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农业地质理论及其研究内容再探

文章阐述了农业地质的定义、基本理论及其基本任务，认为农业地质的涵义在社会经济服务中不断拓展。农业地质研究包括地质背景、矿物肥料和饲料、灾害地质、水文地质、生态环境保护、人居环境与健康、农业可持续发展等内容，涉及岩石圈、大气圈、水圈、生物圈和社会经济圈，具有基础性、公益性战略性和社会经济。并就研究途径和研究方法进行了探讨。

现代农业的发展主要依赖于农业地质背景和土壤营养、生物科学与生物工程技术。后者着重于研究和改良农业生产的内因（即动物和植物），一般通过基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技术改造生物体，获得优良性状的生物前者着重于研究和优化农业生产的外因，一般是通过优化土壤或营养液的常量组分（Ｃ、N、P、K等）和微量元素的比例，调控生物生长的光、热、气、水等条件，使之向绿色农业、精细农业、生态农业、有机农业等发展。
农业的形成和发展包括着由生物圈的形成、生物的生长繁殖和遗传变异到生物蛋白质、酶、细胞乃至DNA片段的科学认知过程。在这一历史进程中，始终贯穿着岩石与矿物的风化、土壤的形成、元素的迁移、生物的元素富集与分散、生物的分解与元素的生物再分配，进而不断地改变着地球的圈层构造，以及地壳的不同地层、不同层位的化学成分及物质的形式。农业生产的发展依赖于地质环境，但同时也在不断地但又深刻地改变着地质环境。
一、地质的涵义及其发展
农业地质是一门以地质学、地球化学、土壤学、植物营养学、生态学、生物工程学、环境工程学、管理学和信息技术等众多学科的理论为基础，以国土资源和生态地球化学调查结果为依据，以国家或行业颁布的有关质量标准、技术规范、工作细则为准绳，以现代分析测试手段、信息技术、综合评价与管理决策系统为支撑，并以国家或区域数字地图绘制和区域国土资源宏观决策为目标，以国土资源综合利用、农业产业结构优化、农产品产量质量和食品安全持续提高、生态环境动态监测为目的，以更加主动地和全面地为社会经济发展服务为宗旨的多学科交叉的边缘学科。
然而，随着农业地质的迅速发展，尤其是它的研究领域的不断扩大，关于农业地质的涵义也在不断变化。
上个世纪八十年代李正积（1986）在《农业地质背景系统概论》中提出了“农业地质背景即农、林、牧、副、渔业等密切相关的地质体和地质营力作用的特殊综合”。冯群耀（1991）在《大农业地质学》中提出了“大农业地质学是以地质学理论为基础，结合农林等学科相关理论，研究大农业相关问题的边缘学科”。两者都强调了农业地质背景、矿物岩石及其地球化学成分同农业的关系。然而到了上个世纪末期，成官文（1996）在《农业环境地质理论及其研究内容初探》中提出了“农业环境地质是一门研究农业地质环境及其环境中物质与能量在自然因素、人为因素作用下活化、迁移、转化的变化规律和伴随这种变化规律的生物效应，并通过人为作用和利用现代科学技术对农业地质环境实施时空优化、因素流动和物料平衡，使农业经济能持续发展、集约经营与科学管理的学科”。张宗祜（1997）提出了“农业生态地质是一门研究人—农业生产—地质环境整个系统的结构、功能及其相互作用的学科”。两者把农业地质的研究范围扩大到生态环境领域。农业地质发展的广阔前景和农业地质研究的社会功能被大大拓展。
近二十年来，随着农业化学、环境化学、生物化学、生物技术等学科的迅速发展，对于自然资源、地质环境、生态环境与农业生产、农产品质量关系研究也日益增多，使得人们认识到农业地质研究的社会功能。例如，浙江通过区域地球化学调查，发现萧山市北部土壤中有毒有害元素含量超标，不宜种植粮食和蔬菜，而南部地质背景良好，市政府据此改变工农业生产布局－北菜南移，北部发展花卉、苗木种植，部分土地作为工业用地等。农业地质研究的成果成为了农业产业调整和区域经济宏观决策的依据。尤其是信息技术的发展和对生态环境要求的提高，越来越多的科学家倾向认为，国土资源、农业生态环境、农产品质量等资料和信息是基础性、公益性和战略性的，农业地质研究需要把岩石圈、大气圈、水圈、生物圈和社会经济圈紧密结合起来。农业地质学科的主要内容已扩展到国土资源的利用、农业生产活动、农产品质量、农业生态环境保护、区域经济规划、食品安全、地方病防治、地质灾害防治、可持续发展等众多领域。
二、地质的基本理论
（一）农业地质环境与农业生态系统协同进化理论
地质环境条件、成土母质和土壤理化性状制约植物的生长，而植物在吸收物质和能量、同化自身的同时，不断破坏和改造地质环境。人类认识自然、适应自然和有意识的改造自然，也促进了生物积累，加速自然环境的变化。
（二）农业地质环境与社会经济系统彼此相互影响、协调发展理论
农业社会经济的发展和农业的三个结构层次（种植业结构、种植养殖业结构、农业产业结构）与农业地质条件密切相关，地形地质地貌特征、土壤类型及其地球化学特点、水文地质条件等决定了农业发展的模式。农业社会经济的发展促进了农业基础设施改善、基本投入增加、科技水平和人员素质提高，从而利于资源的合理开发和农业生态环境的保护。
（三）农业地质效益理论
农业地质研究具有社会效益、经济效益和生态环境效益，但它的综合效益大小取决于“三效益”的协调程度。农业地质研究具有整体性、系统性、层次性，具有区域性、地域性和局部性，具有动态性、可控性和可优化性，因此，农业地质研究的综合效益同宏观决策、产业结构调整等密切相关。
三、.农业地质的基本任务
（一）地质背景研究
以岩石学、地球化学、土壤学和农业化学理论为基础，通过研究地层、岩石、矿物、水文、地貌等环境地质背景因素，以及土壤类型和土壤地球化学条件、元素的背景与丰缺、土壤环境状况与环境容量，从而揭示地质体的风化、元素迁移、水分供需等与农业生产、农作物产量、农产品质量间的关系，弄清名优土特产的优势地质背景特征和劣势地质背景特征，以及不良地质背景（岩溶区、沙漠化和盐碱化区等）的控制性因素，使农业区域规划、主要农作物布局建立在较严格的地质背景系统研究基础上，从根本上把握作物生长的适宜性。农业地质背景资料的数字化研究能为改良土壤、科学配肥和培肥、优化农业地质背景和人造优势地质背景提供科学依据，并为区域农业产业布局、绿色食品基地建设、优势背景区效益农业的发展、生物环境质量评价、土壤污染防治、地方病防治提供指导。
（二）矿物肥料与饲料的农用作用机理和应用效果研究
包括研究矿物肥料和土壤改良剂农用过程中对土壤理化性状和化学作用的影响，对农作物的抗旱、抗寒、抗涝、抗病、抗倒伏和土壤的保水、保肥、保墒、供肥、通气、pH值、离子交换、可塑性等的影响；研究矿物饲料、饲料添加剂、净化剂对饲养动物的分泌系统、酶、消化吸收系统和新陈代谢的作用；研究药用矿物抑制与杀死病原体的作用机理和药用效果；研究药用载体对药物吸收、离子交换与释放、防潮等的作用机理。
（三）农业地质灾害防治研究
研究地质灾害的自然成因和发展规律；研究因地质灾害、生态环境灾害和不良的社会经济活动而诱发或导致的各种灾害（地面沉降、滑坡、泥石流、地下水位升降、水灾、旱灾等）、资源耗竭灾害（耕地减少、土壤侵蚀与水土流失、盐碱化和沙化；淡水缺乏；森林减少、物种灭绝）、环境污染灾害（酸雨大气污染、水污染与水体富营养化、土壤的重金属污染和难降解有机物污染）等，并从本质上认识灾害的社会经济成因及其形成、发展和运动规律，加强人类社会经济活动的管理，有效调控农业生态系统，预防各种灾害、灾害链、灾害群的发生，以减灾防灾。
（四）农业水文地质和工程地质研究
研究不同地质条件下的地下水的基本特征及其运动、分布规律，尤其是大型水利工程、矿山开采和大规模地下水开采造成地下水位抬升或迅速下降给农业带来的灾害。研究松散沉积物的水理性质（容水、持水、给水和透水性）、地下水的垂直分带（饱水带、包气带、过渡带、毛细带、蒸发带）及其规律，弄清农业给水排水对土壤理化性状的影响，解决北方干旱地区和盐碱地南方岩溶地区的科学灌溉问题。研究地下水和地下热水的分布规律和化学特征，科学开发地下水和地下热水资源；结合地质勘查，搞好水利工程的科学选址，预防水的渗漏造成大面积的地下水位上升和水浸田的形成。
（五）农业生态环境保护研究
通过国土资源调查，查明土地后备资源状况和质量，研究农业生态环境状况、水土流失情况与农业环境污染、农产品质量的关系；加强生态脆弱区的农业生态环境建设，根据不同的地质条件、不同的环境因子，确定适宜的农业生态工程技术和社会经济发展模式，对沙化和盐碱化土地、海水侵蚀区、岩溶区等进行农业综合治理；研究地球化学异常区，尤其是矿产开采区及其水系下游、重工业城市四周的土壤重金属污染与农产品的质量的关系，解决矿业开发带来的水污染问题，并搞好城市菜篮子工程的选址，科学使用城市周边不良地质背景的土地和已污染的土地。
（六）人居环境与健康的地球化学研究
研究地方病与岩石地球化学、土壤地球化学、水文地球化学、生物地球化学异常的关系，包括断裂地质构造、放射性矿产等带来的氡异常与肺癌高发区的关系；燃煤和产煤区的氟异常与氟中毒的关系；钙、镁异常区与大骨病的关系；低硒高铁与肠癌的关系等，弄清元素丰缺与食物链的传递规律，搞好人居环境建设和地方病的防治；研究优势背景区农产品中微量元素与自由基同人体健康、抗衰老的关系，优化与再造农业优势背景，开发富锌、富硒、富铁等保健、益智农产品，并指导城镇选址人口迁移、以及民族或群落的地学环境研究等。
（七）农业的可持续发展研究
包括区域资源综合开发与经济建设的重大问题研究、农业产业调整与效益农业发展、生态农业建设（包括绿色食品基地、菜篮子工程、反季节蔬菜基地、养殖业基地等）与生态旅游开发、农业地质区划和农业生态环境区划、区域数字化地图与宏观决策系统建设等。
（八）农业地质基础理论与工作方法研究
理论研究方面包括农业环境化学、土壤地球化学、生物地球化学、农业地质经济学、农业地质区划、农业地质环境评价体系（包括土地质量评价、种植适宜性评价、农田肥力评价等）、食品安全评价体系等；在农业地质工作方法方面有农业地质调查与专题研究的工作程序、地质调查范围和研究内容确定、区域工作布局、比例尺确定、地质调查布点、采样密度和深度、样品加工与保存、分析指标与分析方法、数据处理方法及数字化图件标准化等。
四、农业地质的研究方法
农业地质研究是一门跨学科的边缘学科。尽管相关学科领域的大量研究成果为本学科奠定了基础，但其研究的范围、程度、要求、方法不一，研究成果的服务对象和层次也各有区别，需要形成自己系统化的方法技术体系。
农业地质研究分为三个层面，①基础研究，包括农业地质背景、国土资源的生态地球化学、农产品产量和质量、农业社会经济现状、国土资源（含海洋、滩涂）的开发现状、区域地球化学和成矿区带地质地化等调查。②技术研究，包括调查方法与手段、质量保证体系与样品保存、评价体系与评价方法、评价模型与实验检验、专题研究与区域重大社会经济和产业结构问题调研等。③应用研究，将资料与信息转变成数字地图，提升资料的应用范围、应用水平、应用层次，包括资源开发、国土资源管理、土地资源评价与土地利用决策、农业区划与产业结构调整、主要经济作物和名优土特产发展布局、食品安全、沿海滩涂水产养殖、生态环境建设、农业生态修复、非点源污染防治、地方病防治、生态旅游开发、区域社会经济宏观决策和可持续发展等。
农业地质研究的范围十分广泛，包括基础地质、土壤地球化学、水文地质和水环境化学、农业生态环境、社会经济调查以及农业地质专题研究等，涉及从1：50万地质背景综合调查、1：25万区域性土壤地球化学调查、1：20万区域地球化学调查、1：5万重点异常区地球化学调查、1：5万重要城市（县、区）的生态环境调查、各种比例尺的遥感调查到局部的优势地质背景调查和专题研究等；农业地质研究的对象众多，包括岩石矿物、土壤、水体、生物、社会经济，并涉及到各学科、各行业的标准、规范、工作细则等；其研究的深度和广度不一，研究的目的、指标、标准甚至方法不一。因此，农业地质研究应该具有不同于地质学研究，但又必须能够与相关的交叉学科兼容的研究程序、工作方法、规范标准和评价体系。
（一）农业地质研究的工作程序
国内外农业地质研究的方法技术体系的调研、评价和筛选→前期农业地质研究成果的应用效果和经验→多层次、多比例尺、多应用目标、系列化的农业地质研究的方法技术体系和综合评价体系研究→典型代表区的试验研究与检验→农业地质研究的方法技术体系建立→农业地质研究→多层次、多比例尺、多应用目标农业地质评价体系建立→农业地质信息系统和国土资源的区域数字化地图建设→多目标农业地质成果的综合应用。
（二）多层次、多目标农业地质研究方法技术体系的衔接
区域地质背景资料、区域地球化学资料、区域社会经济资料和遥感解译资料收集→地质背景、地球化学、生态环境、社会经济研究（地理地貌、地质构造、地层岩石分布、土壤类型和理化特征、植被分布与水土流失、化肥农药使用情况、土地利用现状和农业收成、农业社会经济和工农业布局等）→专题研究与评价模型的检验（根据优势地质背景、劣势地质背景、不良地质背景的地质背景、土壤理化特征、水文特征、生物地球化学特征等确定主要农作物的种植适宜性，并建立相应的评价指标）→农业地质研究综合评价（种植适宜性评价、农田肥力评价、农业生态与环境质量评价、食品安全性评价、人居环境和健康评价）→信息技术处理与成果利用（农业可持续发展评价、国土资源综合利用规划、社会经济发展规划、农业产业调整等）→针对性专题研究与区域农业地质建设重大问题的解决。
（三）农业地质研究的一般研究方法
1．系统全面的野外生态地质地球化学调查。在区域地质、区域地球化学、区域水文地质、区域农业生态环境、区域社会经济、区域农作物生长与农产品产量和质量、区域人群健康状况等研究的基础上，对地表岩石、土壤、水体、农作物及其产品、社会经济等进行详细的观察研究、素描记录、摄影录像，注意收集反映农作物生长、农产品产量和质量的优劣；注意影响社会经济发展的主要地质地貌、地质背景、土壤理化性质、生态环境状况等特征标志。在研究优势、劣势地质背景时，要追索地层与构造的走向、研究环境重要元素或介质化学成分迁移运动的途径、生物地球化学特征以及气、水、热条件等。
2．应用精密灵敏的分析仪器和科学的测试、鉴定方法。确定岩石、土壤的结构和性质，获取岩石、土壤、水体、生物及其产品的元素含量、化学组分，为进一步研究生态环境因素和元素迁移对农业生产和人体健康的影响等提供依据。
3．模拟生物地球化学作用过程。进行农业环境化学和生物地球化学实验，是了解农业种植和养殖过程中生态环境条件和化学组分作用机制的重要途径；也是综合各门学科标准、规范、细则，建立适宜自身的科学化标准、规范、指标的最直接手段。
4．充分利用现代科学技术，尤其是“3Ｓ”技术（GIS、GPS、RS）的集成应用，提高农业地质研究成果的数字化程度和国土资源综合评价能力，提升农业地质研究成果的综合应用层次与水平。