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    我国是海洋大国,海域辽阔,海岛众多。随着经济社会的快速发展和对自然资源需求的加剧,海洋生态环境尤其海岛生态环境问题,日益成为公众和政府关注的重大问题。海岛地区人民群众对优质生态产品和优良生活环境的需求日趋迫切。

    2017年印发的《关于海域、无居民海岛有偿使用的意见》明确提出,开展生态美、生活美、生产美的“和美海岛”建设。2021年6月,经全国评比达标表彰协调小组办公室批准,“和美海岛”被列为国家级创建示范活动,由自然资源部组织实施。2022年5月,自然资源部办公厅印发《关于开展和美海岛创建示范工作的通知》,标志着“和美海岛”示范创建工作正式启动。2023年6月,自然资源部公布了首批“和美海岛”名单,共有33个海岛入选。

    我国为什么开展“和美海岛”创建示范工作?“和美海岛”创建示范的重点任务和目标是什么?首批“和美海岛”有哪些特点?记者就此采访了自然资源部海域海岛管理司副司长樊祥国。

    “人岛和谐”的积极探索

    记者:开展“和美海岛”创建示范工作的背景是什么?

    樊祥国:根据全国海域海岛地名普查结果,我国共有海岛11000余个,其中有居民海岛480多个。这些海岛在壮大海洋经济、拓展发展空间、保护海洋环境、维护生态平衡和国家海洋权益、保障国防安全等方面扮演着重要角色。然而多数海岛面积相对狭小,生态系统脆弱,一旦遭到破坏难以恢复,且海岛地区经济社会发展形态模式与陆地不同,地区经济发展不平衡、不充分的问题更为突出。因此,加强海岛的生态保护、促进海岛地区经济高质量发展,探索“人岛和谐”可持续发展之路显得格外重要和迫切。在此背景下,经全国评比达标表彰协调小组办公室批准,自然资源部在全国启动了“和美海岛”创建示范工作。

    “和美海岛”是指“生态美、生活美、生产美”的海岛。而基于海岛“小”和“脆弱”的固有特征考虑,海岛发展中要求始终坚持生态保护优先,要将经济活动、人类行为限定在海岛生态环境能够承受的范围之内,坚持人与自然和谐共生,以“和”至“美”。从这个意义上讲,“和美海岛”创建的本质是对人岛关系的理性调适,其目的是在保障生态系统健康的基础上,促进海岛保护利用综合效率和效益,形成岛绿、滩净、水清、物丰的“和美”新格局。

    评价指标体系特色鲜明

    记者:“和美海岛”创建示范工作考评有哪些特点?

    樊祥国:为确保“和美海岛”创建示范工作考评的科学合理、客观公正、公开公平,规范统一评选标准,我们组织国家海洋信息中心和自然资源部海岛研究中心在大量调查研究的基础上,经意见征求和反复验证形成了《和美海岛评价指标》,作为“和美海岛”创建示范工作成效评价的“标尺”和海岛高质量发展的“方向灯”。《和美海岛评价指标》紧紧围绕“生态美、生活美、生产美”的“和美海岛”内涵,设置了包括生态保护修复、资源节约集约利用、人居环境改善、绿色低碳发展、特色经济发展、文化建设和制度建设等7个方面的36项指标。总体来看有三大特点:

    一是坚持生态优先。海岛兼具海洋和陆地生态环境特征,是山水林田湖草沙系统化治理的天然试验场。同时,海岛生态系统十分脆弱,统计资料显示,世界上90%的爬行类、两栖类及50%的哺乳类灭绝皆发生于海岛地区。因此,我们考虑“和美海岛”创建必须坚持生态优先,并设置了植被覆盖率、自然岸线保有率、野生动植物保护效果等7项生态保护修复相关指标,为海岛“生态美”保驾护航。

    二是坚持以人民为中心。碧海蓝天、干净整洁的岛容岛貌、安全的饮用水、可靠的电力通信、便捷的交通、完备的防灾减灾设施是“生活美”的必要条件。2017年海岛统计调查公报显示,我国大陆300多个村级及以下海岛污染物还没有得到有效处置,还有近10%的有居民海岛没有电力供应,大部分海岛防灾减灾能力明显不足。针对现存问题,指标体系设置坚持以人民为中心的发展思想,围绕人民生活最关切的方面,在海岛空气、水、电、交通、防灾减灾等方面进行考核和创建引导,设置了9项指标,着力引导海岛地区人居环境改善。

    三是坚持绿色发展。海岛面积相对狭小、资源有限,实施全面节约战略、绿色低碳发展至关重要。因此在指标设置中,重点设置了资源节约集约利用、绿色低碳发展、特色经济发展等12项指标,引导海岛地区坚决贯彻“绿水青山就是金山银山”的理念,推动生态产品价值实现,打造“生产美”的绿色新样板。

    打造海岛高质量发展典范

    记者:“和美海岛”是如何产生的?这些海岛有哪些特点?

    樊祥国:自2022年印发《关于开展和美海岛创建示范工作的通知》以来,各地依据相关要求开展创建工作。创建单元为单个海岛或岛群,以有居民海岛为主,兼顾少量已开发利用的无居民海岛。

    根据工作安排,2023年初,自然资源部组织各地进行了网上申报。全国共有64个海岛报送了申报材料,经各省自然资源主管部门组织初审,向自然资源部择优推荐海岛52个。4月,自然资源部组织专家对申报材料进行了初审,随后又进行了现场核查。通过最终评审,在符合入围条件的50个海岛中,共有33个海岛考评结果优秀,经社会公示后,获得“和美海岛”称号。

    为推动“和美海岛”创建示范工作取得实效,确保评审结果的准确、客观、公正,我们制定了“材料审查—现场核查—专家评审”的评审机制。其中,材料审查方面,建立了“市—省—国家”三级审查,逐级对各岛的申报材料严格审核,提出审查意见400余条,并反馈各地补充、修改和完善。同时还配套建设了信息化考评系统,全面采用信息化申报、网上材料审核的方式,进一步确保评审的公平公正。现场核查方面,组建了由专家带队的核查小组,逐岛逐项指标进行现场核验和评估打分。专家评审方面,邀请来自高校、科研院所和部直属单位的权威专家,涵盖了资源管理、海洋经济、生态保护、人文地理等相关领域,全面保障创建示范评审结果的科学权威、客观公正。

    通过近一年的创建评审,各地按照创建示范要求,扎实开展工作,取得了积极成效。经专家初步审核,本次初评结果与去年摸底测评相比有了明显变化,大家知道了海岛发展应该坚持什么理念,重点保护什么,海岛管理应该朝着什么方向发展,每个海岛的特色和优势资源是什么。最终创建的“和美海岛”不是千篇一律的,而是各具特色,有自己的产业和文化特色,不仅要生态美,还要生产美和生活美;不仅强调物质文明,还要精神文明与生态保护同步协调发展,成为海岛地区高质量发展的典范。

    推动海岛地区绿色低碳发展

    记者:“和美海岛”创建示范的目标和重点任务是什么?

    樊祥国:“和美海岛”创建示范的目标是建设一批“生态美、生活美、生产美”的“和美海岛”,促进海岛地区生态环境明显改善,人居环境和公共服务水平明显提升,居民收入显著提高,特色产业和绿色发展方式优势凸显,公众海岛保护意识普遍增强,推动海岛地区实现绿色低碳发展,促进资源节约集约利用,形成岛绿、滩净、水清、物丰的人岛和谐“和美”新格局。

    围绕上述目标,主要开展4项重点任务:一是加强海岛生态系统保护修复。通过严控围填海、退围还海还湿、保护修复自然岸线和滨海湿地、增殖放流等,恢复、修复红树林、海草床、芦苇、碱蓬等水生植物,加强鱼类、鸟类等生物及其栖息环境的系统保护与恢复、修复,保护海岛生物多样性,加强海岛生态系统稳定性,提升海岛生态系统服务功能。鼓励对红树林、海草床、盐沼等蓝碳生态系统开展固碳增汇相关工作的探索和实践。

    二是改善海岛人居环境质量。加强基础设施建设,完善岛内道路、给排水、供电、通信等各项设施建设;改善对外交通条件,提升桥梁、轮渡码头等交通设施建设;提高抵抗风暴潮、海岸侵蚀等灾害的能力,综合提升海岛公共服务水平;加强岸滩垃圾污染治理,减少岸滩和海漂垃圾,提升海水优良水质比例,高品质打造公众亲海空间。

    三是推动形成人岛和谐共生的发展格局。坚持生态优先、绿色发展的生产生活方式,协调平衡生态空间与利用空间,实施开发强度管控,降低岛陆建设用地强度,增加海岛资源利用产出,提高海岛利用效率,提升海岛资源节约集约利用水平;不断发挥海岛生态系统服务功能,提供优质生态产品,创造高品质物质和精神财富,推动海岛地区高质量发展。

    四是强化对海岛生态保护和开发利用的监测与评估。开展对海岛生态、生活、生产要素的定期监测、社会问卷调查和经济统计分析,全面评估“和美海岛”建设的生态、社会和经济效益。加强“和美海岛”建设与运行的监督管理,对入选“和美海岛”进行抽查,发现问题及时督促整改,形成“和美海岛”建设的长效机制。

    接下来,将积极发挥“和美海岛”的示范引领作用,以加强生态保护、改善人居环境、增加岛民幸福感为重点,以提升海岛综合治理能力为落脚点,紧紧围绕“生态美、生活美、生产美”的创建主线,坚持一岛一品,实施有关任务和工程措施,形成保持“和美”的长效机制,持续满足人民群众对优美生态环境与美好生活的需要。

    广东珠海东澳岛
     
    以“和”至“美” ——自然资源部有关司局负责人解读...

    9月25日上午,美国国家地理一行25人参观了自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所桂林毛村岩溶碳循环与碳汇野外基地,重点考察了山湾岩溶峰丛洼地与非岩溶中低山地貌、背地坪岩溶生态系统及背地坪岩溶泉等几处。

    首先,岩溶所曹建华研究员给参观者讲述了岩溶地区碳迁移的故事,从土壤有机质到土壤呼吸,土壤二氧化碳到岩溶作用吸收二氧化碳并转变成溶解无机碳,再到水生植物光合作用利用无机碳合成有机碳,为他们打开了认识岩溶碳循环规律新的大门。随后,一行人考察了三湾岩溶峰丛洼地与非岩溶中低山地貌,了解了如何初步识别南方湿润亚热带气候区岩溶地貌以及形成的机制。紧接着,来到背地坪岩溶林地,了解了与地带性红壤相比,岩溶生态系统中土壤具有富钙偏碱的特点。最后,考察了背地坪岩溶泉,指出岩溶水高溶解无机碳浓度是碳酸盐岩快速溶解的证据。

    双方还就岩溶和非岩溶地区土壤的形成及对植物的影响,碳交易等问题展开了交流讨论。

     

     

     
    美国国家地理一行参观岩溶所毛村野外基地

    章程,男,52岁,博士,专业技术三级,岩溶所岩溶动力学与全球环境变化室主任。专业方向:岩溶水文地质

    解决资源环境问题或基础地质问题情况:

    首次发现岩溶区地表水体中存在高含量惰性有机碳,14C等分析岩溶作用形成的碳汇在百年尺度上是稳定的。发现西南岩溶区水生植物光合作用产生的碳钙原位沉降是一种真正意义上的碳汇,产生比温带岩溶区高多倍的碳汇量,固碳潜力更大,指出河流生物地球化学过程是岩溶碳循环的重要组成部分。揭示植被演替或恢复可促进岩溶作用,即石漠化治理可增加岩溶碳汇,从灌丛到次生林地再到原始林地,由岩溶作用产生的碳汇可增加2到8倍,研发碳酸类(弱酸)离子自动化连续监测技术方法,为碳汇量估算精度提高与梳理人为干预实现增汇途径奠定技术方法支撑。 

    实现转化应用和有效服务情况:

    主持完成部行业专项项目“我国典型岩溶动力系统碳汇动态监测与评价”,在碳汇监测与评价方法改进等方面获得突破,研发的水体土壤二氧化碳高分辨率在线捕捉技术在“应对全球气候变化地质调查综合研究”等项目中得到应用,证实了岩溶碳汇的稳定性以及人工增汇的可能。主持完成IGCP598“环境变化与岩溶系统可持续性”项目,推广岩溶碳循环监测新方法,将建设碳汇监测站的技术手段推广到“一带一路”岩溶区,建立泰国热带岩溶碳汇国际监测站、洞穴和土壤碳循环监测点。 

    促进科学理论创新和技术方法进步情况:

    开展岩溶碳汇的稳定性研究,研发了一系列高精度的在线监测仪器设备,包括便携式水中二氧化碳分压测试技术、便携式水陆两用温室气体采集设备、土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法、洞穴滴水的水文水化学自动监测以及取样装置、洞穴二氧化碳浓度与温湿度连续自动监测技术等。相关监测技术方法已获国家发明专利2项,实用新型专利3项,推动了岩溶碳汇研究技术方法的进步。 

    促进人才成长和团队建设情况:

    开展岩溶碳汇的稳定性研究,研发了一系列高精度的在线监测仪器设备,包括便携式水中二氧化碳分压测试技术、便携式水陆两用温室气体采集设备、土壤二氧化碳浓度的监测装置及监测方法、洞穴滴水的水文水化学自动监测以及取样装置、洞穴二氧化碳浓度与温湿度连续自动监测技术等。相关监测技术方法已获国家发明专利2项,实用新型专利3项,推动了岩溶碳汇研究技术方法的进步。 

    章 程

    近日,从国家知识产权局获悉,中国地质调查局岩溶地质研究所曹建华研究团队申请“一种实时在线监测水生植物岩溶碳汇效应的方法”获国家发明专利授权,专利号:201610710672.0。

    本发明公开了一种实时在线监测水生植物岩溶碳汇效应的新方法,属于水生植物岩溶碳汇效应监测技术领域,首次建立了以溶解氧监测为主的岩溶水生生态系统水生植物碳汇效应的新方法,开拓了水生植物岩溶碳汇研究领域的新思路,推动了岩溶生态系统碳循环研究的发展。针对水生植物光合作用的特点,通过对光合作用密切相关的溶解氧为监测指标,利用光合作用方程式,计算水生植物光合作用对岩溶水体中无机碳的固定量,实现对水生植物岩溶碳汇效应的准确、实时在线监测。

    岩溶所“一种实时在线监测水生植物岩溶碳汇效应的方法”获国...

    2018年1月27日,中国地质调查局岩溶地质研究所二级研究员曹建华博士带领“长江、珠江、黄河岩溶流域碳循环综合环境地质调查”项目组22人在桂林毛村岩溶碳循环野外试验场开展流域尺度岩溶碳循环综合地质调查野外培训。

    2018年是“长江、珠江、黄河岩溶流域碳循环综合环境地质调查”项目结题年,各子项目以本次培训契机,总结2016-2017年调查成果,查漏补缺,统一认识,实现二级项目总体目标任务和预期成果。

    曹建华研究员首先讲解了流域尺度岩溶碳循环概念模型,并指出岩溶碳循环地质调查的“18字”方针:“定边界、追过程、查条件、测形态、算通量、评潜力”,并对这18字进行了详解和拓展,使各位培训人员对流域尺度岩溶碳循环综合地质调查全过程有了清晰的认识。

    各子项目负责人和骨干围绕岩溶地质点调查、水的理化指标的测试调查、土壤剖面调查、土壤呼吸、土壤二氧化碳浓度、溶蚀试验、水气界面二氧化碳脱气监测和水生植物调查方面进行了技术交流培训。培训现场大家讨论热烈,对调查过程使用的新技术兴趣盎然,同时也对调查过程可能存在的问题、数据精度的要求提出见解和突破方向。

    曹建华强调,岩溶碳循环在服务生态文明建设路上,有许多科学问题和科技创新目标需要解决,勉励大家不断创新,为岩溶流域低碳高效经济社会、生态文明建设提供地质方案。

    岩溶所开展流域尺度岩溶碳循环综合地质调查野外培训

    近年来地表水体水气界面二氧化碳交换通量研究受到广泛的关注,成为全球碳循环研究的重要方面,其全球二氧化碳脱气通量的评价高达每年2.3—18亿吨碳。针对岩溶区而言,传统观点认为碳酸盐岩溶解吸收的大气二氧化碳,又会通过碳酸盐岩沉积导致二氧化碳又返回大气中,因此其形成的碳汇不稳定,因而岩溶水体水气界面二氧化碳交换通量研究成为岩溶作用碳循环研究的重要内容,也是定量评价流域岩溶碳汇效应的关键。

    针对上述科学问题,在国家自然科学基金,地质调查工作项目,基本科研业务费项目的支持下,中国地质调查局岩溶地质研究所,国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室蒲俊兵副研究员等分别选择岩溶地下河水补给的地表溪流(广西融安县官村地下河及其地表溪流)和流经岩溶区的大型地表河流(漓江)作为研究区,利用国际通行的浮游静态箱和水化学模型法两种方法进行高分辨率的野外监测研究,获得了新的科学认识。

    一是在官村研究区地下河出口(CK点)和下游约1.3公里的雷涯(LY点)两个点夏季4天的昼夜监测研究发现:(1)CK点各物理化学指标保持稳定,而LY点各物理化学指标却表现出显著的有规律性的昼夜变化;(2)水生植物的新陈代谢过程(光合作用和呼吸作用)控制了溪流水化学的昼夜变化,进而控制了溪流二氧化碳脱气的昼夜变化,由于水生植物的形成代谢过程使得溪流白天脱气量约低于夜间的23%;(3)溪流中水生光合生物显著地固定了来自碳酸盐岩溶解的碳,发生了类似海洋的生物碳泵效应,减少了溪流二氧化碳脱气量,产生显著的碳汇效应,研究表明溪流产生的碳汇通量为每平方公里每年73吨碳。

    二是在桂江研究区上游覆盖碳酸盐岩和碎屑岩的断面(DM断面)和中游纯碳酸盐岩区的断面(PY断面)冬夏两季24小时昼夜监测研究发现:(1)两个断面物理化学指标表现出相似的昼夜变化;(2)由于水生光合生物新陈代谢过程和碳酸盐岩溶解与沉淀的影响,两个断面二氧化碳交换表现出显著的昼夜变化。此外,在季节和昼夜尺度上两个断面水气界面既有直接吸收大气二氧化碳的时段,也有水体二氧化碳脱气的时段,显示了明显的动态变化过程。DM断面水气界面在冬夏两个季节都表现出二氧化碳吸收——二氧化碳脱气的动态变化过程,而PY断面水气界面在夏季全部表现为二氧化碳脱气过程,但在冬季全部表现为二氧化碳吸收现象;(3)桂江监测断面在昼夜和季节尺度上所表现出的吸收大气二氧化碳的现象,限制了河流二氧化碳脱气通量,使的水体脱气速率为每平方米每天15 毫摩尔,这是目前报告的内陆水体中最小的,反映了岩溶水体内水生光合生物光合作用和碳酸盐岩的快速溶解对水体二氧化碳脱气的抑制作用。研究结果也表明在岩溶水体水气界面二氧化碳监测研究中,尤其是高初级生产力的岩溶区河流,需要高度关注水气界面二氧化碳交换的季节、昼夜等各种时间尺度的变化,通过高分辨率的监测研究,提高岩溶水体二氧化碳脱气研究的评价精度,准确评价岩溶碳汇效应。

    上述研究成果对岩溶水体碳循环过程及碳汇效应评价研究具有重要的启示意义。上述研究成果于近期发表在国际环境学领域TOP期刊《Science of the Total Environment》(期刊影响因子为4.900)。

    桂江DM断面和PY断面水气界面二氧化碳交换通量示意图 

     
    岩溶区水体水气界面二氧化碳交换通量研究取得新进展

    8月7日,海信小学暑期实践团师生一行12人到自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所参观学习。青岛海洋所热情接待了参观师生,并对参观路线、学习内容进行了精心安排。

    首先,青岛海洋所科技人员对海洋地质科学进行了总体介绍,详细讲解了海洋地质调查研究工作的主要内容、人员装备、技术方法,以及在支撑国家海洋矿产资源开发、海洋环境保护和海岸带生态文明建设发挥的作用。重点对青岛海洋所的两个特色研究领域,即滨海湿地生态地质和天然气水合物地质,做了专题讲解。

    自然资源部北方滨海盐沼湿地野外观测研究站丁喜桂博士向师生们展示了水生植物标本,结合精美图片讲解了芦苇、翅碱蓬、柽柳等北方湿地常见的植物及其生长特点。同时介绍了湿地的基本类型,在辽宁盘锦、山东东营、江苏盐城等典型滨海湿地开展的工作情况,以及湿地保护和修复成果等内容。

    自然资源部天然气水合物重点实验室孟庆国博士为参观师生展示了人工制备的天然气水合物样品,讲解了可燃冰的物质组成、性质、分布、实验测试、资源勘查以及试采技术方法等基本知识,利用球棍模型展示了可燃冰晶体的微观结构。随后进行了可燃冰点燃实验,让同学们更加直观地认识到可燃冰是由水和天然气在低温高压条件下形成的冰状物质。

    最后,自然资源部北方滨海盐沼湿地野外观测研究站首席科学家叶思源研究员以《湿地:地球之肾 生命之舟》为题,做专题科普讲座。叶思源详细讲解了湿地的概念、湿地的特征、湿地的功能、湿地面临的生态环境问题,以及科学家、政府、社会各界在湿地开发与利用,保护与修复方面所做的工作等内容。讲座结束后,叶思源研究员与现场师生交流互动,对师生提出的湿地修复成本,修复周期等问题进行了一一解答,对实践团开展芦苇种植和湿地野外考察给出了具体的建议。她鼓励小学生关注环境问题,爱护环境,用实际行动保护生态环境。

    此次参观学习,使海信小学的学生对我国的天然气水合物探测研究及湿地生态环境保护修复现状有了一定的了解,拓展了学生们的视野,激发了学生们探索海洋的兴趣,增强了保护生态环境的意识。

     
     
     
    海信小学暑期实践团到青岛海洋所参观学习

    国家地质实验测试中心向瑞金市人民政府移交土地质量调查成果并进行科普宣传

     

    地球化学生物技术处理酸性矿山废水现场

     

    仙桃市富硒办公室等向测试中心赠送锦旗

    生态环境是人类生存最为基础的条件,是我国持续发展最为重要的基础。国家地质实验测试中心所属自然资源部生态地球化学重点实验室近年来在矿山酸性废水处理、复合性污染土壤修复、土地质量调查、大气中持久性有机污染物示踪研究等方面取得了显著进展,为改善地球环境作出了贡献。让我们一起来了解他们保护地球家园的行动。

    卡住污染的源头

    ——地球化学生物修复技术处理酸性矿山废水

    谭科艳

    金属硫化物矿山在开采、冶炼过程中,会产生含有大量金属离子及硫化物的酸性废水。若这种酸性矿山废水直接排放到地表水中,就会使其中的金属和硫元素在底泥中富集,并对周边生态环境及人体健康造成严重危害。

    目前,针对酸性矿山废水的处理技术主要有以下几种:一是中和处理技术,通过向废水中投放碱性中和剂(石灰、硫化钠、碳酸盐矿物等)来实现废水处理。中和法是传统的处理方法,虽可实现一定的废水处理目的,但存在不易控制、处理效果差的问题。二是微生物处理技术,通过具有特定功能的微生物对废水中的污染物进行富集、转化、矿化等来降低其有效性和迁移性。微生物处理技术具有成本低、效率高的特点,但存在稳定性差的问题。三是人工湿地处理技术,人工湿地由人工基质和水生植物组成,通过土壤—植物—微生物系统来对废水进行净化,但存在占地面积大、处理周期长的问题。四是渗透—渗析处理技术,具有分离效率高、无相变、节能的特点,但存在修复费用高的问题。

    为了解决上述技术瓶颈问题,国家地质实验测试中心设计了一套地球化学生物技术处理酸性矿山废水的系统,提高了酸性矿山废水处理效果,增强了系统稳定性,且不会造成二次污染。

    该中心在江西德兴铜矿酸性矿山废水排放源头建立了一个示范点,设计了铁去除、硫酸盐还原、硫回收、锰去除和末端净化单元,利用当地底泥驯化的SRB,在厌氧条件下通过代谢使能量和电子转移(氧化还原反应),进行硫酸根离子的还原和硫化铜的回收;利用曝气和氧化细菌的方法将大量的铁、锰转化为氧化物进行絮凝沉淀;利用天然矿物材料强大的阳离子交换吸附能力去除微量有毒重金属;并调节pH值到中性以达到减少污染排放和对下游生态环境的影响,达到国家污水综合排放标准。针对pH值极低,含大量铜、锰重金属,含大量铁,以及极高浓度的硫酸根离子的AMD,设计方案理论上达到重金属去除率80%以上,具有结构简单、成本低廉、控制容易、处理效率高、净化效果好、能耗低的优点,针对德兴铜矿排放废水的特点提供了技术解决方案。

    本技术不仅将污染修复工作放到铜矿AMD的源头排放点,卡住污染排放的根本,真正做到矿山修复治理的源头防控,而且形成了从上游技术研发到下游应用的完整链条,迈出了修复技术现场应用的关键一步,同时也体现了国家地质实验测试中心的技术引领地位,开创了中心与地方企业融合发展的新局面。

    彻底去除土壤中的重金属

    ——EK-PRB/SS联合技术修复复合污染土壤

    黄园英

    随着我国产业转移政策的实施和城市“三旧”改造的加快,因工业企业关停转而遗留的“棕地”不少于50万块,主要表现出多源、复合、持久、面广、量大等特征,其中,无机污染(以重金属为主)、有机污染以及二者的复合污染均较为突出。这些日益增多的污染场地将对环境和公众健康构成巨大威胁,成为影响和制约城市可持续发展的重要因素。电动修复因具有适用于低渗透性土壤和同时去除多种污染物的优势而受到广泛关注。由于土壤组成、污染物类型、性质等不同,特别是在不同污染物同时存在的复合污染情况下,单一修复技术往往难以达到修复目标,因此,不同修复技术的组合应用越来越受到重视。

    依托部公益性科研专项《电动力学与PRB技术联合修复有机氯和镉、铬(Ⅵ)污染土壤》,针对重金属—有机氯复合污染土壤,国家地质实验测试中心研发了一种新型、绿色环保的土壤修复技术——电动力学—渗透反应格栅技术(EK-PRB)。项目自主研发的EK-PRB装置及工艺,以绿色环保的太阳能供电为主,电动力装置与PRB采用原位连接方式,PRB反应介质为来源广泛、价格低廉的天然材料等组成,失效后可随时更换。阴阳极采用特殊的摆放方式,克服了以往阴阳极作用距离短,电场分布不均匀的缺点,使得EK-PRB技术应用于野外现场污染场地修复成为可能,打破了以往大部分电动修复研究仅停留在实验室阶段的局限。野外现场小试结果表明,EK-PRB技术对“活动态”重金属和有机氯能同时去除,土壤中重金属镉、铬“活动态”去除率大于50%,总六六六和总滴滴涕去除率大于90%。

    而对于多重金属复合污染土壤,采用自主研发的电动力学—稳定化(EK-SS)修复装置和修复方案,重点解决了如何使土壤中的多种重金属同时快速定向运动和如何将EK-SS的具体修复方案和修复装置实用化两个技术难点。典型示范结果表明,该技术对污染土壤中各种形态的重金属(包括铜、铅、锌、镉、汞和砷)都有去除作用。经过48小时处理,土壤中大多数重金属浓度可降低70%左右,电动修复的成本由每立方米2500元降低至565元左右。

    EK-PRB/SS技术已形成了有机—重金属或多种重金属复合污染场地的修复方案和配套修复装置等创新性成果,并通过现场小试和典型示范说明其应用效果,初步评估其快速、高效和经济实用性。另外,该技术为“永久性”修复技术,将重金属或有机物从土壤中彻底去除,消除了重金属重新活化的风险隐患,且适用范围广,经济效益高,二次污染少,因此在污染场地原位修复方面将有广阔的应用前景。

    生态环境调查的新利器

    ——精准高效绿色的环境有机分析技术

    饶竹

    环境中持久性有机污染物、药物、个人护理品、合成麝香及紫外吸收剂等新型污染物对生态环境和人体健康具有潜在威胁,其调查与评价是生态地球化学学科发展的新需求。一年来,国家地质实验测试中心先后建立了气相色谱—质谱、气相色谱—三重四极质谱法测定水、土壤中合成麝香及紫外线吸收剂,以及液相色谱三重四极质谱分析方法测定水、土壤中10种全氟化合物的新方法。这些方法高效、快速、准确,已应用于生态区地球化学样品分析,研究成果相继发表在国内外期刊上,达到国内外先进水平。

    自动绿色有机污染物分析技术既是当前分析技术发展的方向,也是生态文明建设发展的需要。2019年,中心围绕自动绿色技术,开发了自动顶空—全二维气相色谱测定短链氯化石蜡分析新方法,样品用量由1升减为10 毫升,无需有机溶剂,避免了有机试剂造成的二次污染。该方法已成功应用于北京地区地下水、湖水、河水中的短链氯化石蜡测定,为生态环境调查提供了新的科学手段。

    抗生素污染是生态地球环境研究的新课题。中心利用超高分辨率液相色谱—质谱联用仪建立了自动在线固相萃取—超高效液相色谱—高分辨质谱分析平台,实现了地下水中40种抗生素自动化识别、确证与定量分析,在无标准品情况下,对批量地下水样品中近200种目标物进行自动化识别,样品用量仅需10毫升,全部检测时间仅1小时,大幅减少了样品前处理时间、有机试剂用量和野外采样工作量,有助于提高地下水资源质量调查与监控的效率。

    此外,该实验室还完成了“DZ/T0064.72-201x 地下水质检验方法”中敌敌畏、甲拌磷、乐果、甲基对硫磷测定 气相色谱法等4个地下水标准的报批;完成了“地下水43种极性农药测定 液相色谱—质谱”“地下水 38多环芳烃衍生物测定 气相色谱—质谱法”等6个标准方法研制工作,形成了地质行业有机污染检测标准新架构,将现行有效的“DZ/T 0064-93地下水质检验方法”中13项有机污染物检测指标扩展至265项,大幅提升有机污染检测标准化水平;有力支撑了“DZ /T 0290-2015地下水水质标准”“GB/T14848-2017地下水质量标准” “DZ/T 0307-2017地下水监测网运行维护规范”标准的实施。

    这些新技术新方法已成功应用于雄安新区水土有机污染现状调查、贵州南明河抗生素赋存水平调查、污水回灌影响下的北京市地表水中药物与个人护理品分布特征与评价,以及河南洛阳、山西晋中等污染场地地下水有机污染筛查,有利支撑了生态文明建设,促进了生态地球化学学科的发展。

    发掘瑞金特色土地资源

    ——土地质量调查助力精准脱贫攻坚

    刘斯文

    2017年以来,国家地质实验测试中心承担了自然资源部中国地质调查局“支撑服务赣州六县精准脱贫攻坚地质调查”工作,瑞金市1∶5万土地质量地球化学调查是其中的一部分。为高质量完成该项任务,中心调集能兵强将、充分发挥测试分析专业优势,在标准要求基础上增加了特色农产品中钾、钙、磷、铁、锗等8种有益人体健康元素的测试分析,为最大程度地发掘瑞金市特色土地资源和名特优产品提供测试分析数据支撑。

    瑞金市1∶5万土地质量调查涉及7个乡镇,面积400平方公里,基本覆盖了瑞金盆地的农耕区。此次土地质量调查是自20世纪80年代瑞金市第二次土壤普查以来最为全面的一次体检,也是对“藏在深闺人未识”的特色土地资源、特色农产品的一次全面发现。

    调查发现,瑞金市土壤环境质量优越,清洁土壤面积约占98%。富硒土壤面积达31平方公里,呈北东—南西向,分布于瑞金盆地、河谷边缘的黄柏乡、沙洲坝镇、云石山乡等地区。富锌土壤面积达70平方公里,连片分布于瑞金盆地内的壬田镇、叶坪乡等地区。调查还发现富硒、富锌特色农产品,比如:富硒、锌、铜、钙、钾的莲子、花生,富硒杨梅、水稻,富硒、富锰茶叶。其中,瑞金莲子中的硒、钙平均含量是普通莲子含量的4倍。项目查明,瑞金市无公害土壤和绿色食品产地面积占比高达95%。其中,AA级绿色产地占48%、A级绿色产地47%,共圈定绿色富硒、富锌农业产业基地16个。

    2018年12月,国家地质实验测试中心向瑞金市人民政府移交了《赣州市瑞金市1∶5万土地质量地球化学调查成果报告》和《瑞金市绿色富硒、富锌特色农业基地档案集》。瑞金市人民政府表示,地球化学调查成果对于瑞金市脱贫攻坚,发展地方经济、脱贫致富、生态文明建设等诸多方面具有非常重要的应用价值。部分富硒、富锌农业基地已经实现成果转化应用,带动了近万人口脱贫,取得了显著的社会和经济效益。

    助力仙桃打造富硒农都

    ——土地质量调查服务地方经济发展

    刘久臣

    国家地质实验测试中心承担的《湖北典型地区1∶5万土地质量地球化学调查》项目, 2016~2018年在湖北省江汉平原仙桃市开展1∶5万土地质量地球化学调查示范。调查结果显示,仙桃市土地环境质量优良,营养元素丰富,在完成的605平方千米调查面积中,发现富硒土地资源250平方千米。依靠调查成果,项目组积极与地方政府对接,服务社会效果显著。

    土地质量地球化学调查成果应用于仙桃市自然资源局于2017年开展的永久基本农田划定工作,在国土管理与资源利用中发挥了重要作用。结合仙桃农业发展方向,国家地质实验测试中心协助仙桃市政府编制了《仙桃市富硒产业发展规划》,规划至2021年将着力打造40万亩富硒水稻、30万亩富硒油菜、20万亩富硒蔬菜、10万亩富硒瓜果和莲藕的“四三二一”工程,建成六大富硒板块、百万亩富硒产业基地,一个富硒产业园、富硒产品物流中心和交易中心。

    围绕硒元素的科普与开发,国家地质实验测试中心协助仙桃市建设了中国首家以“硒元素”为主题的科普性展览馆“中国硒馆”。该场馆将于2019年6月开馆,届时将成为仙桃市“荆楚富硒粮仓,中国富硒农都”建设上的一张新名片。此外,还协助地方进行富硒产业的宣传推介工作,为地方进行科普讲解,在地方电视台、报纸等宣传媒介推介项目成果,吸引更多富硒产业落户仙桃。截至2018年底,仙桃市已建成富硒农产品基地45万亩,富硒产业规模达14.6亿元,从事富硒产业企业总数15家,富硒产品商标数5个。

    国家地质实验测试中心还协助仙桃市组建了湖北省食用富硒农产品监督检验检测中心,为富硒产业发展技术攻关及产品质量安全提供保障。目前,该检测中心已完成100多个大宗农产品的富硒检测,开展了8个富硒农产品标准化生产科研试验示范。

    仙桃市自然资源局、仙桃市农村工作领导小组办公室、仙桃市富硒农产品开发领导小组办公室、仙桃市西流河镇人民政府对项目成果给予了高度认可,并期待与国家地质实验测试中心在富硒农产品开发与测试上继续保持合作,让富硒产业在乡村振兴事业中发挥更大的作用。

    揭开雾霾产生的自然条件之谜

    ——东亚季风区大气颗粒物7Be纬度分布规律探索

    杨永亮 盖楠

    宇宙射线成因核素7Be(半衰期53.3天 )来源于平流层底部和对流层顶部,是宇宙射线同大气中的氮和氧原子相互作用的产物, 7Be 在大气中的浓度不受人类活动影响、无地表污染源、可经大气运移,是一种有效的大气气溶胶示踪剂。

    在中国地质调查局地质调查项目及国家自然科学基金项目的支持下,国家地质实验测试中心较为系统地开展了对处于中国东亚季风区内的纬度范围为19°N~53°N的7Be的大气沉降通量、土壤中累积量、大气气溶胶中含量在不同季风条件下的纬度分布规律以及7Be对典型大气中持久性有机污染物的示踪研究。

    通过在中国五个不同纬度城市(低纬度的广州、中纬度的苏州、北京、青岛以及高纬度的黑河市)大气气溶胶中7Be和典型持久性有机污染物(有机氯农药和多氯联苯)的同步观测,发现我国东亚季风区不同纬度城市近地表大气气溶胶中7Be浓度的年平均值与纬度之间的关系服从正态分布规律。

    持久性有机污染物会吸附在大气颗粒物上随大气环流远程迁移。为此,项目组开展了我国东亚季风区不同季节大气颗粒态和蒸汽态有机氯农药六六六和多氯联苯的纬度分布研究。研究证明,以宇宙射线成因核素7Be作为大气环流的参照系,可以解释东亚季风区大气环流对持久性有机污染物纬度分布现象。7Be可作为大气污染物远程迁移研究的一个有效的地球化学示踪剂。

    此外,为了有效鉴别京津冀地区自然条件因素和人类活动因素对雾霾发生的影响,正在开展的大气气溶胶中7Be的纬度分布研究,根据风向在京津冀地区布置多个采样点,在观测7Be的同时也对一些重要污染物进行观测。该研究对大气环境地球化学研究以及对雾霾的预测、预报具有一定的科学意义和应用价值。

    项目组通过对不同地区大气沉降通量的同步研究,对7Be的地球化学行为有了更深入的了解,并对大气污染物远程输送、沉降的中、长期变化及跨境迁移规律的探明提供了重要数据;同时,对雾霾的成因、发生过程及机理进行深入分析,研究成果将对我国中纬度地区大气污染及雾霾的防控具有重要意义。

    改善生态环境,我们在行动

    在广西杰出青年科学基金“岩溶生物地球化学”和中国地质调查局“人为干预增加岩溶碳汇试验示范及碳汇效应综合评价”的资助下,中国地质调查局岩溶地质研究所李强研究员等在广西桂林毛村地下河江流域和桂林五里峡水库,利用高通量测序和荧光定量PCR技术,结合传统水化学特征,首次揭示了好氧不产氧光合细菌对岩溶水体有机碳的贡献。相关成果分别发布于《岩矿测试》和《FEMS Microbiology Ecology》上。

    传统观点认为:岩溶水生植物光合固定溶解无机碳产生的内源有机碳是岩石风化碳汇的重要组成部分,而光合微生物的贡献通常不予考虑,导致风化碳汇被低估。因此,岩溶水体中有机碳溯源研究是风化碳汇计算和调控的关键。

    好氧不产氧光合细菌(AAPB)是一类具有好氧异养生存通性,能利用光能进行光合作用补充自身能量需求特性的异养微生物。好氧不产氧光合细菌独特的光能利用能力使其在水圈物质循环过程中扮演着重要角色。水体营养状态、电导率、pH等环境因子能改变好氧不产氧光合细菌的摄食压力并影响其相对丰度。结果表明:好氧不产氧光合细菌等光合微型生物是岩溶水体有机碳的重要贡献者,并与pH等环境因子有关。因此,好氧不产氧光合细菌对水体有机碳的贡献意味着我们必须对已建立在产氧光合作用基础上的岩溶水圈碳和能量循环重新认识,并为寻找遗失碳汇提供了一个潜在方向。

    此外,《岩矿测试》编辑部还对桂林五里峡水库研究成果进行了评述。

     

    好氧不产氧光合细菌对岩溶水体有机碳的贡献得到证实

     

    2015年中国西南岩溶石漠化分布图

      

    贵州巨木地下河出口筑坝拦蓄地下水

      

    中国西南地区岩溶景观

     

    致力于促进全球岩溶资源可持续利用和环境可持续发展的“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划,前不久在广西桂林正式启动。

    该计划由国土资源部中国地质调查局提出实施,旨在建立全球岩溶环境监测网络,攻克岩溶关键带科学难题,各国共绘全球岩溶一张图,为人类利用岩溶资源、保护岩溶生态提供科学方案和公共信息服务。

    国土资源部部长姜大明在贺信中称,这是一项雄心勃勃的大科学计划,更是一幅岩溶地质科学造福人类的宏伟蓝图。联合国教科文组织总干事伊琳娜·博科娃则通过贺信表示,国际大科学计划中提出的研究领域,对克服我们人类共同面临的难题来说是非常重要的,非常期待能听到关于项目实施取得进展并获得成功的好消息。

     

    1 中国为“全球岩溶”国际大科学计划实施奠定坚实基础

     

    阅读提示:中国取得了一系列具有全球视野的岩溶研究成果,并为国际大科学计划的实施提供了理论基础、科学思路、人才队伍、技术条件以及国际合作经验。

    目前,世界上的岩溶区分布面积约为2200万平方千米,约占世界陆地总面积的15%。我国的岩溶面积约为344万平方千米,约占国土面积的1/3。其中,我国西南裸露岩溶面积达54万平方千米,涉及贵州、广西、湖北、湖南、云南、四川、重庆和广东等8省(区、市),是我国碳酸盐岩层分布最为集中的地区,也是世界三大岩溶集中连片区中面积最大、岩溶作用发育最强烈的典型地区。

    岩溶地区山水奇特,水资源和油气资源丰富,为人类生产生活提供了得天独厚的物质资源和精神享受。但是,岩溶地区面临的干旱、石漠化、水污染、水土漏失等环境问题,也已成为当今制约经济社会可持续发展的全球性问题。

    近年来引发关注的是,岩溶作用在应对气候变化中可发挥重要作用。已有研究发现,全球的岩溶作用能够吸收与全球森林植被比例相当的大气二氧化碳,而且岩溶洞穴石笋可以年际分辨率记录气候环境变化,与黄土、冰芯、湖泊沉积及树轮等古气候环境记录比较,具有记录时间跨度大、年代记录准、分辨率高等优势。

    为有效解决岩溶地区的资源环境问题,促进全球岩溶资源的可持续利用和环境的可持续发展,科学应对全球气候变化,中国地质调查局倡导设立了“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划(以下简称“全球岩溶”国际大科学计划),依托联合国教科文组织国际岩溶研究中心和中国地质调查局岩溶地质研究所,以地球系统科学和岩溶动力学理论为指导,利用10~12年时间,建立全球岩溶生态环境监测网络,研究和查明全球不同岩溶动力系统类型的碳—水—钙循环规律和资源环境效应,突破岩溶关键带资源环境科学问题的瓶颈,创新岩溶资源勘探开发和岩溶环境治理与保护科学技术体系,创建全球岩溶资源环境信息平台,各国共绘全球岩溶一张图。

    据该计划负责人、联合国教科文组织国际岩溶研究中心常务副主任曹建华介绍,目前,国际岩溶研究中心及其依托单位中国地质调查局岩溶地质研究所,已经为计划的实施奠定了坚实基础。

    以中国科学院院士袁道先为首的科研团队建立了以碳—水—钙循环为核心、以岩石圈、水圈、大气圈、生物圈四大圈层为主体结构的地球系统科学观下的岩溶动力学理论,为计划的实施奠定了理论基础。在国际地球科学计划(IGCP)中国国家全委会支持下,我国科学家牵头连续主持实施了5个岩溶领域国际地质对比计划,储备了40个国家200多名优秀的专业技术人才,为计划实施提供了科学思路和人才队伍。国际岩溶研究中心7年的高效运行,已与15个国家和国际科研机构签订了合作备忘录,推动了8个国家间岩溶领域的深入合作研究,成功联合国际著名岩溶学者举办了7次国际培训班,为计划的组织实施提供了国际经验和基础。国际岩溶研究中心在中国、美国、泰国、斯洛文尼亚等岩溶国家建立了岩溶生态环境监测站,并与东亚东南亚地学计划协调委员会(CCOP)国家、东南亚国家合作开展了岩溶地质和跨界含水层编图,建立了全球岩溶科技创新平台和编图技术方法,为计划实施提供了技术条件。

    更为重要的是,我国在岩溶作用与碳循环、洞穴石笋古环境重建、岩溶生态系统与石漠化治理、岩溶地质公园和世界自然遗产申报与保护,岩溶地下河和表层岩溶水探测与开发、碳酸盐岩油气储存区古岩溶刻画等方面取得了一系列具有全球视野的岩溶研究成果,奠定了我国岩溶研究的国际领先地位,使中国地质调查局牵头组织实施“全球岩溶”国际大科学计划顺理成章。

     

    2 建立全球岩溶生态环境监测网,因地制宜修复和保护岩溶生态

     

    阅读提示:只有揭示全球不同类型岩溶动力系统的演化、形成过程、结构功能和运行机制,因地制宜运用各国经验,才能科学、合理地修复和保护岩溶地区生态,并实现其可持续发展。

    我国岩溶动力学理论的发展历史,可以追溯到20多年前对岩溶地球化学的研究。

    国土资源部岩溶动力学重点实验室的研究团队,在中国科学院院士袁道先的带领下自1990年以来连续实施的国际岩溶对比计划项目,在岩溶形成演化、碳循环、岩溶生态和水资源等领域,为国际岩溶学术界提供了共同解决岩溶地区资源环境问题的平台,将地球系统科学思想引入现代岩溶学,建立了岩溶动力学理论,有力推动了国际岩溶学科的发展。

    曹建华介绍说,在岩溶地区,岩石圈、水圈、大气圈、生物圈界面上的碳—水—钙和其他元素之间的物质、能量传输与转换,构成了岩溶动力系统。由于岩溶动力系统同时受到地质、水文、大气和生物过程的影响,因此岩溶动力系统有各种不同的类型。在上世纪90年代,我国岩溶地质学家开展了一系列研究,提出了将“岩溶形态组合”(即在相同环境下形成的宏观的微观的、地表的地下的、溶蚀的和沉积的岩溶形态的配套组合)作为全球岩溶对比的基础,推动了全球岩溶对比的顺利进行,并揭示出在世界上具有不同地质环境背景的岩溶区,其岩溶系统与人类活动的相互作用是极不相同的。因此,只有对全球不同类型的岩溶动力系统进行对比,揭示其不同的演化、形成过程,及结构功能和运行机制,因地制宜地运用各国经验,才能更加科学、合理地修复和保护岩溶地区的生态,并实现其可持续发展。

    为进一步开展国际合作与对比研究,“全球岩溶”国际大科学计划将针对全球岩溶主要类型,重点在中国西南与中南半岛热带亚热带岩溶区、北美亚热带温带岩溶区(美国)、 加勒比海地区和印尼热带新生代孔隙碳酸盐岩岩溶区、中东干旱岩溶区(伊朗、土耳其)、地中海型气候岩溶区(斯洛文尼亚、塞尔维亚等)、冈瓦纳大陆岩溶区(巴西、澳大利亚)设置岩溶环境监测站,逐步实现典型地区连续高分辨率监测,建成覆盖全球的岩溶环境监测网络。

    为保证全球数据统一及不同比例尺数据的交互使用,还将建设分布式全球岩溶数据平台。

     

    3 创新资源勘探开发和环境治理技术体系,应对岩溶区生态环境面临的挑战

     

    阅读提示:瞄准碳循环与人为干预、固碳增汇,洞穴石笋与年际尺度过去气候变化,水循环与地表地下水时空调配与管理,钙循环与岩溶生态系统评价,岩溶塌陷预警等进行技术创新。

    “让我们共同协商,推进国际大科学计划的完善和实施,为应对岩溶地区脆弱的生态环境面临的诸多挑战,为全球岩溶地区的资源合理利用、经济社会发展贡献岩溶地质科学家的智慧与才华。”在“全球岩溶”国际大科学计划启动仪式上,中国地质调查局岩溶地质研究所所长刘同良代表中国岩溶地质科学家,向全球从事岩溶科学研究的同行们发出倡议。

    推动岩溶科技创新,切实改善岩溶地区居民生活质量,是全世界岩溶国家和广大岩溶科技工作者的一致目标。为此,“全球岩溶”国际大科学计划瞄准碳循环与人为干预、固碳增汇,洞穴石笋与年际尺度过去气候变化,水循环与地表地下水时空调配与管理,钙循环与岩溶生态系统评价,岩溶塌陷预警等领域,发挥国际岩溶研究中心国际平台作用,充分利用各岩溶国家的技术及资源优势,创新科学技术体系,应对岩溶区脆弱生态环境面临的挑战。

    已有的研究数据表明,随着植被的恢复、岩溶作用强度的增加,近10年中国西南岩溶区石漠化综合治理工程增加了2500万吨的岩溶碳汇量。中国地质调查局岩溶地质研究所创新流域尺度岩溶碳循环研究方法,研发的陆地植被、土壤改良、引入外源水和沉水植物等人工干预固碳增汇技术,引领了国际岩溶地质碳汇研究新方向。此外,利用微区取样技术,通过同位素微量测试,准确获得了石笋记录的年际尺度历史气候变化信息,恢复重建了高精度的古气候和古环境变化历史,为预测未来气候变化趋势提供了科学依据。为科学应对气候变化,“全球岩溶”国际大科学计划将着重开展岩溶环境二氧化碳增汇效应研究,在查明流域水文地质、环境地质条件基础上,对比研究植被变化、土壤改良、土地整理等人工干预措施对流域碳通量的影响,进而创建人工干预增加岩溶碳汇技术体系。

    岩溶区地下水的开发利用,为世界约25%的人口提供了饮用水源。但岩溶地区孔、隙、缝、管、洞并存,岩溶地下水流运动规律复杂,时空分布极不均匀,使得岩溶地下水的开采难度大大增加。对此,“全球岩溶”国际大科学计划将选择典型岩溶水系统,开展不同类型岩溶地下水开发利用技术与方法研究,形成岩溶水开发利用模式和高效利用技术集成。针对典型岩溶地区岩溶干旱、内涝、石漠化、水污染、水土漏失等问题,建立岩溶地区水土耦合调控信息平台,形成岩溶地区水土耦合调控技术体系。

    岩溶石漠化是岩溶生态系统在特定条件下运行的产物,其分布具有区域性。针对全球不同岩溶环境类型区,“全球岩溶”国际大科学计划将研发适宜各种类型的石漠化综合防治和岩溶生态修复模式及技术体系,阐明生态环境对水资源的调蓄功能,研发生态与工程联合调蓄岩溶水资源的技术,并开展试验示范。在岩溶含水层水质详细调查的基础上,选择已经发生污染的地下河(泉)系统或子系统为典型案例区,开展岩溶地下水环境修复技术及工程研究。

    旱涝、石漠化、水污染、水土漏失、岩溶塌陷等在全球岩溶区普遍发生,更令人担忧的是,这些环境问题和岩溶地质灾害形成演变过程十分复杂,而且具有隐蔽性,难以防治和预测,严重威胁着岩溶区水安全、生态安全、乃至当地居民的生命安全。对此,“全球岩溶”国际大科学计划将瞄准建立岩溶塌陷调查、风险评价和监测预警方法,重点研究大型岩溶塌陷风险评价、监测预警、早期识别与防控技术。

     

    4 在六大领域引领国际研究方向,建立“岩溶地球”大数据平台

     

    阅读提示:直击全球岩溶碳循环调查与全球气候变化、全球岩溶水文地质调查与水资源开发、全球岩溶石漠化调查与生态修复、全球岩溶景观与地质公园建设、全球岩溶塌陷调查与防控及服务岩溶区油气资源高效低污染调查等重大岩溶科学问题。

    据曹建华介绍,“全球岩溶”国际大科学计划主要依托联合国教科文组织国际岩溶研究中心和岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心,破解重大岩溶科学问题,在全球岩溶碳循环调查与全球气候变化、全球岩溶水文地质调查与水资源开发、全球岩溶石漠化调查与生态修复、全球岩溶景观与地质公园建设、全球岩溶塌陷调查与防控及服务岩溶区油气资源高效低污染调查等领域,引领国际研究方向,建立“岩溶地球”大数据平台。

    在岩溶作用与碳循环调查研究方面,将重点研究碳在岩溶动力系统中的迁移过程与土地利用、水生植物光合作用的关系,水库或湖泊等水体中的碳汇效应;调查研究不同水体的生物地球化学变化规律,利用水化学与碳同位素技术厘定碳的来源、不同碳形态之间的转换与通量估算,分析不同水体碳汇与生物地球化学效应,研究碳酸盐岩沉积/溶蚀、脱气与水生植物光合作用之间的相互关系,进而为科学应对全球气候变化提供依据和支撑。

    为提高岩溶水的开发利用效率和效果,“全球岩溶”国际大科学计划将选择全球典型岩溶水系统,开展岩溶地下河管道和含水介质探测,岩溶地下水循环的水动力对比试验,以及降水、地表水、土壤水、表层岩溶水与地下河水“五水”转化机制和过程研究,揭示不同类型岩溶水循环模式,建立不同岩溶水系统水资源评价模型,进行水质、水量定量评价,阐明岩溶关键带对水资源的调蓄功能和地下水资源动态变化规律。同时,开展生态环境对岩溶水资源的影响调查研究,岩溶含水层水质和污染调查研究,进行岩溶含水层防污性能评价,建立岩溶地下水水质监测网,尤其是加强对地下河和岩溶大泉的监测,并对已被污染的地下河和岩溶大泉进行修复示范。

    中国在西南岩溶地区开展的石漠化综合治理地质调查工作,建立10处石漠化综合治理示范区,形成了4种可复制、可推广的石漠化综合治理模式:岩溶峰丛洼地区土地整理与生态产业协调模式,解决了石漠化区无地可用的问题;岩溶高原区地表水地下水联合调度模式,解决了石漠化区无水可用的问题;岩溶地质景观区土地流转与生态旅游模式,促进了石漠化生态修复景观产业化;岩溶断陷盆地区流域尺度综合治理模式,力促县域生态产业可持续发展。目前,中国岩溶石漠化研究与治理示范,已在新西兰、坦桑尼亚等6个国家推广应用。

    全球有具有岩溶特征的世界遗产47处、世界地质公园46处。但迄今为止,国际上一直没有反映全球岩溶资源与环境的系统数据与专题图件,缺乏普及全球岩溶知识的信息数据平台。为科学评价和保护岩溶地质景观,“全球岩溶”国际大科学计划将开展全球岩溶地质景观调查评价,划分涵盖全球岩溶地质景观类型,进行全球尺度岩溶地质景观区划,提出岩溶地质景观设立世界遗产、世界地质公园、国家公园、地质保护区、旅游开发景区等方面的开发利用与保护规划建议。在此基础上,编制全球性岩溶景观与洞穴资源分布图集开发利用保护图件,建立全球岩溶地质景观信息系统,面向全球提供检索、咨询与开发规划等应用服务。

    为摸清全球岩溶塌陷发生规律,“全球岩溶”国际大科学计划将从23个岩溶塌陷国家的岩溶塌陷发育现状、地质背景、水文工程地质特征分析入手,结合岩溶塌陷动力条件监测,深入研究岩溶塌陷形成演化的地质环境模式,建立全球岩溶塌陷发育的动力模型,重点研究极端气候特别是极端暴雨影响下岩溶塌陷形成演化机理,提出国际岩溶塌陷发育态势与对策。

    岩溶区的油气资源具有很大的勘探开发潜力。世界碳酸盐岩大型油气田有321个,其油气资源量占全球油气资源总量的50%,产量占到60%以上。为认识油气储存与岩溶介质内在关系。“全球岩溶”国际大科学计划将以“将今论古”的方法,在对现代岩溶发育特征、规律认识的基础上,开展古岩溶、深部岩溶发育的科学研究,探索古岩溶在区域差异、垂向上分带、时代分期发育特征,揭示古岩溶发育对油气储存岩溶介质的控制作用,建立岩溶油气储层地质模型。

     

    5 实现全球岩溶信息社会共享服务,支撑岩溶区资源与环境可持续发展

     

    阅读提示:全球岩溶国家密切合作,建立实时更新的全球岩溶网络信息平台,促进岩溶学技术进步。

    “全球岩溶”国际大科学计划的实施,不但需要有科学的理论基础、先进的技术支撑,还需要全球岩溶国家的共同参与和密切合作。目前,国际岩溶中心已经收到了来自15个国家的23名资深专家学者签署的支持函。

    通过“全球岩溶”国际大科学计划的实施,国际岩溶研究中心将编制全球岩溶地质、岩溶地貌、岩溶水文地质和岩溶环境地质图,编制“一带一路”岩溶地区和重点岩溶区专题图件,查明全球岩溶动力系统的碳—水—钙循环规律,科学评价全球岩溶资源和岩溶环境,编制典型岩溶类型区资源开发与环境综合整治区划;研发具有国际先进水平的岩溶动力条件快速捕捉、岩溶资源勘探利用和环境治理关键技术方法;在岩溶地下水、石漠化、岩溶塌陷、应对全球气候变化、岩溶地质景观等领域形成4~5项国际领先水平大成果。

    同时,通过计划的实施,进一步建实建强国际岩溶研究中心,建立完善全球岩溶环境监测网点,建立定时更新的全球岩溶网络信息平台;在我国,建设岩溶动力学国家重点实验室,建强岩溶动力系统与全球变化国家级国际联合研究中心,建实国际一流岩溶地质调查研究机构,建强岩溶环境监测野外台站和研究基地。

    通过国际大科学计划的实施,全球岩溶科技成果不仅可促进岩溶学的跨越式发展、技术进步和多种形式的国际合作,实现全球岩溶信息社会共享服务,而且可提升我国的国际地位和话语权,培养我国的国际领军人才,并为“一带一路”战略决策和实施提供科学依据及资源环境保障。

    让岩溶地质科学造福人类

    2016年11月15日,联合国教科文组织国际岩溶研究中心(以下简称“中心”)第二届学术委员会第一次会议学术研讨会在广西桂林召开。此次研讨会共收集到11位国内外学术委员及专家的学术报告。中心学术委员会的全体成员、国际组织代表,国际培训班的所有学员及教员,以及其他嘉宾等来自17个国家的60多人参加了此次研讨会。

    11月15日上午,在中心常务副主任曹建华研究员的主持下,对中心学术委员会的成员进行了一一介绍,并对此次研讨会的背景及意义进行了简要说明。塞尔维亚IAH(国际水文地质学家协会)国家委员会主席Petar. T. Milanovic教授、中国地质调查局岩溶地质研究所蒋忠诚副所长、波兰西里西亚大学AndrzejTyc教授、西安交通大学程海教授、巴西岩溶研究所Augusto Auler教授分别作了报告,题目分别为“Effects of dams and reservoirs in karst on microclimate”(岩溶区大坝和水库对小气候的影响机制)、“Leakage of water and soil in Karst Areas, Southwest China”(中国西南岩溶区的水土漏失)、“Hypogene karst related to CO2 system”(与二氧化碳系统相关的深层岩溶)、“Climate variability over the past 600,000 years”(过去60万年来的气候变化)、“Climate change and environmental impacts in developing countries”(气候变化和环境影响下的发展中国家)。国内外专家学者围绕全球气候变化以及中国西南岩溶区水土治理等学术问题展开讨论。

    11月15日下午,在中心秘书长章程研究员的主持下,中国地质大学(北京)胡晓农教授、美国国家洞穴与岩溶研究所George Veni所长、中国地质调查局岩溶地质研究所雷明堂研究员、美国明尼苏达大学R.Lawrence Edwards教授、中国科学院贵阳地球化学研究所刘再华研究员、中国地质调查局岩溶地质研究所夏日元研究员分别作了学术报告,题目分别为“Seawater intrusion in karst groundwater: Observation and simulation”(海水入侵岩溶地下水:观测与模拟)、“A framework for assessing the role of karst conduit morphology, hydrology, and evolution in the transport and storage of carbon and associated sediments”(岩溶管道形态、水文地质条件及其演化在碳及相关沉积物的运移、储存过程中的作用初探)、“Karst collapse investigation in China”(中国岩溶塌陷地质调查)、“The East Asian Monsoon and Global Climate Change from Chinese Cave Deposits”(中国洞穴沉积物记录反应的东亚季风和全球气候变化)、“Significance of the carbon sink produced by coupled action of carbonate weathering and aquatic photosynthesis: Regulation by climate and land use/cover chagnes”(基于碳酸盐岩风化及水生植物光合作用双重作用下的碳汇的重要性研究:气候和土地利用/覆盖变化的调节作用)、“Characteristics of karst groundwater and effective development and utilization of water resources in South China”(中国南方岩溶地下水特点与水资源有效开发利用)。国内外专家学者围绕岩溶地区碳汇与碳循环、中国岩溶塌陷及南方岩溶地下水开发利用等问题展开讨论。中心学术委员会主任袁道先院士认真听取了各位专家的报告,并提出了许多宝贵建议,会议在国内外专家学者们激烈友好的讨论中圆满结束。

    参加本次会议的学员、专家纷纷表示,本次会议的相关报告非常精彩,都是各位专家在其擅长领域的系统性总结和综合,对了解该领域的研究成果,启发各自的科研思路起到了极大的推动作用,希望未来还能有多次类似的合作研讨活动。

     

    国际岩溶研究中心学术研讨会召开