,已获得231 400万件表层土壤、57 850件深层土 壤样品的54种元素和指标的海量高精度的地球化 学数据,这些数据包括As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Ni, Zn, F和pH值等反映土壤环境质量的元素含量和 指标;同时也包括了N, P, K, B,Mo,Mn, Ca, Co, Fe, Mg, Se, S, Cl,V和TOC, Corg .等反映土壤肥力状况的 元素含量和指标。此外,还包含了研究第四纪地质 演化、 全球变化和成岩成矿等大量信息的其他元素 和指标。这套数据系统地展示了我国重要地区地球 化学元素的分布和组成特征,具有重要理论意义和 广泛应用价值,将为地学、 农学、 环境学、 生态学、 生 物学以至生命学等各学科领域建立大信息量的、 内 涵丰富的研究平台。特别是深层土壤元素含量的获 得将为评价我国土地污染状况和土地质量变化趋势 提供基准值。 112 元素异常的发现 随着工农业生产和城镇化进程的快速发展,污 染物排放造成的环境质量状况下降已引起了全社会 的关注。但本次调查发现,一个地区或一个流域环 境要素的质量主要取决于其所处的地质地球化学背 景,尤其是土壤中元素含量的高低和元素存在形态 的变化从根本上受控于自然地质地球化学作用过 程,在区域尺度上,地质地球化学作用过程是元素在 各层圈间分布分配的主导因素。只是在局部地区, 人类活动在某种程度上加速了这种作用的进程,甚 至改变了元素迁移转化的途经。通过多目标地球化 学调查,发现一批可能对我国生态环境安全性产生 重大影响的元素异常。 11211 长江流域Cd异常带 在已有的调查区域内,长江两岸洪冲积物中Cd 等重金属异常富集,形成了宽百里、 延绵万里的、 连 续的地球化学异常带,如图1所示。无论是经济欠 发达的西部地区,还是经济高速发展的东部地区, Cd异常均表现出沿江分布的特征 [10 ] ;且通过研究 表层和深层土壤Cd, Hg,As, Co等重金属的含量,发 现它们的变化范围很小图2 ,说明土壤中Cd等重 金属的高含量是地质历史时期形成的,并非人类活 动引起。 图1 长江流域不同地区表层土壤中Cd 1 含量对比图 1.重庆长江段 2.四川成都地区 3.湖南长株潭地区 4.武汉江汉 平原 5.安徽江淮流域 6.江苏宁镇扬 7.上海市 8.全国土壤背景值 [9] Fig . 1 Cd concentration contrast of topsoil in different regions along the Changjiang River 除长江流域存在Cd等重金属异常带外,黄河 流域表层土壤有害重金属富集速率之快、 沿海放射 性超标之重、 城镇及周边土壤重金属累积量之高都 是不容忽视的危害生态系统安全性的区域问题 2 。 11212 土壤酸化趋势严重 在已调查的区域内,土壤酸化趋势严重。成都、 武汉、 湖南 长 株 潭 地 区 酸 性 土壤 面 积 分 别 为 2714, 6017和85左右。土壤酸化除与土壤形 成的气候条件有关外,人为活动引起的酸雨沉降也 是重要的因素之一。湖南部分地区年酸雨沉降高达 100, 2004年9～10月对四川成都经济区天降水 pH值监测结果表明,雨水pH最小值为31 48 眉山 洪雅 , 酸雨沉降率高达42图 3 。对不同成土 母质形成的土壤进行垂向土壤剖面观测的结果发 现,无论成土母质呈碱性还是中性,表层土壤pH值 一般比成土母质层pH值减少1～2个单位。 11213 生态系统安全性受到威胁 在Cd等重金属污染和土壤酸化较严重地区, Cd的生物活性增加,随着土壤pH值的减少, Cd在 农作物中的富集系数迅速增加。由图4可知,当土 壤为中碱性时, Cd在水稻籽实的富集系数仅约为 012, pH值为弱酸性时 6 15 ,富集系数增加到014, 而当pH值小于615时,富集系数成倍增加,最大为 2142 pH 51 67 。Cd的活化迁移,造成相当比例 的农作物Cd含量超标,严重威胁着农产品安全性。 1 数据由江苏省地质调查院提供 3期杨忠芳等区域生态地球化学评价核心与对策277 图2 南京八卦洲地区土壤垂向剖面元素含量 1 变化图 Fig . 2 Elements content changes along a soil vertical section in NankingBaguazhou 图3 成都经济区天降水pH实测值直方图 1.成都浦江 2.德阳旌阳区 3.德阳什邡枋 4.乐山夹江 5.乐山五通桥 6.眉山东坡区 7.绵阳盐亭 8.绵阳梓潼 9.绵阳安县 10.成都新津 11.眉山洪雅 12.乐山峨嵋山 Fig . 3 Precipitation pH in the Chengdu economical region 113 为土地合理使用和质量管护提供了地球化学 依据 本次调查获得了表征土地肥力状况的一批宝贵 数据,这些数据包括了植物营养元素全量及有效量 和土壤pH值、CEC 阳离子交换量、TOC 总碳、 Corg .有机碳和质地等各项理化指标,这为土地的 合理使用、 农产品的增产增收及土地资源的质量和 生态管护提供了科学依据。 对成都地区土壤中B全量、 有效B含量与土壤 中有机质、pH值关系研究表明 [11 ] ,因土壤酸化和有 机质含量降低,土壤有效B含量降低。在成都浦江 地区,土壤中全B含量为高-很高水平,而有效B 含量仅为很低-低水平,因此,该区普遍存在因有效 B含量低,油菜“ 花而不实 ” 的现象。 此外,大量富Se土壤的发现,也为开发和研制 278 第 四 纪 研 究2005年 图4 成都地区Cd在水稻籽实中的富集系数 与土壤pH值关系图 富集系数作物中Cd含量/根系土中Cd含量 Fig . 4 Relationship between milled rice enrichment coefficient and soil pH in the Chengdu region 富Se农产品提供了基础资料 [12, 13 ]。 在土地管护由数量型向质量型和生态型管护转 化时期,多目标地球化学调查和评价所获的土地肥 力、 土地环境和土地安全等方面的信息,为该项工作 的顺利转变奠定了坚实的基础。 2 区域生态地球化学评价思路与特点 区域生态地球化学评价是在多目标地球化学调 查基础上,根据调查和查证结果开展的一项区域评 价工作,其目的是为国家和所研究流域的国民经济 建设、 工农业结构调整和社会经济可持续发展提供 基础地球化学资料。 211 区域生态地球化学评价思路 1调查结果是评价基础 根据调查和异常查证结果,区域生态地球化学 评价将选择在研究流域/区带分布广、 异常分异富 集或贫化程度高、 生态影响大的元素、 元素组合和 有机污染物作为进一步评价的对象,如长江流域Cd 等重金属;沿海地区放射性、 重金属及有机污染物; 黄河流域I, F和As等,这些评价元素和指标,在异 常的成因上以地质背景和地球化学过程为主,同时 叠加了人为作用影响,它们均具有成因复杂、 影响重 大和意义深远的特点。 2物质循环是评价主线 区域生态地球化学评价将以元素和化合物表生 地球化学理论为指导,以元素和化合物在各个生态 系统内部和生态系统之间的循环迁移为主线,以研 究它们的输入输出通量和地球化学行为为重点,以 动态的、 演变的和历史的观点探索元素和化合物的 表生地球化学行为及其对生态系统的影响。因此, 区域生态地球化学评价将建立研究元素和化合物在 以土壤为中心,以大气 水体 土壤 生物体为循 环系统的异常追踪和迁移途经研究的方法技术,以 及预警预测模型。 3生态系统是评价单元 区域生态地球化学评价以大流域/区带为评价 对象,如长江流域、 黄河流域、 沿海经济带和东北经 济区等,它们均由若干个生态系统所组成,如长江流 域和黄河流域的河流生态系统、 农田生态系统、 城市 生态系统、 湖泊湿地生态系统等,沿海生态系统的浅 海生态系统、 城市生态系统和农田生态系统等。由 于不同生态系统元素迁移途经、 物质传递和能量流 动差异较大,因此,区域生态地球化学评价将以河流 生态系统、 农田生态系统、 城市生态系统、 湖泊湿地 生态系统和浅海生态系统为评价基本单元,研究元 素和化合物在生态系统内部和生态系统之间的迁移 转化规律及变化趋势。 4多领域服务是最终目标 多目标生态农业地球化学调查评价是以服务于 矿产资源普查、 环境污染调查与治理、 土地质量管护 和生态管护、 名特优农产品种植和区域经济结构调 整与社会可持续发展战略制定等多项目标为一体的 公益性基础调查评价工作。区域生态地球化学评价 将围绕第四纪地质研究、 环境质量评价、 土地可持续 利用、 农业结构调查、 农业名特有产品种植、 地方病 病因和分布范围调查、 土地荒漠化及饮水安全性评 价等各项工作开展,是将传统地质地球化学工作由 单一的找矿,扩展到了环境、 土地、 农业等多个领域 的开创性工作。 212 区域生态地球化学评价的特点 1传统方法与先进技术相结合 多目标地球化学调查与评价是勘查地球化学由 单一找矿、 拓展至资源与环境并重的开拓性历史工 程。在调查思路和方法上继承了勘查地球化学的传 统,在区域生态地球化学评价中仍以元素地球化学 分散、 富集理论为基础,在充分发挥传统勘查地球化 学方法技术优势的同时,广泛吸收相邻学科先进的 研究成果、 研究思路和方法技术。采样介质除常规 的岩石、 土壤、 水系沉积物外,还涉及大气、 生物样 品、 湖底和浅海沉积物等,涵盖了地球表层生态系统 的各个层圈;研究方法上吸收了同位素测年、 微量元 素示踪和其他地质学科新的技术手段,增强了勘查 3期杨忠芳等区域生态地球化学评价核心与对策279 地球化学解决问题的能力和范围;研究思路上由静 态的、 单一的过程转变为从生态系统间物质传递和 能量流动的动态观点出发,将地质背景、 地球化学作 用过程、 元素迁移循环和人类生产生活对研究地区 元素异常分布的影响进行综合考虑,即从动态的、 历 史的和变化的观点出发,研究元素在表层各生态层 圈中的来源成因、 迁移转化途经、 生态效应,既考虑 了原生地球化学背景和自然作用过程对地球化学环 境质量的影响,同时也重视人类活动所造成的次生 影响;既考虑单一系统内物质的输入输出和现实污 染状况调查,同时也考虑了不同生态系统间的相互 影响和制约。从地球表生系统各层圈间相互作用的 整体性出发,探讨物质循环转化机理和生态效应影 响这一思路的转变,将对解决我国流域性、 跨区域的 环境质量问题将起到积极的推动作用,对土地由数 量管护向质量管护和生态管护转变具有重大的理论 和实际意义。 2理论研究与实际应用相结合 区域生态地球化学评价是针对多目标地球化学 调查所发现的流域性、 区带性重大生态问题而开展 的一项研究工作,具有非常鲜明的实际应用价值,是 一项紧贴工农业经济发展、 人民生活质量和环境质 量提高与国家及地区可持续发展的公益性调查评价 工作。但由于调查评价涉及的是生态地球化学这一 全新的领域,是由环境学、 农学、 土壤学、 生态学、 地 球化学等多学科交叉产生的,因此,它又具有许多新 的基础理论和方法技术有待于深入研究。如何甄别 元素的不同来源如何确定元素的输入输出途经 怎样评价元素产生的生态效应怎样预测生态系统 的变化趋势怎样预报生态系统潜在的危害等 等,都需要理论与实际应用密切结合才能解决。 3国家利益与地方利益相结合 区域生态地球化学评价是针对流域/区带内存 在的生态地球化学问题而开展的一项评价工作,是 国家层面上或跨流域、 跨地区要解决的生态问题。 这些问题的解决将维护国家或流域的根本利益,是 一项利国利民的大事情。但维护国家利益的基础是 保证和扩大地方利益,两者是相辅相成,而不是对立 的。对于国家而言,是一项宏观上的、 战略上的调查 和评价,对于地方来讲,是一项具体的、 实际的调查 和评价。因此,从国家利益着眼,结合地方利益和人 民大众利益,是区域生态地球化学评价的基础。 4自然作用与人为作用相结合 环境中元素的富集与贫化是地质历史时期长期 演化的结果,尤其是土壤中元素的分布分配是成土 母质、 成土过程和人为活动等多种因素共同作用的 结果。在以往的环境地球化学研究中,人们将焦点 集中在人类活动所造成的污染物质上,但事实上,一 个地区或一个流域环境要素的质量主要取决于其所 处的地质地球化学背景,区域尺度上,地质地球化学 作用过程是元素在各层圈间分布分配的主导因素。 因此,在进行区域生态地球化学评价时,研究元素在 地质历史时期的迁移富集规律、 查明地质作用和地 球化学背景对元素行为的影响是进行元素成因和迁 移途经研究的重点,探索自然作用过程中元素生态 效应的变化趋势是进行预警预测的中心。这是一项 长期的、 缓慢的作用过程,但又是一项深刻的、 人类 自身难以克服的自然过程。在有人类活动强烈干扰 的生态系统中,如农田生态系统和城市生态系统,区 域生态地球化学评价同时也关注人类生产生活对环 境质量造成的影响。在我国,对生态系统各环境要 素产生深刻影响的人类活动虽然只有几十年的历 史,但在局部地区,这种影响已远远超过了环境自我 调节的能力,如某些湖泊湿地生态系统的富营养化、 城市生态系统中土壤重金属污染等。因此,区域生 态地球化学评价,既强调自然作用过程,也重视人类 活动对环境质量的影响。 3 区域生态地球化学评价的主要任 务与对策 区域生态地球化学评价的主要任务是查明区域 性异常元素的分布、 分配、 成因及来源,研究这些物 质在表层各大层圈中的迁移转化规律,评价它们所 产生的生态效应,应用地球化学和生态学的基本原 理和方法对污染的生态系统进行预测预警,并提出 治理建议。 311 异常元素追踪和成因研究 异常元素追踪和成因研究是区域生态地球化学 评价的基础,该项工作主要从自然成因和人为成因 两方面进行追踪和成因甄别。 1自然成因研究 在河流生态系统中,重金属随悬浮物长距离迁 移是形成江河两岸土壤元素异常的重要原因 [14～18 ]。 表1为长江及其他河流悬浮物重金属含量表,从中 可以看出,悬浮物富集重金属进行长距离迁移是江 河生态系统的普遍现象。这些悬浮物随着洪水爆发 溢出河床,在丰水季节就会沉积在河道两岸,形成富 280 第 四 纪 研 究2005年 集重金属的洪冲积物。 在丘陵区,不同成土母质的岩石化学性质是土 壤中元素含量差异的决定性控制因素。如图5所 示,全新统冲洪积物中As和Hg偏高,所形成的心 土层中As和Hg也偏高;三叠系成土母岩的Hg, Pb 和Cd含量最高,其心土层中相应元素含量也最高。 图5 成都丘陵区不同成土母质层、 心土层和表土层元素含量对比图 Qh为全新统冲、 洪积物; K1q为下白垩泥岩夹粉砂岩及砂岩; J3P为上侏罗红棕色厚层泥岩夹砂岩、 粉砂岩; T3xj为上三叠岩屑长石砂岩、 粉砂岩、 泥岩 Fig . 5 Content contrast of elements among topsoil, subsoil and soil2for ming parentmaterial horizon in the Chengdu foothill region 因此,在异常元素的自然成因研究方面,生态地 球化学评价主要对河流汇水区基岩风化搬运产生的 次生地球化学异常和丘陵区不同母质在成土作用中 产生的原生地球化学异常进行研究评价,其中更重 视表生地球化学作用过程中,水体对异常元素的长 距离搬运。 2人为成因研究 在农田区,通过对化肥、 农药、 灌溉水和大气干 湿沉降样品的系统采集分析,可获得单位面积内不 同污染源年输入异常元素的通量;在城市区,通过系 统采集燃煤尘、 冶金尘、 建筑尘、 汽车尾气尘等不同 污染端元样品,可获得不同来源降尘的特征元素和 年沉降通量。图6为成都农田区大气湿沉降、 灌溉 水和化肥年输入Cd,As, Hg和Pb对比图,从中可以 看出,大气干湿沉降是农田区这些元素最主要的输 入途经,而非施肥和灌溉。 因此,区域生态地球化学评价将按照10～20个 点/10 4 km 2的密度进行化肥、 农药、 灌溉水和大气干 湿沉降样品的采集和分析,查清由人为活动造成的 农业生态系统中有害元素的年输入通量。城市区, 通过对不同数量的污染端元、 一定密度的降尘采集 分析,查明大气沉积对土壤有害元素含量和空间分 布特征的影响。 312 生态效应评价 生态效应评价是区域生态地球化学评价的核 心,该项工作主要是对异常元素分布区域内农作物 和水产品的安全性进行评价,研究异常元素地球化 学行为及控制因素,为评价流域/区带农业结构调整 和土地合理使用提供地球化学依据。 表2是长江流域某地区不同种类农作物中As, Hg, Pb和Cd含量,从中可以看出,研究区农作物中 3期杨忠芳等区域生态地球化学评价核心与对策281 图6 成都地区单位农田灌溉水、 天降水和化肥年输入Cd,As, Hg和Pb量 Fig . 6 Cd,As, Hg and Pb from irrigation, wet sedimentation, and fertilization per field Cd和Pb超标严重,其次是Hg;烟叶、 川芎、 辣椒和 水稻是危害最重的农产品。通过对评价区不同农作 物富集系数的对比分析图7 ,可获得Cd等有害元 素污染严重地区,适宜种植的农作物类型。从图7 中可以得知,在Cd污染较重、 土壤酸化明显的地 区,水稻、 花生、 辣椒都是不宜种植的农作物。 对该地区农作物中有害元素来源进一步研究表 明,农作物中Pb和Hg除一部分来自土壤外,大气 干湿沉降是不容忽视的污染源。 因此,通过一定样本量的农产品中有害元素分 析和富集系数富集系数粮食中元素含量/土壤 中元素含量计算,对评价区大宗农作物南方水 稻、 北方小麦重金属污染程度进行评价,对不同农 作物的有害元素富集系数进行比较分析,从而有效 地指导评价区农业结构调整和合理利用土地资源, 对土壤污染治理提供地球化学依据。 313 生态系统安全性预警预测 生态系统安全性预警预测是区域生态地球化学 评价的最终目的。通过对不同生态系统中污染物的 年输入净增量研究、 有害元素地球化学行为研究,对 评价区生态系统安全性和发展趋势进行预警预测。 1 1亩66616 m2 282 第 四 纪 研 究2005年 图7 不同农作物As, Hg, Pb和Cd富集系数对比图 Fig . 7 Enrichment coefficient ofAs, Hg, Pb and Cd in different kinds of crop 1农田生态系统 在农田生态系统中,影响系统安全性的主要因 素有污染物总量累积超过环境容量,以及环境条件 改变触发“ 化学定时炸弹 ” 爆发。 图8为成都地区农田生态系统As, Hg, Pb和Cd 年输入输出总量直方图。从图中可以看出,以上4 种有害元素年净增量均为正值。考虑到作物秸秆还 田和不还田两种情况, Cd, Hg,As和Pb净增值变化 范围分别为 157121～160137g/亩 1 年、30134～30155 g/亩 1 年、888137～893186g/亩 1 年和1 224137～ 1 232182g/亩 1 年。这些有害元素主要的输入途经为 大气干湿沉降和施肥,主要输出途经为农作物收割。 因此,通过对评价流域/区带有害元素输入通量的研 究,就可以预测总量累积到危害生态系统安全性的 时间及应该采取的有效防治措施。 图8 农田生态系统As, Hg, Pb和Cd年输入输出总量直方图 Fig . 8 As, Hg, Pb and Cd and output in agro2ecosystem 土壤中元素的化学行为与其存在状态有密切关 系,只有易被植物吸收的水溶态和可交换态才是对 植物产生危害的有效含量,元素有效含量与总量的 比值受土壤pH值, CEC,质地,有机质等多种因素 控制,特别是土壤的酸碱度是控制重金属的首要因 素。通过系统分析土壤中重金属活化的触发因素, 对由于土地使用方式改变、 酸雨沉降、 有机质减少等 因素而出现的土地生态系统安全性问题提出预警。 2河流生态系统 河流生态系统是物质流动和能量交换的最活跃 地带,通过对河漫滩沉积物垂向剖面系统采样,分析 Cd等有害元素含量,进行分层 210 Pb和 137Cs 定年,建 立近百年来洪冲积物堆积速率及Cd等有害元素变 化趋势,结合河流上游地区工农业发展模式、 矿山开 采冶炼等人为活动对Cd等有害元素迁移总量和搬 3期杨忠芳等区域生态地球化学评价核心与对策283 运途经的影响,对未来河流生态系统的安全性进行 预警预测。 3湖泊湿地生态系统 湖泊湿地沉积物蕴含了丰富的流域内环境质量 变化的信息,通过无扰动沉积柱采样,进行逐层 1 个样/1～ 2cm 有害元素、 有机污染物分析及 210 Pb 和 137 Cs定年,可以精确计算重金属、 有机污染物的 年沉积速率,重建过去100年来土壤污染的地球化 学历史,并以此为基础预测未来的变化趋势。 对于一个底面积一定的湖泊而言,通过底积物 的年沉积速率和底积物中化学污染物质的含量,就 可计算出地表径流中化学污染物质的年输出速率和 年输出量,结合汇水流域工农业发展规模和社会经 济结构,进行湖泊生态系统对污染物吸附-解析平 衡研究和环境质量变化趋势的预警。 4 结束语 多目标地球化学调查和评价是一项国家和流域 层面上的战略性的环境质量调查工作,该项工作开 创了勘查地球化学拓展研究领域的新局面。调查评 价工作使地学与土壤学、 农学、 环境学、 生态学等多 学科有机结合,交叉融合产生的生态地球化学新学 科代表了今后高精度、 大流域开展环境质量调查和 研究工作的新方向,是地球化学领域最有生命力的 生长点。 区域生态地球化学评价是一项立足于环境质量 调查结果基础上的工作,具有非常强的针对性和实 用性。由于我国地理地貌景观多样、 地质地球化学 作用差异较大、 人为活动干扰因素强烈,因此,不同 生态系统环境特征、 不同流域生态地球化学问题,应 有相应的区域生态地球化学评价的方法技术。本文 提出的区域生态地球化学评价的研究内容、 方法技 术主要是针对长江流域Cd等有害元素富集引起的 流域生态地球化学问题而开展评价研究的工作思 路,随着黄河流域、 沿海经济带和东北经济区区域调 查工作的不断深入,区域生态地球化学评价的思路 会不断拓展、 研究内容会更加充实、 方法技术会逐步 成熟。 区域生态地球化学评价是一项以土壤调查评价 为基础、 以生态系统安全性评估为核心、 以物质在表 层地球各系统迁移循环为主线、 以理论探索和实际 应用为主导的评价研究工作。该项工作可为从流 域/区带尺度进行土壤 水体 大气 生物间的物 质循环、 不同层圈间的相互作用,以及海陆交互作用 研究提供鉴戒,也可为丰富全球变化研究,如全球 碳、 氮循环积累研究素材和科学信息,推动地球整体 行为科学的研究向前发展。 参考文献References 1 OvchinnikovL N. Ecological GeochemistryVol . 6 Theory and Practice of Geochemical Exploration under Modern Conditions . Moscow InstMineral,1988. 1～241 2 KasimovN S, Batoyan V V, Gavrilova I Pet al. Regional ecological geochemical analysis of landscapes .In Ovchinnikov L Ned. Ecological Geochemistry Vol . 6 Theory andPractice of Geochemical Exploration under Modern Conditions . Moscow Inst Mineral, 1988. 46～47 3 奚小环.生态地球化学与生态地球化学评价.物探与化探, 2004, 28 1 10～15 XiXiaohuan.Eco2geochemicalresearchandeco2geochemical ution.Geophysical ②China Geological Survey, Beijing 100011;③Institute of Geophysical and Geochem ical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000;④Sichuan Province Geology Survey Institute, Chengdu 610081;⑤Geological Institute of Hunan, Changsha 410008;⑥Geological Survey of Jiangsu Province, Nanjing 210018 Abstract Ecological geochemical assess ment is not only a new academic subject, but also one of the interdisciplinary approach involving geology, agrology, agriculture, environment science and ecologyetc.It is a new developing direction in the area of geochemistry . Based on regional geochemical survey, ecological geochemical assess mentwas carried out to assess the elementary abnormitywhich influences the valley/region ecosystem safety . Vast and precise geochemical data obtained by multi2purposes regional geochemical survey can supply the background value for environmental quality assessment, and provide geochemical base for soil quality and ecological management and protection. A series of elementary abnormity influencing ecological safety of drainage basin was also found in this survey .Furthermore, tracing elementary abnormity, discriminating the cause of for mation, assessing the ecological efficiency, and forecasting and early warning on ecosystem safety and so on are going to be carried on for regional eco2geochemical assess ment aimed at the trait of elementary abnor mity distribution.In this paper, the results and conclusions of regional geochemical survey were summarized, and the sketch of regional geochemical assessment was introduced.The main problems and their countermeasures for regional eco2geochemical assessment were also discussed. Key words regional ecological geochemical assess ment,elementary abnor mitytracing,ecological efficiency assessment, early warning on ecosystem safety