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生态地球化学研究中心议题

发布时间: 2019-08-20

生态地球化学研究中心议题

会议围绕四个中心议题1.生态地球化学重大隐患及安全预警研究;2.生态地球化学过程与行为机理研究;3.中国土壤碳储量研究与全球变化;4.生态地球化学环境变化的健康效应研究,听取了四位专家的中心议题报告,并以专题报告和自由发言的形式展开了学术讨论。

第一中心议题:全国农田/河流系统生态地球化学研究(报告人:杨忠芳,中国地质大学(北京))

我国多目标区域地球化学调查结果显示,表层土壤AsCd等有害元素具有沿着江河流域富集或贫化的分布特征,显然,这种区域性的生态环境质量空间分异特征是与地质背景和自然地质-地球化学过程有关,生态地球化学评价的核心就是要解决以下问题:1.元素表生地球化学循环过程和控制因素;2.判断现实的生态危害是否存在和未来演化趋势;3.如何阻断地球化学灾害的发生。

对农田系统人为活动输入土壤有害元素途径研究显示,除海南岛等少数地区,我国大部分农田区土壤Cd等元素面源污染的途径主要为大气干湿沉降,可占到6095%,在最严重污染区,CdHgPbAs等元素的大气沉降通量可分别达到450.2200050 kg/km2·a,且外源输入进入农田土壤中的CdPbHgAs等有害元素多为可溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、弱有机结合态等具有较大生态危害的形式存在。在土壤中Cd等有害元素含量相对较高地区,水稻、小麦等大宗农作物超标比较普遍,各种暴露途径进入人体的Cd总量可达ADI值的170%,用美国EPA标准进行生态风险评估的结果,显示出评价地区存在较大的生态风险。

建立了生态系统风险预测预警模型,对我国Cd等元素污染相对严重地区进行预测预警研究的结果显示了,我国部分地区存在严重的生态风险,应引起高度关注。

第二中心议题:全国城市/湖泊系统生态地球化学研究(报告人:成杭新,中国地质科学院物化探研究所)

我国多目标区域地球化学调查显示,我国县级以上城市土壤普遍存在以HgPb为主的重金属地球化学异常或污染,其中北京、沈阳、广州、南京、漳州、西安等数十个大型、特大型城市地表土壤Hg已达到严重污染的程度,由此表明城市土壤Hg地球化学异常/污染是我国普遍存在的重大生态环境问题。

系统研究了北京市近1000km2范围内的地表土壤、壤中气、大气干湿沉降、大气颗粒物、大气中的Hg含量水平和空间分布模式,土壤中发现了硫化物(辰砂)及各种Hg盐(HgCl2)的含Hg矿物,Hg也可以各种吸附方式或壤中气方式存在,证明壤中气Hg是大气Hg的重要来源之一。查明土壤中还分布有大量具有高温熔融特征的金属微球粒和玻璃质微球粒,证明燃煤和冶金烟尘是地表土壤Hg的主要来源。证明土壤中高含量的SHg是辰砂形成的重要原因。

北京市自2000年起实现了由燃煤转变为燃气的减排措施,导致干湿沉降物中的Hg沉降通量显著减少,表明北京市煤改气减排措施的实施显著改善了大气环境质量。

对我国太湖、洪泽湖、鄱阳湖、洞庭湖、巢湖湖底沉积物的系统调查显示,我国上述主要湖泊底积物中CdPbAsHg等重金属污染严重。

以太湖为例,重建了太湖湖底沉积物和太湖来水流域土壤CdPb的污染历史。结果显示1980年以前,太湖底积物中CdPb含量与流域内的自然背景含量相当,1980年以来,湖底沉积物中的CdPb含量显著增高,这与我国大规模工业化进程的起始时间基本一致,推测工业化进程是湖底沉积物中CdPb含量增加的主要原因。太湖流域人类活动所导致的Cd已超过自然剥蚀过程,因此削减工业化进程中的CdPb排放总量,控制太湖运河来水的输出通量是改善太湖底积物CdPb环境质量的关键措施。

第三中心议题:中国土壤碳储量与碳循环研究(报告人:奚小环,中国地质调查局)

问题的提出:工业化以后,人们越来越感受到酷暑、冰冻、洪水、飓风等极端气候的影响。虽然目前还不能确切知道这种极端气候产生的原因,但通过各种方式向大气释放CO2导致温室气体增加,引起全球气温升高却是不争的事实。

研究表明,土壤碳库约为大气碳库2倍,土壤有机碳库变化0.1%将导致大气圈CO2浓度1mg·L-1的变化 ,是温室气体的重要碳源,“失踪碳汇” 也认为存在于北半球温带土壤中。因此,长期以来关于土壤碳库问题一直是碳循环和全球变化研究的基本问题之一。

基于多目标区域地球化学调查取得高密度、高精度有机碳和全碳数据,建立“单位土壤碳量”概念,按照土壤类型、土地利用方式、生态系统、地理地貌、成土母质各种分类系统,以及0-0.2m0-1.0m0-1.8m不同采样深度进行土壤碳储量实测统计,获得大量土壤碳储量数据,对土壤碳储量分布与分配特征进行分析探讨。

 

第四中心议题:生态地球化学环境变化的健康效应研究(报告人:刘晓端,新濠天地网站注册实验新濠天地注册)

生态地球化学调查发现的影响人体健康的问题主要有:在长江流域、黄河流域、东北经济区目前仍有程度不同的,以高氟、高砷、低碘、高碘、低硒为主要类型的地球化学病(即地方病),病区分散、范围大、许多地区病情还较严重,主要问题是引起这些地方病的地学致病因素不清,治理方法存在盲目的因素,使病区环境长期得不到根本改善。

报告剖析了山西太原盆地高碘地下水的地质、水文地质控制条件,分析了碘的来源、迁移、富集规律,环境因素对碘蓄积的影响等,对当地改水、改善人群健康水平提出了可行性建议。

以工业城市包头为例,研究了城市土壤、地下水、大气的环境地球化学特征,分析了大气降尘对土壤环境影响,地表水对污染物运移的作用等。

综合分析了山西大同盆地高砷地下水的分布、地质成因,研究了地质构造、地球化学环境对高砷水形成、富集、形态转换的作用和影响。地下潜水高含F,超标1.312倍;深层承压地下水富As,砷含量超标220倍。砷病区沿盆地西南部黄水河展布,构造上与盆地断裂深陷带马营凹陷一致。冲湖积物的碳质层还原砷成三价,提高了水的毒性。砷中毒发病率与饮水中As3+/∑As比值呈正相关关系。盆地周边分布多层富含AsF的地层和火成岩体,处于富AsF的区域地球化学省内。含砷下渗地下水经有机碳质层的还原作用,使砷还原为三价.提高了地下水的毒性并滞留聚集。探讨了FAs富集和中毒的机理和生态地球化学危害评价,提出了治理建议。

专题报告有:

袁道先(中国地质科学院岩溶地质研究所):岩熔动力系统碳循环

周国华(中国地质科学院物化探研究所):沿海经济带区域地球化学特征及其生态环境意义

刘素红(北京师范大学):遥感技术在生物地球化学研究中的应用

王五一(中国科学院地理与资源研究所):生态化学地理新进展新方向

李家熙(新濠天地网站注册实验新濠天地注册):生态地球化学环境与健康

潘根兴(南京农业大学):中国土壤碳库研究的若干问题

吴明红(上海大学环化学院):有机地球化学循环对生态系统的影响

杨永亮(新濠天地网站注册实验新濠天地注册):生态地球化学与健康研究领域中一些值得关注的课题

金立新(四川地质调查院):成都经济区土地质量地球化学评估

尹国胜(江西地质调查院):鄱阳湖生态经济区生态地球化学评价成果应用研究

张建新(湖南地质调查院):洞庭湖流域镉等重金属元素的生态地球化学分布与预警

廖启林(江苏地质调查院):重金属污染土壤生态修复与调控研究实例

袁道先院士从今年是达尔文诞辰200年,也是物种进化论150周年讲起,分析了生命与环境的关系,地球化学、海洋气候的变化都会影响环境和生命,生命有它的适应性,生命本身可以发生变化,来适应环境的变化,变迁。这里学科的交叉很重要,环境影响生命、人体健康、农作物品质,但实际上生命反过来影响环境。我们的研究有三个方向,一个是分布规律,地球化学元素76种分布规律;一个是运移规律;第三个问题是怎么用,怎么影响健康,怎么使产量、质量更高等应用领域的问题。

孙鸿烈院士提出,生态地球化学研究涉及到了很多学科,很多部门,希望今后可以把这项研究搞成系列讨论会,能更多请一些搞生态、土壤、环保、农业、医学的科学家参与。真正起到学科交叉、相互交流的作用,使这门学科能够在一个更宽广的基础上发展起来。

生态地球化学是用地球化学的方法手段,去研究生态系统,就是研究物质循环。现在我们只是分析了土壤的化学元素的分布情况,将来还要结合地表生物的元素循环、农田和农作物的循环、草地和草的循环、森林和树木的循环,研究地表生物物质元素的分布和变化,迁移转化规律,这才是一个真正的循环。只研究土壤本身,谈不上是循环。生态学是研究生物和环境关系的科学,生态学研究是在地学、地球化学的基础上,如果我们用地球化学这样一个强有力的手段、理论作为指导研究生态系统,势必要涉及到地表的生物圈。

陈毓川院士发言指出:地球化学这个学科应用领域很广,勘查地球化学在内在地质找矿中起了很大作用。国土资源部又把它用到生态领域方面,也就是农业方面。这个领域与我们国家的社会发展紧密结合在一起,随着国家经济、社会的发展,渗透到生态环境的方方面面,其中环境地球化学与健康的问题就是当前面临的一个重要问题,应当引起重视。生态地球化学这个领域是可以讨论的、交流的、逐步扩大范围,成为一个经常性的科学问题。

湘江流域镉带状污染,深层土壤也一样,很清楚是有色矿山基地造成的,矿山长期开采导致的环境问题也是环境地球化学问题。赣南的橙子非常好,原因是赣南地区土壤里面有稀土。江苏启东是癌症高发区,也与元素有关,需要做长期探索。建议有关部门考虑开展元素地球化学与重大疾病关系的研究,要提倡多部门紧密地结合,多学科相互交叉,共同做好这项工作。

方克定研究员首先就生态地球化学的应用实践谈了看法,他指出,生态地球化学调查内容丰富,结构复杂,应用领域广泛,发展的空间很大,待深入研究的科学问题也很多。初步总结7年来的实践经验,可以把它的发生、演变和基本作用概括为:天人叠加、相相生,区域调查、综合评价,控源减流、重点修复,兴利益寿、挖潜增效,多元应用、持续创新。

    天人叠加、相相生,原生地球化学环境本底加上人为的改良和扰动叠置使之更复杂化。针对生命有害元素,特别是延缓性地球化学灾害应严加防范,与生命有益元素相生;

    区域调查、综合评价,点、线布控,面上展开,纵深延伸,综合调查;调查54种元素包括重金属、POPs等众多对象,在岩、土、水、气和生物等多种介质中辗转迁移,错综复杂;

    控源减流、重点修复,基于面源的立体交岔污染,包括长江流域的Cd污染、黄河流域的AsF污染、东中部五大湖底积物和西南岩溶区的重金属污染、城市的HgPb污染等要有监控和管制措施,降低污染物的迁徙、扩散量和速度;珠三角水土污染严重,广东省物料实验检测中心在研究珠三角农用地土壤重金属重度污染区现状控制及修复研究项目中,采用化学修复的方法,已成功的对主要毒性重金属元素有强烈的稳定吸附能力的粘土矿物吸附剂,正进行培育试验;

    兴利益寿、挖潜增效,从时间、空间、发生学和基因差异的三维不均匀性探索生命元素的习性及其分布规律,为人类谋福祉,对地处沿海平原的江苏如皋长寿乡开展跟踪研究。湖北恩施最早因栽培富硒作物受益,已经在长江流域、浙闽、松辽等地推广,为生态地球化学调查投资7亿元,通过特色农业开发可获经济效益超过700亿元;

多元应用、持续创新,已应用到地质勘查(化探异常查证)、土地管理(分等定级)、水资源管理(水功能区纳污设限)、气候管理(碳减排)、大农业(土壤固碳、生物固碳)、环境保护(水土污染防治)、公共卫生(地方病)及科学研究(基础研究)等领域,是从勘查地球化学到生态地球化学60年轨迹的写照,也是未来优化发展的核心战略。

寿嘉华教授认为,生态地球化学环境与健康是国家社会与经济发展中面临的主要问题之一,需要多学科多部门的交叉、合作。生态地球化学研究还面临许多关键的科学问题,如元素运移的机理、研究的对象,方法技术的创新等。生态系统的范围很广,包括全球性的、区域性的、局部性的,目前我们主要针对的是土壤和地下水(地表水),将来我们还要涉及到大气圈、生物圈,要靠交叉学科给予充实,共同做好这项工作。

李家熙研究员发言中提到随着工业的发展,环境污染越来越严重,对人类的健康危害也越来越大。很多恶性肿瘤的发生与环境污染相关。

在污染严重的地区开展的研究结果表明:通过食物链作用,鼻咽癌的发生和发展与土壤环境中的元素有关,居住地土壤中MnNaKMgCaSrBa元素含量低,而HgPbSeInYbRuThUSnTiZrHfBiTaTeBrI元素含量高,其鼻咽癌的发病率和死亡率高;反之,则较低。

肝癌在广东省发病率较高。流行病学调查发现癌症患者基体组织Mn含量明显低于健康人,而顺德市土壤中Mn元素含量明显偏低。这是造成该地区肝癌高发的一个关键的环境因素。

我国食管癌明显的地区性,以河南、河北、山西的交界地区为主。土壤中的元素是极其重要的因素。食管癌的死亡率与PbSeRbCsGaTlThUSnHfBiMoBrI呈负相关,与MgCa呈正相关,表明前者有利于抑制食管癌的产生和发展。同样长寿区的人们长期从环境中通过食物链,获取土壤中适合人体的微量元素,这些微量元素,增强他们的抗衰老能力。

生态地球化学环境是地球系统科学的一部分。也是与人类生存关系最紧密,在时空上与人类最接近的大环境。正因为如此,近年来地球系统科学更偏重于地球表层系统的研究,注重物质的迁移、循环,污染物的界面过程和环境生物地球化学机理,环境污染物的危害及毒理效应,复合污染的控制原理等与人类健康息息相关的科学问题。

姜建军和钟自然研究员都强调,生态地球化学研究具有前瞻性和时代性,应国家的需求体现科学技术的进步,要在调查的成果上提炼、凝聚重大科学问题,形成有特色的国家级重点实验室,出人才、出成果。凝炼出的科学问题要申报973项目,前期工作可以依托调查项目,作为先导性、培育性的、基础性的科研工作,来支持重大科学问题的研究。也可以公益项目指南推进项目申请。要注重成果的进一步集成和综合,扩大服务和应用的领域,为农业、环境保护和生态健康服务。

最后谢学锦院士作了总结发言,他说,这次会议开得很好,超过预期。

1995年召开的以“化学定时炸弹与可持续发展”为主题的第48次香山会议,强调要开展对延缓性地球化学灾害的监测研究,那时我们的研究比西方国家起步已至少晚了十余年,从95年至今14年之内,我国这方面发展极为迅速,在某些方面做到了西方国家难以做到的事,摸清了50余种元素在中国的家底。在当前全球变暖、海平面上升、环境污染加剧、能源危机、全球金融风暴这些自然界及人类社会自己频频敲响的警钟声中,使我们感到从工业革命至今人类社会似乎要进入一个新时期。过去人类发展高新科学技术,使一部分人类过着越来越高级甚至奢侈贪婪的生活,但大量消耗资源破坏环境的结果已使地球难以承受。今后人类发展高科技的主流恐怕将是拯救人类自己,使之能够长期继续在地球上生存。摸清家底,寻求继续生存之道。从这点看来,这次会议作出了贡献。

我在这次会议开幕之时曾谈到我们已取得之海量高质周期表中五十余种元素在地球表层分布将为多部门多学科通过碰撞、了解与融合提供深入研究的基础性资料。我深信今后这类研究必将为构建地球系统科学研究添加必不可缺,而当前正缺失的支柱。

我们在1995年的香山会议上已经提出,中国要以欧洲为借鉴,不要污染后再治理。这种告鉴看来并未起太大作用。因为在1995年以前及1995年以后,这种化学定时炸弹在中国的一些地方不断爆发,但由于中国人的忍受能力,加上保密制度并未引起各地政府应有的警惕。因此我后来很少提化学定时炸弹,而称之为延缓性地球化学灾害。这种灾害今后可能从局部扩大到不可收拾,也可能是种种动植物逐渐适应了被污染的环境,使得表面上化学定时炸弹的爆发减少,有害物质转入人体,整个民族健康发生危机,这种忧患意识应不断宣传,对各级政府管理部门及民众宣传。科普工作很重要。

为使这种忧患意识得到各方共识,我们一直建议将环境监控工作在政策上制度上明确作出规定,每5-10年进行一次环境监控,环境监控分成三个层次①全国性 ②大流域 ③重要城市及工矿业区。

这次会议频频对中国的生态环境进行报警,但我觉得更应鼓励一些环境治理非常务实的苗头。像北京通过改用天然气代替烧煤后,空气中Hg的大幅度下降又如江苏利用地球化学工程学就地取材提高食品的安全。今后应设置务实的地球化学治理的工程项目,针对某个地区的问题进行大规模低成本的治理工程研究,一旦见效,会大大推动各级政府的治理积极性。