農用地土壤污染調查中采樣和布點方法

李明輝 高海英 趙恒

(吉林省農業環境保護與農村能源管理總站，吉林 長春 130000)

農用地布點采樣是一種常用的農業調查方法，通過在農用地中選取一定數量的樣本點進行調查和分析，可以有效了解農用地的土壤肥力、作物生長情況、農業生產水平等情況。農用地是農業生產的基礎，是保障國家糧食安全的重要資源。為了解農用地的分布情況、利用狀況以及土地利用變化等信息，需進行農用地調查和監測。農用地布點采樣是農業調查和監測的重要手段之一，其目的是通過對農用地樣本的采集和分析，推斷出整個農用地的情況。

1 農用地采樣布點背景介紹

目前，全國布設4萬個耕地土壤環境質量國控監測點，持續開展動態跟蹤監測。廣東、福建、江西、吉林等省份在國控監測點的基礎上布設了省控監測點，開展加密調查監測，為精準治污提供基礎數據支撐。總體來看，我國受污染耕地占比較低，污染程度以輕中度為主，絕大多數污染耕地可通過農藝調控等措施實現安全利用，無法種植食用農作物的耕地占比很少[1]。2020年吉林省完成耕地土壤環境質量類別劃分，建立以縣為單元的“一圖一表”分類治理清單。因地制宜落實耕地分類管理措施，在輕中度污染耕地推廣品種替代、水肥調控、土壤調理等安全利用措施，確保農產品達標生產；在重度污染耕地推進種植結構調整或退耕還林還草，逐步改善耕地土壤環境質量。

從數據庫采樣點分布上看，很多農用地采樣點分布缺少規律性，布點不科學性，點位與點位之間相關性較差，參考價值不大，造成數據結果意義不大。對于分析、管理、預測全省農用地情況造成了一定的影響。

這種情況的原因是多方面的，布點方面不合理，樣品采集等方面的誤差[2]。科學布點和規范采樣能反映出土壤各項指標的變化規律，實現動態的監管。

因此，在樣點布設上要盡可能結合土壤普查、祥查的取樣點，這樣才能更好地反映吉林省各地耕地地力的變化趨勢，進行動態監測，提高工作效率、節省人力和資金。但目前很多樣點布設由于沒有專業人員的參與或技術支持薄弱，在采樣點設置上缺少多方面考慮，重復工作較多，專業性不強，造成數據資源的浪費。

2 農用地土壤樣本點的原則

基于國控監測點、省控監測點與分類劃分成果，各縣市區布點疏密程度有所不同，樣點分布疏密是否科學，對于農用地土壤屬性等有重要的影響。同一個行政區域內、同一個圖斑內大量布點會造成資源的浪費，反之，過少則代表性不足，采樣前需要合理規劃布點數目，避免布點太過隨意或布點過多或過少，注意布點抽樣的合理性、科學性，為后續土壤數據庫完善、優化、統一打好基礎，方便土壤信息管理與調查，對于農用地布點過多區域的數據，要在布點采樣過程中對數據進行優化、篩選，對農用地布點過少區域，要在布點采樣中進行科學合理的補充布點，是吉林省布點的基本原則[3]。

樣本點的選擇是農用地布點采樣的第1步，目的是保證樣本點的代表性和可比性。樣本點的選擇應遵循原則具體如下。

2.1 樣本點布點要有廣泛的代表性

樣本點布點應充分代表農用地的不同類型和不同地段。對于當地特色、產量高、有代表性的農作物原則上要進行布點。布點要兼顧行政區劃、土壤類型、土地利用、管理水平、點位已有信息的完整性等因素，覆蓋所有農業縣(區、市、旗、場)和主要土壤類型，根據種植作物種類、產量水平、梯田化水平等因素的不同，并與耕地質量區域評價樣點、測土配方施肥取土樣點、耕地質量長期定位監測點相銜接。調查樣點布設后基本固定，作為每年度開展耕地質量等級調查評價的點位。

2.2 樣本點布點應兼顧周圍環境

樣本點布點應盡量避免受到人為干擾和自然災害的影響。布點采樣要與污染調查(面源污染與點源污染)兼顧，科學合理地規劃布點。

2.3 樣本點布點應兼顧數據庫信息

樣本點布點原則上可以在各縣(市、區)自選點位，做好點位登記信息。但實際上建議農用地采樣點位農作物要盡可能與歷史采樣點農作物相一致，同時要兼顧土壤類型及種植面積、農戶、合作社等因素。依據各縣(市、區)曾開展的農產品產地土壤環境質量相關監測與調查為基礎，“農產品產地土壤重金屬污染普查”監測點位(2012—2015)，“主要農產品產地土壤-農作物重金屬污染協同監測”(2019—2021)，國控例行監測點位為候選范圍。

2.4 樣本點布點的數量應符合統計學原理

樣本點布點可以在ArcGIS軟件上進行模擬，科學規劃布點采樣的區域或地塊，科學設計布點數量，形成耕地質量等級調查點位圖。當采樣區域圖斑數量過多、面積小時，可以根據分類劃分結果或者在ArcGIS軟件中進行現狀圖疊加，形成評價單元[4]。可以根據省耕地土壤環境類別劃分結果，在優先保護類耕地、安全利用類耕地，嚴格管控類耕地布設土壤農產品協同監測點位。目前，“吉林省實施優先保護類耕地平均10萬～100萬畝1個點位，每個縣布點10～70個；安全利用類耕地平均200～1000畝1個點位，每個縣布點20～50個；嚴格管控耕地平均50～200畝1個點位，每個縣布點5～20個”。

3 農用地布點方式介紹

布點方式是指在農用地中確定樣本點的位置和數量。常用的布點方式具體如下。

3.1 隨機布點

將農用地劃分為若干個小區域，然后在每個小區域內隨機選擇1個樣本點。

3.2 等距布點

將農用地劃分為若干個小區域，在每個小區域內按照一定距離等距布置樣本點。等距布點是最簡單、最常用的采樣方法之一。其原理是將整個調查區域劃分為若干個網格，在每個網格中隨機選擇1個點作為樣本點。該方法的優點是簡單易行，適用于大面積的調查區域。但是，等距抽樣容易出現樣本點分布不均、樣本點不具有代表性等問題，因此在實際應用中需要注意[5]。

3.3 分層抽樣布點

將農用地按照不同比例劃分為若干個小區域，在每個小區域內按照比例選擇相應數量的樣本點。分層抽樣是將整個調查區域按照某種特征分為若干個層次，在每個層次中進行抽樣。該方法的優點是可以考慮到不同層次的差異性，提高采樣的代表性和準確性。但是，分層抽樣需要事先對調查區域進行劃分，而且劃分的層次和標準需要根據具體情況進行選擇，不同的劃分方法可能會導致不同的采樣結果。

3.4 聚類布點

將農用地按照相似性劃分為若干個小區域，在每個小區域內選擇1個樣本點[6]。具體方法根據實際情況選擇。也可以分區域劃分，根據數據庫信息，利用分類劃分成果，將大于等于某一濃度的區域劃分為高值區，小于某一濃度的區域劃分為低值區；反復劃分，疊加結果，將調查區劃分低濃度區、過渡區和高濃度區。根據每個區域情況布設點位。

3.5 遙感數據的布點方法

隨著遙感(remote sensing，RS)、地理信息系統(Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS)和全球定位系統(Global Positioning System，GPS)等技術的不斷發展，利用新科技進行農用地布點[7]。根據數據庫信息或者利用分類劃分成果或利用分類遙感提取成果布設采樣點，根據斑塊、國控點、省控點分布密度進行布設；原則上對于布點密度集中的區域進行篩選，對于布點密度分散的區域進行補充布點，并最終確定采樣點的個數。

農用地布點采樣的主要問題是如何選擇樣本點。傳統的方法是采用等距抽樣或分層抽樣等方法，但這些方法存在一定的局限性，容易出現樣本點分布不均、樣本點不具有代表性等問題。為了解決這些問題，近年來提出了一些新的采樣方法，如基于遙感數據的采樣方法、基于地理信息系統的采樣方法等[8]。

這些方法在一定程度上提高了農用地布點采樣的準確性和效率。布點方式的選擇應根據實際情況和調查目的靈活選擇。合理的布點方案對于農用地土壤采樣有至關重要的作用，推動農用地土壤數據的建立，完善農用地動態管控和保障農產品質量安全有重要的意義。

4 農用地采樣方法

應了解采樣地塊農業生產情況，根據布點原則確定是否符合布點要求，用GPS定位儀進行定位，與以往數據相對比，正確填寫采樣信息，拍照，后續需要建立臺賬[9]。

取土壤-混合樣取樣步驟：清除土壤表面植物殘骸和石塊等；用鐵鏟切割大于取土量的20cm土柱(果樹、山藥等根系較深農產品深度為60cm耕層樣采樣深度為0～25cm，亞耕層樣采樣深度為25～50cm)；用木(竹)鏟去掉鐵鏟接觸面，并用木(竹)鏟取樣裝袋；多點混均，四分法棄取(將小石塊、植物根系等雜物去除)；當砂石等雜質、水分較高時增加采樣量[10]。

采樣方法分為對角線法(對角線分5等分，以等分點為采樣分點，≥5個，適用于污灌農田土壤)，梅花點法(≥6個，適用采樣點位代表面積較小)，棋盤式法(≥9個，適用于采樣點位代表中等面積)，蛇形法(≥15個，適用于采樣點位代表面積較大)；采樣人員可以根據采樣點位代表面積選擇采樣方法。

目前國家布點采樣主要分成3類：地力點、農藥點、測土配方調查數據等，這是當前農用地釆樣調查數據的主要來源。普通循環監測點(混合樣≥1.5kg)，17項，土壤重金屬8項、農產品重金屬5項、土壤理化性質4項；耕地地力監測點(混合樣≥2.5kg)，34項，土壤重金屬8項，農產品重金屬5項，耕地地力指標21項；農藥監測點(混合樣≥2.5kg)(水稻、小麥、玉米、蔬菜4種農產品)，34項，土壤重金屬8項，農產品重金屬5項，耕地地力指標21項，土壤與農產品農藥指標7～15項(分作物)。各個縣(市、區)也可以根據采樣的目的、用途按照這3類采樣的要求進行采樣。

根據采樣土壤種植作物不同，可以分為一般農田土壤、蔬菜地土壤、茶園、果園、牧場等，吉林省農用地主要以一般農田土壤、蔬菜地土壤為主。一般農田土壤采樣主要應用對角線法、梅花點法、棋盤式法中的任何一種方法，均勻隨機采取布設采樣點，充分混合后，按要求取樣。做好采樣記錄(采樣深度、采樣地點、采樣時間、采樣人)；蔬菜地土壤采樣方法主要應用對角線法、梅花點法、棋盤式法中的任何一種方法，要注意蔬菜地的溝、壟面積比，根據溝、壟取土點位的數量進行合理取土，采樣人員可以根據采樣點位代表面積進行選擇采樣方法。如在蔬菜、果品的收獲期采樣，采樣方式主要采用棋盤法；如需打環刀，需注意取土的位置；另外，對于污水灌溉或受污染的水灌溉的土壤取樣，一般采用對角線法布點采樣。

5 結論與展望

農用地布點科學與否直接影響農業基礎數據和信息安全，科學的農用地布點采樣對農業未來發展有著重要的作用。在各地區的采樣過程中，應該結合各地的特點(氣候、風向、作物生長規律等因素)做到因地制宜，以項目的實際需要為導向，制定合理的技術規范、操作手冊，并充分利用現有的App(采樣平臺)等科技手段，提高采樣效率，為農用地安全做好保障。

農用地科學的布點和采樣是農業地地力調查的基礎，根據土壤的情況為農民提供改良方法或調整種植結構，為農業各項目的建設發展提供科學、可靠的依據[11]。