吉林省土壤環境質量監測基礎點位布設方法研究

王 瑩，馬麗欣

(吉林省生態環境監測中心，長春 130011)

0 引言

土壤是自然環境和生態系統的重要組成部分，是農業生產的基本資料，是人類賴以生存的自然資源。開展土壤質量調查與評價能夠對土壤資源的管理與污染防治等工作提供基礎數據和技術支持[1]。土壤監測樣點布設是了解地區土壤屬性空間的基礎，它直接影響著土壤科學研究的深度和土壤制圖的精度[2]。在相應準備的基礎上，以“十一五”背景點為基礎，采用GIS方法布設基礎點位。同時為避免偏差，還需對布設點位進行野外現場核查，將不符合要求的點位按照布設要求進行現場調整并記錄，讓所有點位均符合要求，并具備實地采樣條件，進而完成吉林省土壤環境質量監測基礎點位的布設。

1 布點資料和布設原則

1.1 主要資料

主要資料包括：8 km×8 km、32 km×32 km網格的吉林省行政區劃圖、吉林省土地利用現狀圖(采用2013年的解譯結果)、吉林省土壤類型圖、吉林省主要交通路網圖、吉林省行政區劃圖、吉林省“十一五”土壤調查監測點位信息和監測數據、吉林省土壤環境質量例行監測試點數據。

1.2 布設原則

基礎點位布設采用網格法，網格尺度定為：耕地8 km×8 km、林地32 km×32 km、草地32 km×32 km。根據布點要求，背景點主要從“十一五”背景點位中選取(其他時段土壤環境變化大，很多點位已不具備背景點意義)。評價后，依次按照整治點、保障點、保護點的順序將符合布點條件的點位保留，并替換初始點。在滿足土壤監測要求的同時，需考慮土壤實際監測分析的工作量。應根據吉林省土壤連片性強、類型相對一致的特點對點位進行相鄰區域合并。為避免數據和工具出現偏差，需對布設點位進行野外現場核查，需將不符合要求的點位按照布設要求進行現場調整并記錄，使所有布設點位均符合要求，并具備實地采樣條件。

2 布點數據處理方法和布設過程

2.1 數據處理方法

首先，將所有數據的地理坐標系及投影坐標系統一設置為WGS84坐標系統，對土地利用現狀圖、土壤屬性圖按“地類名稱”、“亞類”進行融合，融合相鄰的同種圖斑。可使用最大值法對“十一五”吉林省土壤污染狀況調查普查點位進行評價(將每個點位所有元素的最大變化率作為該點的變化率)，用于統計所有點位的總體累積性評價。

PB=MaxPBi

其中，PB為某一點的污染變化率，PBi為該點位某種元素的污染變化率。

其次，在此評價基礎上根據《土壤環境功能區劃指南》中關于土壤環境功能區劃分的標準對普查點位進行劃分，共分為三類，如圖1所示。

圖1 普查點位劃分Fig.1 Division of census points

2.2 布設過程

2.2.1 背景點布設

根據布點要求，背景點主要從“十一五”背景點中選取。可將其與土壤類型圖、土地利用類型圖進行疊置分析，并通過優化、刪除和核查取消等步驟來確定背景點位。最后的布設背景點位數量為23個，具體方法流程如圖2所示。

圖2 背景點位布設方法流程Fig.2 Layout method flow of background points

2.2.2 耕地點位布設

耕地點位布設主要利用面積占優法，篩選出8 km×8 km網格內耕地面積超過40%的網格中心點作為耕地初始網格點，并將其與土地利用現狀圖進行疊置分析，按照取消、平移、合并或選取邊緣區布點的方法布設。要注意區分不同情況，可按照替換、合并、優化和檢驗的步驟來確定吉林省耕地監測點位。最后的耕地基礎點位數量為668個，如圖3所示。

圖3 耕地基礎點位布設方法流程Fig.3 Layout method flow of cultivated land foundation points

2.2.3 林地、草地點位布設

利用ArcGIS軟件，采用面積占優法篩選出32 km×32 km網格內林地面積超過40%的網格中心點作為林地初始網格點。由于吉林省西部草地較多，但呈破碎化，按照要求的40%無符合要求點位，于是根據實際情況將面積占優比例下調至25%，以篩選出草地初始網格點。初始網格點的處理需遵循耕地布點步驟，以確定林地、草地監測點位。最終的林地點位為45個，草地點位為5個，如圖4、圖5所示。

圖4 吉林省土壤環境質量監測基礎點位布設圖(土地利用圖)Fig.4 Layout of basic points for soil environmental quality monitoring in Jilin Province (land use map)

圖5 吉林省土壤環境質量監測基礎點位布設圖(土壤類型圖)Fig.5 Layout of basic points for soil environmental quality monitoring in Jilin Province (soil type map)

3 基礎點位布設統計分析

吉林省土壤環境質量監測國控基礎點位共布設741個，其中耕地668個、林地45個、草地5個、背景點位23個，“十一五”點位保留97個。結合吉林省土壤環境質量監測基礎點位布設圖(土地利用圖)可知，吉林省土壤環境質量監測國控基礎點位空間分布合理，代表性較好，具備可操作性，能夠較全面、真實地反映出吉林省耕地、林地、草地的土壤環境質量現狀及變化趨勢。

吉林省土壤類型按土壤亞類可分為26種，布點涵蓋25種，其中湖泊不適合作為土壤布點。為驗證基礎點位布設的合理性，對各土壤亞類面積及相應亞類布設點位數量比例進行統計分析，發現總體相關性一致，其中草甸黑鈣土、草甸土主要分布在吉林省西部，耕地較多，耕地布設網格密度大于林地、草地布設的網格密度，故點位布設數量相應增多，點位數量比例稍高于土壤亞類面積比，如圖6所示。

4 結論

吉林省土壤環境質量監測國控基礎點位空間分布合理，代表性較好，具備可操作性，能夠較全面、真實地反映出吉林省耕地、林地、草地的土壤環境質量現狀及變化趨勢。經過分析，這些點位基本能夠代表相應布點區域的土壤環境質量狀況，點位數量適宜，而且具備動態性和可更新性，可以為土壤環境質量監測提供有力依據。

圖6 布設點位比例及土壤亞類面積比相關統計圖Fig.6 Statistical chart of distribution point proportion and area ratio of soil subclass