珠江三角洲经济区农业地质与生态地球化学调查成果综述

2005年中国地质调查局与广东省人民政府联合开展珠江三角洲经济区农业地质与生态地球化学调查项目。通过开展多目标区域地球化学调查、区域生态地球化学评价、局部生态地球化学评价和总体综合评价,系统完成了珠江三角洲经济区47954 km2(包括10 m水深以浅的近岸海域)的生态地球化学调查与评价。按照双层网格化方法系统采集了陆域土壤、近岸海域和珠江水系主要河流沉积物表层和深层样品,测试了71项元素和指标,建立了珠江三角洲经济区土壤、沉积物地球化学背景值和基准值,全面查明了珠江三角洲经济区土壤环境质量状况。定量计算了镉、铅、汞等主要异常元素经河流、成土过程等自然来源和大气干湿沉降、施肥、灌溉、使用农药等人为来源贡献量,阐明了其迁移转化途径及生态安全性。项目紧密结合本地区特点,在国内首次开展了三角洲形成演化过程地球化学研究、区域辐射环境质量评价、酸雨对土壤质量影响的模拟实验、土壤环境质量地方标准研究与制订等工作。     

生态地球化学与生态地球化学评价

中国地质调查局近年来大力推进多目标区域地球化学调查工作,揭示了微观世界中大量未被发现和认识的现象,进行生态环境研究和评价是面临的主要问题.提出和探讨了关于生态地球化学及其评价问题,包括定义、研究思路、技术路线,以及全球的、区域的与局部的生态地球化学评价等.     

广东省珠江三角洲地区土壤硒生态效应评价

本文在广东省多目标区域地球化学调查基础上,选取珠江三角洲地区主要土壤硒富集区进行研究。研究发现,珠三角地区表层土壤Se含量变化范围为0.102~1.866μg/g,平均值为0.789μg/g,总体上表现出山丘、坡地地区高于地势平坦地区,非耕作土Se含量高于耕作土,旱地Se含量高于水田的特征。不同农产品中Se含量与土壤Se含量有一定关系,但更大程度受Se的形态及各种环境因素的影响。适当添加石灰调节土壤p H值,可以显著提高部分农作物富硒水平,并且可以降低其对有害重金属元素的吸收率,能够产生可观的经济效益,为该地区富硒土壤的合理开发利用提供依据。     

长江沉积物环境地球化学特征及生态风险评价

为了进行长江流域沉积物生态风险评价,对长江流域干流以及主要支流的沉积物统一进行采样分析。首先对其元素的组成特征及重金属元素的富集特征进行分析。常量元素含量在流域空间上的变化主要受其携带矿物含量变化的影响;Cu、Pb、Cd、As、Hg 5种微量元素富集程度较大,存在异常。同时采用潜在生态风险指数法对长江沉积物Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As、Hg 10种元素进行了评价研究。结果表明,潜在生态风险指数较大的地区分布在湖南湘江、安徽铜陵等地区,中等的地区分布在四川、重庆及江西等地区,这些潜在污染指数与矿产的开采冶炼以及工业的布局有一定的关系,很大程度上是由人为因素造成的。从元素的潜在污染程度看,长江流域Cd、As、Hg污染程度较重,Cu、Zn、Pb次之,而Cr、Mn、Co、Ni基本没有污染。本研究为探讨长江流域沉积地球化学过程和环境保护提供了科学依据。     

农田生态系统区域生态地球化学评价的示范研究:以成都经济区土壤Cd为例

选择成都经济区作为典型研究区,以Cd为代表,在生态地球化学填图的基础上开展农田生态系统生态地球化学评价的示范性研究。布置采集了58个大气干湿沉降、86个化肥、121个灌溉水、276个农作物样品,分析和计算了Cd等重要元素的含量和通量。结果显示,研究区局部地段地表土壤Cd环境质量较深部有恶化之势,部分水稻籽实Cd含量已超过无公害食品标准;大气干湿沉降物输入到农田生态系统中的Cd平均通量为17.76g/(hm2·a),占总输入通量的85.20%,是研究区外源Cd的主要输入途径;下渗水(2.34g/(hm2·a))和作物收割(1.87g/(hm2·a))是Cd的主要输出途径;全区外源输入Cd可使土壤中的Cd含量以0.006mg/kg的年速率递增;在Cd输入-输出通量不变的情况,预测未来20a研究区三级土壤面积将增加2~3倍,适耕土地面积将全面缩小;研究区因酸雨沉降和施肥等因素使土壤pH值下降的平均速率为0.106a-1,其中化肥施用的贡献率为89.62%。预警研究显示,目前研究区95%的水稻生产是安全的,但预测20a后研究区土壤质量退化明显,近70%安全土壤等级降为一般土壤,须报警土壤面积也将由目前的不足4%快速上升至27%。     

基于地学的生态地球化学评价

在以生态系统为单元,以来源-成因-迁移转化-生态效应-预测预警为主线进行生态地球化学评价的过程中,应进一步突出多目标区域地球化学调查的基础地位和地质地球化学背景特征研究.地球化学异常是生态地球化学评价的主体对象,充分挖掘与利用区域地球化学资料为农业、环境、资源服务是评价的目标,地质背景因素分析是生态地球化学评价的重要手段.     

成都经济区浅层土壤地球化学特征的土壤分类学意义

土壤的科学分类是土壤资源开发和利用的基础,土壤的系统分类以定量化、标准化和国际化为特点,但其大众化水平有待进一步提高,尚需加强与土壤发生分类的参比研究,并深化其在农业生产应用、土壤环境评价等方面的实践意义。自上世纪末至今,在我国东部开展了大面积、高密度的以土壤为主要介质的多目标(如农业和环境等)地球化学调查,获得了海量的地球化学数据,这无疑也为土壤分类指标化提供了全新资料。利用四川省成都经济区多目标地球化学调查获得的3061个浅层土壤样品(0～20cm)的52个元素全量和pH值分析数据,按照已知的土壤发生分类类数(8种土类)进行了样品聚类分析。结果表明:(1)浅层土壤的地球化学数据能较好地用来区分两类土壤,即紫色土一类的幼年土壤(在很大程度上继承了母岩、母质的地球化学特征)和受强烈人为活动水耕、旱耕熟化的土壤(外来物质的不断加入显著地改变了浅层土壤原有的地球化学性质);(2)各类土壤因母岩母质和利用方式不同,各具明显的标志性元素组合特征,如紫色土(高Ca和pH值)、黄壤(低碱和碱土金属元素和pH值)、水稻土(高有机元素、肥料元素和重金属元素)和潮土(高造岩副矿物元素)等,因此,这些元素组合是土壤分类两个要素(母质和人为作用)的重要参照系;(3)浅层土壤的地球化学特征不可能完整地体现成土条件、成土过程和土壤属性这三个发生分类依据,因此,聚类分析结果与发生类型之间存在一定的差异。     

珠江三角洲经济区浅海地球化学异常分布特征及成因分析

以珠江三角洲经济区浅海为研究区,针对表层沉积物样品进行As、Cd、Cr等七种重金属元素地球化学指标分析测试,依据调查区环境背景值,圈定了地球化学异常区,发现:①在澳门东北部海域以及大亚湾海域存在As、Cd、Cr、Pb、Zn高值综合异常;②在珠江入海前靠近深圳的港湾处存在Cu、Pb、Zn高值综合异常;③在广东惠州巽寮湾、双月湾附近存在元素低值综合异常.造成元素高值综合异常的原因,除了港口建设及营运等经济活动有关以外,还与其海湾、海岸地貌、地理位置密切相关,在沿岸流流速变缓的港湾处、沿岸流受阻的地段,均易使河流中带入的污染物发生沉积,从而造成高值异常.在广东惠州巽寮湾、双月湾附近的低值异常主要归因于该地较低的工业水平.     

兰州市表层土壤中汞的生态地球化学评价

对兰州市1663km2范围内的表层土壤和大气干湿沉降空间分布模式进行了分析,认为表层土壤中Hg的含量差异较大,其中Hg的平均含量为0．14×10^-6,最高值为6．38×10^-6。对土壤中Hg的存在形式进行了研究,认为燃煤是其主要来源。大气总汞浓度年平均值为28．62×10^-9,其中采暖期为48．48×10^-9,非采暖期为9．42×10^-9。根据国家土壤环境质量标准,兰州市№环境质量达到Ⅰ级标准的土壤面积为1376．1km2,占研究区总面积的82．75％;Ⅱ级土壤面积246．8km2,占14．84％;Ⅲ级土壤面积31．7km2,占1．91％;Ⅳ级土壤面积8．4km2,占0．51％。Ⅲ、Ⅳ级区域主要分布在兰州市西固区石化厂及其附近、七里河区西关十子一城关区二热电厂。     

2011—2020中国应用地球化学研究进展与展望之生态地球化学

生态地球化学在调查的基础上,以元素在不同生态系统中的循环为主线开展生态地球化学评价,通过输入输出通量调查和重访监测掌握元素循环的发展规律,从而对元素、化合物和其他地球化学参数的发展趋势进行预测预警,并提出开发或修复建议。近十年,该学科在实践应用的基础上进行理论框架和技术方法的不断拓展,不仅产生了大量技术标准、论文和专著等书面成果,还在污染控制、土地资源合理利用、特色农产品开发、土壤碳汇和抑制气候变化等方面产生了积极作用。在理论研究和应用实践需求的推动下在土壤碳库与全球变化、土壤重金属高背景产生机制、土地质量地球化学评价、土壤有益元素开发和土壤污染修复等方面不断产生分支研究方向。主要回顾和总结2011年以来,我国生态地球化学学科研究进展。     

影响珠江三角洲可持续城市化发展的若干环境地质问题

珠江三角洲经济区城市化进程迅猛。环境地质问题是快速城市化进程的“副产物”、泛都市化趋势下人-地-生相互关系失调的反映。对可持续城市化进程具有广泛影响的主要环境地质问题有软土区地面形变,海岸异常变迁衍生的港口、河道、口门淤积和城市洪涝,水土污染,水质性缺水,构造稳定性和隐伏岩溶塌陷,按成因类型可分为原生为主型、次生为主型、原生与次生结合型3类环境地质问题。可持续城市化的关键之一在于科学利用环境资源,降低环境地质问题的风险。鉴于城市化决策和实践忽视城市地学工作成果的应用和城市地学工作系统性不足,建议尽快系统地开展以环境地质为主体的城市地学工作。     

珠江三角洲经济区土壤碳储量及有机碳时空变化规律研究

土壤碳库是陆地碳库生态系统的主体,在全球碳平衡中具有重要的作用。通过开展珠江三角洲经济区多目标区域地球化学调查,获得了土壤全碳及有机碳数据,采用"单位土壤碳量"方法计算土壤碳储量,显示珠江三角洲经济区土壤有机碳总体分布:表层(0～0.2 m)土壤有机碳为9.71×107 t,碳密度为2271.34 t/km2;中层(0～1.0 m)土壤有机碳为3.71×108 t,碳密度为8666.05 t/km2;深层(0～1.8m)土壤有机碳为5.87×108 t,碳密度为13722.73 t/km2。对比其他地区,珠江三角洲土壤碳密度处于较低水平。分析了土壤、土地利用、地貌类型与成土母质对区域土壤碳库的影响程度,不同土壤单元有机碳储量分布特征。与第二次土壤普查比较,20年期间珠江三角洲表层土壤有机碳总体减少0.22×108 t,损失幅度达19.20%,仅惠州等地区有所增加。不同生态系统土壤有机碳减少程度不同。     

Dissolved trace elements in river water: spatial distribution and the influencing factor, a study for the Pearl River Delta Economic Zone, China

Twenty-nine water samples were collected from different river channels of the Pearl River Delta Economic Zone, China. An inductively coupled plasma-mass spectromonitor (ICP-MS) was used to measure concentrations of the trace elements in these samples. The results suggest that the average concentrations of rare earth elements in river water show an increasing trend from the West River, the North River, the rivers of the Pearl River Delta, and the Shenzhen River to the East River. Relatively high concentrations of heavy metals appear in the East River, the rivers of the Pearl River Delta and the Shenzhen River, while the West River and the North River have relatively low heavy metal concentrations. Trace element concentrations in samples collected near urban or industrial areas are much higher than those of samples collected from distant areas, away from urban and industrial areas. After natural conditions, human activities have significant influence on the trace element concentrations in river water. This trace element concentration’s spatial distribution in the river water from the Pearl River Delta Economic Zone is actually an integrated effect of natural conditions and human activity.     

珠江三角洲经济区河水中微量元素的空间分布

在珠江三角洲经济区采集了29个河水样品,利用高分辨率仪器ICP MS测量了河水中微量元素的含量。结果表明,河水中稀土元素的平均含量按西江、北江、珠三角河、深圳河、东江的顺序呈增加趋势;珠三角河及深圳河具有较高重金属含量,西江和北江中重金属含量相对较低,东江居中。经分析发现,珠江三角洲经济区河水中微量元素的空间分布特征是自然条件和人类活动共同作用的结果;自然环境对稀土元素的空间分布起主要作用;人类活动是影响重金属分布特征不可忽视的重要因素。     

Regional Ecological Risk Assessment of Soil Heavy Metals in Pearl River Delta Economic Zone Based on Different Land Uses

Based on the results of regional eco-geochemical survey in Pearl River Delta Economic Zone and the local land use patterns, two conventional risk assessment models are introduced to evaluate the ecological risk of eight heavy metals in the topsoil (0~20 cm) of Pearl River Delta. The spatial distribution characteristics of risk caused by metals in the region were characterized by GIS. Results show that As、Cd、Cu and Hg in the topsoil are the primary heavy metals posing risk to the Pearl River Delta while Cr and Zn are negligible. Meanwhile, 23.89% of soil samples have a hazard index of more than 1 which suggests that it is likely to cause chronic diseases in the region. The soils with high hazard index are mainly distributed in the Quaternary area. 37.22% of soil samples have a negligible chronic risk level, of which the spatial distribution is consistent with granite area. Moreover, the spatial distribution of carcinogenic risk is similar to chronic risk, where 25.68% of samples exceed the cancer risk index (1×10^-4) recommended by USEPA. Furthermore, the evaluation results presented at administrative units indicate that there are both higher chronic and cancer risk in Panyu and Nansha district where more attentions should be paid to.     

珠江三角洲平原区土壤Pb元素地球化学特征及其影响因素研究

以珠江三角洲平原为研究区域,对其7个区县102件水稻根系土样品进行土壤理化参数及Pb形态分析,探讨在第四系分布区土壤Pb全量及Pb活动态含量的特征及影响因素。结果表明:全部供试土壤样品中Pb元素平均含量为46.47mg/kg,略高于广东省土壤Pb含量背景值(36mg/kg),表现出一定的累积趋势。研究区自西北陆相沉积区至南部海陆交互相沉积区,元素含量增高。Pb元素主要以残渣态和铁锰氧化物形态赋存在土壤中,迁移能力弱。影响土壤Pb全量的因素主要有Al2O3、K2O、Tl、Mo;影响土壤Pb活动态的因素有Pb全量、pH、有机质、CEC、P、TFe2O3、Mn;其中,p H是控制Pb元素活动性的最主要因素。     

基于通量模型的珠江三角洲经济区土壤重金属地球化学累积预测预警研究

珠江三角洲经济区是中国最富庶的地区之一,人类生产、生活活动对环境影响突出。在区域尺度,基于普遍性、区域性输入—输出因素通量模型,估算了不同土地利用方式下土壤重金属的年净通量,进而开展土壤重金属地球化学环境预测预警。预警主要通过由土壤重金属空间分布与其概率空间分布相结合的概率克里金法模型获得的因子污染概率进行。预警因子浓度阈值取自土壤环境质量国标标准二级标准。分析显示,研究区水田土壤的生态地球化学环境重警因素主要来自Cd,Hg,Ni,Cr,旱地土壤重警因素主要来自Cd,Hg,Ni,园地土壤重警因素主要来自As,Cr和Ni。如果不改变现在的发展方式,到2025年,水田土壤生态地球化学环境重警区域有江门市的蓬江区、江海区、新会区、开平市、鹤山市,整个中山市,广州的南沙区、番禺区,肇庆市的鼎湖区、端州区、高要市,以及珠海的斗门区。旱地重警区域主要为广州的番禺、南沙,白云区、黄埔区、罗岗区及花都区,佛山的高明、南海、顺德、禅城区,肇庆的四会,中山的小揽、古镇、三角、东升,珠海的斗门、金湾等,以及江门的市区、新会市、开平市和台山市。园地重警区域有广州的南沙、番禺区、花都区,惠州惠东县的北部等,珠海的斗门、金湾和坦洲,佛山的顺德区、南海区、禅城区、三水区等地。     

Quantification and characterization of condensed organic matter in sediments from the Pearl River Delta and Estuary, South China

Nonhydrolyzable carbon （NHC） and black carbon （BC） were measured upon treatments with the HCl/HF/trifluoroacetic acid method, and with the combustion method at 375 ℃, respectively in three contaminated soils from the urban area of Guangzhou and twenty-two bulk and size-fractionated sediments from the Pearl River Delta and Estuary, China. The isolated NHC and BC fractions were also characterized using elementary analysis, radiocarbon accelerated mass spectroscopy （AMS）, solid state ^13C cross-polarization and magic angle spinning unclear magnetic resonance spectroscopy （^13C-CP/MAS NMR）, Fourier transformed infrared spectroscopy （FTIR）, and Raman microspectrometry. The results showed that the NHC and BC accounted for 25.6%-84.7 % and 4.14%-17.3%, respectively, of the total organic carbon （OC） with averages of 51.9% and 11.2% in the soils and sediments. For the less contaminated, low OC fiver and estuary sediments （WR and C08）, the OC and NHC concentrations increased with decreasing particle size.