农业地质调查评价方法初探.ppt

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1、农业地质调查评价方法初探 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望n n农业地质调查农业地质调查 通过调查，我们获得海量的多介质、多元素不同相态的地通过调查，我们获得海量的多介质、多元素不同相态的地球化学数据，因此，农业地质调查评价是球化学数据，因此，农业地质调查评价是以区域多目标地以区域多目标地以区域多目标地以区域多目标地球化学调查数据球化学调查数据球化学调查数据球化学调查数据为基础。为基础。n n农业地质调查评价方法研究农业地质调查评价方法研究 两点共识

2、：两点共识：n n评价目标：评价目标：追源追源追源追源迁移迁移迁移迁移转转转转化化化化生生生生态态态态效效效效应应应应预预预预警警警警n n评价思路：评价思路：总量总量总量总量 有效有效有效有效态态态态生生生生态态态态效效效效应应应应 一点分歧：一点分歧：评评评评价方法价方法价方法价方法农业地质调查评价工作回顾评价方法研究进展（1）n n第一阶段第一阶段 总量总量总量总量 有效有效有效有效态态态态生生生生态态态态效效效效应应应应 评评评评价指价指价指价指标标标标：八大元素：八大元素：八大元素：八大元素 评评评评价价价价标标标标准：准：准：准：9595标标标标准准准准 生生生生态态态态效效效效应

3、应应应：生物效：生物效：生物效：生物效应应应应，植物体内含量，植物体内含量，植物体内含量，植物体内含量n n存在存在存在存在问题问题问题问题 总总总总量量量量绝绝绝绝大部分以大部分以大部分以大部分以矿矿矿矿物物物物态态态态形式存在，不能被植物吸收形式存在，不能被植物吸收形式存在，不能被植物吸收形式存在，不能被植物吸收 地地地地质质质质背景与背景与背景与背景与评评评评价脱价脱价脱价脱节节节节评价方法研究进展（2）n n第二阶段第二阶段 总量总量总量总量 有效有效有效有效态态态态生生生生态态态态效效效效应应应应 评评评评价指价指价指价指标标标标：八大元素：八大元素：八大元素：八大元素 评评评评价价

4、价价标标标标准：准：准：准：9595标标标标准准准准 生生生生态态态态效效效效应应应应：生物效：生物效：生物效：生物效应应应应，植物体内含量，植物体内含量，植物体内含量，植物体内含量n n存在存在存在存在问题问题问题问题 有效有效有效有效态评态评态评态评价尚无价尚无价尚无价尚无标标标标准可循准可循准可循准可循 元素生物有效性元素生物有效性元素生物有效性元素生物有效性标标标标准制定困准制定困准制定困准制定困难难难难！多元素：多元素：多元素：多元素：单单单单元素元素元素元素标标标标准尚且困准尚且困准尚且困准尚且困难难难难，多元素复合影响更是，多元素复合影响更是，多元素复合影响更是，多元素复合影响更

5、是难难难难上上上上难难难难 尺度尺度尺度尺度问题问题问题问题：有效：有效：有效：有效态态态态（微（微（微（微观观观观）生生生生态态态态效效效效应应应应（宏（宏（宏（宏观观观观）有关评价问题的几点思考n n囿于环境评价思路囿于环境评价思路 偏重污染元素偏重污染元素 评价指标（八大元素）、评价标准（评价指标（八大元素）、评价标准（9595标准）标准）静态评价：地质背景与元素联系静态评价：地质背景与元素联系n n数据挖掘（数据挖掘（Data Mining)Data Mining)技术技术定和效应颗粒效应 有效态问题有效态问题 物源分析物源分析 地统计学应用地统计学应用n n可持续发展问题可持续发展问

6、题小结n n评价体系问题：评价体系问题：评价目标：生态效应评价目标：生态效应 评价指标：单元素评价指标：单元素&与多元素，元素组合与多元素，元素组合&特征元素特征元素 评价标准：参照体系的选择，地上部分，评价标准：参照体系的选择，地上部分，评价方法：评价方法：刻舟求剑刻舟求剑n n解决方案：解决方案：选择正确的参照体系，即地上部分地上选择正确的参照体系，即地上部分地上/地下对应地下对应 要针对具体问题进行评价，如化肥效率（姜司长讲话），种要针对具体问题进行评价，如化肥效率（姜司长讲话），种植结构调整（董总发言），而非泛泛而谈！植结构调整（董总发言），而非泛泛而谈！图谱评价方法初探 n n世上万

7、物皆由元素组成，植物必需营养元素在生物体内皆有其生物功能并构世上万物皆由元素组成，植物必需营养元素在生物体内皆有其生物功能并构成生命物质（如蛋白质、纤维等），由此可以推断，植物体内元素组成及成生命物质（如蛋白质、纤维等），由此可以推断，植物体内元素组成及其含量相对稳定的，其元素组成其含量相对稳定的，其元素组成(秩）是重要的生物学特征，这种元素组成秩）是重要的生物学特征，这种元素组成特征即植物元素图谱，不同植物种属及植物器官的植物元素图谱有所差异。特征即植物元素图谱，不同植物种属及植物器官的植物元素图谱有所差异。因此，植物元素图谱是土壤地球化学评价的天然标准，是种植结构调整的因此，植物元素图谱是

8、土壤地球化学评价的天然标准，是种植结构调整的依据。依据。n n植物元素图谱主要由其遗传特性所决定，土壤地球化学环境对植物元素图谱植物元素图谱主要由其遗传特性所决定，土壤地球化学环境对植物元素图谱影响不大，但影响其对植物非必需营养元素的吸收，从而影响作物生物量影响不大，但影响其对植物非必需营养元素的吸收，从而影响作物生物量及其农产品品质。土壤地球化学环境主要是指可供给态元素含量及其组成及其农产品品质。土壤地球化学环境主要是指可供给态元素含量及其组成（即有效态）。（即有效态）。n n因此，农业地质调查评价包括土壤地球化学环境及其作物体系，其中土壤是因此，农业地质调查评价包括土壤地球化学环境及其作物

9、体系，其中土壤是评价对象，而作物是评价的参照体系，植物元素图谱是评价标准。评价对象，而作物是评价的参照体系，植物元素图谱是评价标准。前人工作程度植物元素含量分布植物元素含量分布 营养元素植物可利用的形态在干物质中的含量百分率（%）ppm大量营养元素碳(C)氧(O)氢(H)氮(N)钾(K)钙(Ca)镁(Mg)磷(P)硫(S)CO2 O2,H2OH2ONO3-,NH+4 K+Ca2+Mg2+H2PO4-,HPO42-SO42-454561.51.00.50.20.20.1450,000450,00060,00015,00010,0005,0002,0002,0001,000微量营养元素氯(Cl)铁

10、(Fe)锰(Mn)硼(B)锌(Zn)铜(Cu)钼(Mo)Cl-Fe3+,Fe2+Mn2+BO33+,B4O72+Zn2+Cu2+,Cu+MoO42-0.010.010.0050.0020.0020.00060.0000110010050202060.1小麦样品中微量元素最高的为磷、钾和镁,其次为钙、铁、锌、锰、铜和钼。n n测定了稻草秆、小麦秆、玉米秆、棉花秆、大豆秆、玉米芯、花生壳和柳树、松树、桦树、测定了稻草秆、小麦秆、玉米秆、棉花秆、大豆秆、玉米芯、花生壳和柳树、松树、桦树、杨树、杉树杨树、杉树1212个个农业生物质和林业生物质种类农业生物质和林业生物质种类2727个个样品中主要元素样品

11、中主要元素K K、CaCa、NaNa、MgMg、AlAl、FeFe、P P和痕量元素和痕量元素AsAs、CrCr、CoCo、CuCu、CdCd、MnMn、MoMo、NiNi、PbPb、T T、ZnZn、V V、SiSi、BaBa、BeBe、SeSe、SbSb、GeGe、HgHg的含量的含量,并用并用SPSSSPSS聚类分析法分别进行了聚类分析法分别进行了R R型和型和Q Q型聚类研究型聚类研究,对这些元素在生物质中的分对这些元素在生物质中的分布特征进行了研究布特征进行了研究.n n结果显示结果显示:杨木、杉木和桦木与松木和柳木杨木、杉木和桦木与松木和柳木杨木、杉木和桦木与松木和柳木杨木、杉木和

12、桦木与松木和柳木归成一大类归成一大类,经济类作物经济类作物黄豆秆和棉花秆黄豆秆和棉花秆分别归分别归类后又归入一大类类后又归入一大类;农业生物质农业生物质稻草秆和小麦秆、玉米秆稻草秆和小麦秆、玉米秆稻草秆和小麦秆、玉米秆稻草秆和小麦秆、玉米秆被归入一类被归入一类;n n虽然虽然2727种生物质样品分别取自我国东北、华东、华北和西南地区种生物质样品分别取自我国东北、华东、华北和西南地区,在地理位置上相距极远在地理位置上相距极远,但样品聚类谱系图表明但样品聚类谱系图表明,元素的分布特征与生物质的种类的关系显著元素的分布特征与生物质的种类的关系显著元素的分布特征与生物质的种类的关系显著元素的分布特征与

13、生物质的种类的关系显著,与产地的关系不明显与产地的关系不明显与产地的关系不明显与产地的关系不明显,即元素的分布特征受种类的影响大即元素的分布特征受种类的影响大,而受生长环境、气候、土壤条件的影响小而受生长环境、气候、土壤条件的影响小生物质中元素分布特征的聚类分析研究廖翠萍颜涌捷廖翠萍颜涌捷吴创之吴创之（华东理工大学资源与环境工程学院）华东理工大学资源与环境工程学院）n n不同产地同一品种稻米品质与不同品种稻米品质存在明显差异不同产地同一品种稻米品质与不同品种稻米品质存在明显差异;江永香米的江永香米的Zn,Mn,CrZn,Mn,Cr含量均比普通稻米及香稻含量均比普通稻米及香稻80-6680-66

14、的含量高的含量高,香稻香稻80-6680-66香米中香米中ZnZn含含量也较普通稻米高。香米产地香米香味长期不退化量也较普通稻米高。香米产地香米香味长期不退化,可能与灌溉水中可能与灌溉水中ZnZn元素元素含量较高有关。含量较高有关。辽宁农作物的生物地球化学分类 商翎寒颖王娜商翎寒颖王娜(辽宁地质矿产研究院辽宁地质矿产研究院,沈阳沈阳110032)110032)n n根据根据.维诺格拉多夫的维诺格拉多夫的动植物体化学组成分类方法动植物体化学组成分类方法动植物体化学组成分类方法动植物体化学组成分类方法,对辽宁省对辽宁省4545种农作物种农作物及其立地土壤中的及其立地土壤中的5252种化学元素进行了

15、定量分析测试后种化学元素进行了定量分析测试后,采用双指标法将采用双指标法将元素元素的含量与生物吸收系数的含量与生物吸收系数各分成三个数值段各分成三个数值段,从而将辽宁主要农作物化学元素划从而将辽宁主要农作物化学元素划分成最富集元素、富集元素、贫乏元素及最贫乏元素分成最富集元素、富集元素、贫乏元素及最贫乏元素4 4种类型种类型,并作出农作物并作出农作物化学元素分类表化学元素分类表,然后再将其转变成农作物生物地球化学分类表。然后再将其转变成农作物生物地球化学分类表。n n（辽宁地质，（辽宁地质，19981998年年9 9月，月，本文根据原地质矿产部本文根据原地质矿产部“八五八五”农业地质项目辽农业

16、地质项目辽宁省农业地球化学区划及应用研究宁省农业地球化学区划及应用研究(8509012)(8509012)及辽宁省科学技术委员会及辽宁省科学技术委员会“八八五五”农业地质项目农业地质项目(91106011)(91106011)撰写撰写.图谱评价方法初探 n n茶叶茶叶n n竹笋竹笋茶叶元素茶叶元素序列 R土壤元素系列（茶叶-土壤）元素系列差 茶园土壤元素丰缺程度土壤丰缺N18-7 CuCu-11 K23-1 As-8 P310-7 N N-7 Ca47-3 P P-7 Mg55 0 B B-7 Al61 5 Co-5 Mn79-2 Sn-5 Fe82 6 SeSe-5 Na96 3 Cd-5

17、Rb1014-4 Rb-4 Zn1115-4 ZnZn-4 F1212 0 CaCa-3 Ba1311 2 PbPb-3 B1421-7 MoMo-3 Cu1526-11 Sb-3 Ti164 12 MnMn-2 Ni1719-2 Ni-2 Sr1818 0 Ag-2 V1913 6 K K-1 Cr2017 3 W-1 Pb2124-3 Tl-1 Co2227-5 MgMg0 As2331-8 F0 Li2420 4 Sr0 Sn2530-5 Sc0 Ce2616 10 Bi0 La2722 5 Hg0 Y2823 5 Ba2 Sc2929 0 NaNa3 Nb3025 5 Cr3 Mo31

18、34-3 Be3 Se3237-5 Li4 Sb3336-3 Al5 W3435-1 La5 Cd3540-5 Y5 Be3633 3 Nb5 Tl3738-1 FeFe6 Th3828 10 V6 Bi3939 0 Ce10 Ag4042-2 Th10 Hg4141 0 U10 U4232 10 Ti12 竹笋元素笋 R叶 R竹叶元素（笋-叶）元素秩差（竹叶-竹土）元素秩差竹土丰缺度N11NCs-8 Cd-11 K22KRb-4 Sb-10 P36PSb-4 MoMo-10 Ca43CaTh-4 As-8 Mg54MgP P-3 N-7 Fe65FeU-3 P-7 Na78NaNb-2 Cu

19、-6 Al87AlSc-2 Ni-4 Mn99MnPr-2 Bi-4 Rb1014RbNaNa-1 Sr-3 Zn1112ZnZnZn-1 Hg-3 Sr1213SrSr-1 Mn-2 Ba1310BaAs-1 Rb-2 Ti1411TiCr-1 Zn-2 Cu1515CuNi-1 K-1 As1617AsSm-1 Ca-1 Cr1718CrTa-1 Co-1 Ni1819NiYb-1 W-1 Pb1916PbN0 Se-1 Sb2024SbK0 Pb0 Ce2120CeMn0 MgMg1 Li2222LiCu0 NaNa1 Mo2323MoLi0 Cr1 La2421LaMo0 Tl1 Cs

20、2533CsCo0 Sc3 Co2626CoCd0 FeFe4 Cd2727CdY0 Ba4 Nd2825NdHg0 Li4 Nb2931NbBe0 Nb4 Y3030YEu0 Th4 Th3135ThHo0 U6 Sc3234ScTb0 Be6 W3332WLu0 Al7 Pr3436PrTm0 Ti7 Bi3528BiCaCa1 Ce7 Se3629SeMgMg1 La7 Sm3738SmFeFe1 Y8 Gd3837GdAl1 Yb9 U3942UCe1 Hg4040HgW1 Dy4139DyGd1 Ta4243TaEr1 Tl4341TlDy2 Be4444BeTl2 Yb4546Yb

21、Ba3 Er4645ErTi3 Eu4747EuPb3 Ho4848HoLa3 Tb4949TbNd3 Lu5050LuBi7 Tm5151TmSe7 进一步工作 n n在调查在调查多种多种作物作物5252种元素或更多元素组成基础上，应种元素或更多元素组成基础上，应用多元统计方法研究作物元素组成特征及其影响因素，用多元统计方法研究作物元素组成特征及其影响因素，建立不同作物建立不同作物元素图谱元素图谱元素图谱元素图谱及其评价标准。及其评价标准。n n根据不同土壤地球化学根据不同土壤地球化学元素风化速率元素风化速率，建立，建立土壤地球化土壤地球化学学元素图谱元素图谱元素图谱元素图谱。n n图谱评价

22、方法应用：图谱评价方法应用：评价土壤养分及微量元素丰缺状况评价土壤养分及微量元素丰缺状况 制定土壤质量评价地方标准制定土壤质量评价地方标准 提出种植结构调整建议提出种植结构调整建议土壤风化评价方法研究进展（3）n n第三阶段第三阶段 总总总总量量量量 原生地球化学原生地球化学原生地球化学原生地球化学环环环环境境境境生生生生态态态态效效效效应应应应 n n原生地球化学原生地球化学原生地球化学原生地球化学环环环环境：是所有元素生物有效境：是所有元素生物有效境：是所有元素生物有效境：是所有元素生物有效态态态态的的的的总总总总和（水溶和（水溶和（水溶和（水溶态态态态），是），是），是），是农业农业农业

23、农业地地地地质环质环质环质环境（土壤物理、境（土壤物理、境（土壤物理、境（土壤物理、土壤化学、水土壤化学、水土壤化学、水土壤化学、水环环环环境等）的境等）的境等）的境等）的综综综综合反映合反映合反映合反映 创创创创新点：新点：新点：新点：n n解决解决解决解决评评评评价中尺度价中尺度价中尺度价中尺度问题问题问题问题：原生地球化学：原生地球化学：原生地球化学：原生地球化学环环环环境是宏境是宏境是宏境是宏观观观观的概念，使得的概念，使得的概念，使得的概念，使得总总总总量量量量 原生地球化学原生地球化学原生地球化学原生地球化学环环环环境境境境生生生生态态态态效效效效应应应应 都在相同尺度范都在相同尺

24、度范都在相同尺度范都在相同尺度范围围围围内；内；内；内；n n把微把微把微把微观观观观的土壤地球化学的土壤地球化学的土壤地球化学的土壤地球化学过过过过程与宏程与宏程与宏程与宏观观观观的地的地的地的地质环质环质环质环境境境境联联联联系起来系起来系起来系起来n n解决多元素解决多元素解决多元素解决多元素评评评评价价价价问题问题问题问题：不限于：不限于：不限于：不限于单单单单元素元素元素元素评评评评价，可以任意多个元素价，可以任意多个元素价，可以任意多个元素价，可以任意多个元素n n避免了土壤元素形避免了土壤元素形避免了土壤元素形避免了土壤元素形态转态转态转态转化的复化的复化的复化的复杂问题杂问题杂

25、问题杂问题；走出死胡同；走出死胡同；走出死胡同；走出死胡同n n存在存在存在存在问题问题问题问题 土壤溶液采集土壤溶液采集土壤溶液采集土壤溶液采集问题问题问题问题 土壤溶液中微量元素含量极低，当前土壤溶液中微量元素含量极低，当前土壤溶液中微量元素含量极低，当前土壤溶液中微量元素含量极低，当前测试测试测试测试技技技技术术术术，很，很，很，很难难难难直接直接直接直接测测测测定定定定 原生地球化学原生地球化学原生地球化学原生地球化学环环环环境境境境调查调查调查调查工作量仍然很大工作量仍然很大工作量仍然很大工作量仍然很大 仍然上静仍然上静仍然上静仍然上静态评态评态评态评价价价价评价方法研究进展（4）总

26、总总总量量量量 土壤土壤土壤土壤风风风风化系数化系数化系数化系数原生地球化学原生地球化学原生地球化学原生地球化学环环环环境境境境生生生生态态态态效效效效应应应应 n n土壤土壤土壤土壤风风风风化系数：是地化系数：是地化系数：是地化系数：是地质质质质地理、土壤母岩母地理、土壤母岩母地理、土壤母岩母地理、土壤母岩母质质质质、气候条件、水、气候条件、水、气候条件、水、气候条件、水环环环环境和生物境和生物境和生物境和生物环环环环境的境的境的境的综综综综合反映，同合反映，同合反映，同合反映，同时时时时是元素地球化学循是元素地球化学循是元素地球化学循是元素地球化学循环环环环的根本的根本的根本的根本动动动动

27、力，也是原生地球力，也是原生地球力，也是原生地球力，也是原生地球化学化学化学化学环环环环境（有效境（有效境（有效境（有效态态态态）的源泉；）的源泉；）的源泉；）的源泉；引入土壤引入土壤引入土壤引入土壤风风风风化系数有以下化系数有以下化系数有以下化系数有以下优势优势优势优势：n n风风风风化系数是循化系数是循化系数是循化系数是循环变环变环变环变量，使得量，使得量，使得量，使得动态评动态评动态评动态评价价价价变变变变得可能；得可能；得可能；得可能；n n理理理理论论论论推算和模型推算和模型推算和模型推算和模型计计计计算，大大减算，大大减算，大大减算，大大减轻调查轻调查轻调查轻调查工作量；工作量；工

28、作量；工作量；n n计计计计算方法与算方法与算方法与算方法与调查调查调查调查相相相相结结结结合，可以弥合，可以弥合，可以弥合，可以弥补补补补采采采采样样样样和分析和分析和分析和分析测试测试测试测试技技技技术术术术缺憾缺憾缺憾缺憾土壤风化的重要性n n化学风化是土壤中无机营养物质的重要来源，而这些营养物质最化学风化是土壤中无机营养物质的重要来源，而这些营养物质最终被植物利用并参与生态系统的物质循环。终被植物利用并参与生态系统的物质循环。n n土壤的化学风化是生态系统唯一的长期碱度来源，以缓冲土壤和土壤的化学风化是生态系统唯一的长期碱度来源，以缓冲土壤和地表水的酸化。地表水的酸化。n n化学风化在

29、物质的地球化学循环，特别是碳的循环中起到极其重化学风化在物质的地球化学循环，特别是碳的循环中起到极其重要的作用，因而对全球气候变化产生深远的影响。要的作用，因而对全球气候变化产生深远的影响。土壤风化：土壤风化过程包括物理风化和土壤风化：土壤风化过程包括物理风化和化学风化，我们主要关注化学风化。所谓化学风化，我们主要关注化学风化。所谓化学风化，就是化学风化，就是土壤中的矿物在土壤溶液土壤中的矿物在土壤溶液的作用下分解并释放出盐基阳离子的过程的作用下分解并释放出盐基阳离子的过程。土壤风化速率Surface Area and Surface Area and Weathering Weatherin

30、g 土壤风化影响因素Soil HorizonsA horizonB horizonC horizonA horizon:where most roots are,most weathered,lots of organic matterB horizon:material leaches down from AC horizon:weathered parent material,i.e.broken down bedrock土壤风化影响因素G实际观测实际观测质量损失法流域衡算法模拟淋溶实验G理论计算理论计算风化速率理论经验方法确定土壤风化速率的方法化学风化速率理论化学风化速率理论确定土壤风化

31、速率的方法矿物的化学溶解反应矿物的化学溶解反应矿物的化学溶解反应矿物的化学溶解反应G G矿物与氢离子的反应矿物与氢离子的反应G G矿物与水的反应矿物与水的反应G G矿物同氢氧根离子的反应矿物同氢氧根离子的反应G G矿物与二氧化碳的反应矿物与二氧化碳的反应G G矿物与有机酸的反应矿物与有机酸的反应确定土壤风化速率的方法确定土壤风化速率的方法PROFILEPROFILE模型计算土壤风化速率的输入参数模型计算土壤风化速率的输入参数模型计算土壤风化速率的输入参数模型计算土壤风化速率的输入参数G G土壤颗粒的比表面积土壤颗粒的比表面积G G土壤温度和湿饱和度土壤温度和湿饱和度G G土壤的矿物组成土壤的矿

32、物组成G G土壤的其它物理性质（容重和厚度等）土壤的其它物理性质（容重和厚度等）G G其它参数（包括沉降、植被参数等）其它参数（包括沉降、植被参数等）确定土壤风化速率的方法土壤的矿物组成土壤的矿物组成土壤的矿物组成土壤的矿物组成G G利用利用X X射线衍射法（射线衍射法（XRDXRD）分析测定）分析测定G G根据土壤的元素组成估算根据土壤的元素组成估算 UPPSALAUPPSALA模模型型一一种种用用土土壤壤的的全全量量分分析析结结果果构构造造土土壤壤矿矿物物组组成的标准回归模型成的标准回归模型确定土壤风化速率的方法确定土壤风化速率的方法确定土壤风化速率的方法-UPPSALA模型模型确定土壤风化速率的方法确定土壤风化速率的方法-UPPSALA模型模型经验方法（经验方法（1）适用于瑞典的灰化土适用于瑞典的灰化土适用于瑞典的灰化土适用于瑞典的灰化土确定土壤风化速率的方法经验方法（经验方法（2）适用于花岗岩形成的土适用于花岗岩形成的土适用于花岗岩形成的土适用于花岗岩形成的土壤壤壤壤发展适合中国土壤的经验公式！发展适合中国土壤的经验公式！工作流程图 物源土壤元素总量原生地球化学类型生态效应土壤风化系土壤风化系数数植物吸收过程土壤颗粒分级n特别感谢浙江省地质调查院提供条件致谢谢谢大家 ！