吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)方法研究

王 瑩，馬麗欣

(吉林省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，長春 130011)

0 引言

土壤是自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資料，是人類賴以生存的自然資源。開展土壤質(zhì)量調(diào)查與評價(jià)能夠?qū)ν寥蕾Y源的管理與污染防治等工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持[1]。土壤監(jiān)測樣點(diǎn)布設(shè)是了解地區(qū)土壤屬性空間的基礎(chǔ)，它直接影響著土壤科學(xué)研究的深度和土壤制圖的精度[2]。在相應(yīng)準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，以“十一五”背景點(diǎn)為基礎(chǔ)，采用GIS方法布設(shè)基礎(chǔ)點(diǎn)位。同時(shí)為避免偏差，還需對布設(shè)點(diǎn)位進(jìn)行野外現(xiàn)場核查，將不符合要求的點(diǎn)位按照布設(shè)要求進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整并記錄，讓所有點(diǎn)位均符合要求，并具備實(shí)地采樣條件，進(jìn)而完成吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測基礎(chǔ)點(diǎn)位的布設(shè)。

1 布點(diǎn)資料和布設(shè)原則

1.1 主要資料

主要資料包括：8 km×8 km、32 km×32 km網(wǎng)格的吉林省行政區(qū)劃圖、吉林省土地利用現(xiàn)狀圖(采用2013年的解譯結(jié)果)、吉林省土壤類型圖、吉林省主要交通路網(wǎng)圖、吉林省行政區(qū)劃圖、吉林省“十一五”土壤調(diào)查監(jiān)測點(diǎn)位信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)、吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量例行監(jiān)測試點(diǎn)數(shù)據(jù)。

1.2 布設(shè)原則

基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)采用網(wǎng)格法，網(wǎng)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(jù)布點(diǎn)要求，背景點(diǎn)主要從“十一五”背景點(diǎn)位中選取(其他時(shí)段土壤環(huán)境變化大，很多點(diǎn)位已不具備背景點(diǎn)意義)。評價(jià)后，依次按照整治點(diǎn)、保障點(diǎn)、保護(hù)點(diǎn)的順序?qū)⒎喜键c(diǎn)條件的點(diǎn)位保留，并替換初始點(diǎn)。在滿足土壤監(jiān)測要求的同時(shí)，需考慮土壤實(shí)際監(jiān)測分析的工作量。應(yīng)根據(jù)吉林省土壤連片性強(qiáng)、類型相對一致的特點(diǎn)對點(diǎn)位進(jìn)行相鄰區(qū)域合并。為避免數(shù)據(jù)和工具出現(xiàn)偏差，需對布設(shè)點(diǎn)位進(jìn)行野外現(xiàn)場核查，需將不符合要求的點(diǎn)位按照布設(shè)要求進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整并記錄，使所有布設(shè)點(diǎn)位均符合要求，并具備實(shí)地采樣條件。

2 布點(diǎn)數(shù)據(jù)處理方法和布設(shè)過程

2.1 數(shù)據(jù)處理方法

首先，將所有數(shù)據(jù)的地理坐標(biāo)系及投影坐標(biāo)系統(tǒng)一設(shè)置為WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)，對土地利用現(xiàn)狀圖、土壤屬性圖按“地類名稱”、“亞類”進(jìn)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(diào)查普查點(diǎn)位進(jìn)行評價(jià)(將每個(gè)點(diǎn)位所有元素的最大變化率作為該點(diǎn)的變化率)，用于統(tǒng)計(jì)所有點(diǎn)位的總體累積性評價(jià)。

PB=MaxPBi

其中，PB為某一點(diǎn)的污染變化率，PBi為該點(diǎn)位某種元素的污染變化率。

其次，在此評價(jià)基礎(chǔ)上根據(jù)《土壤環(huán)境功能區(qū)劃指南》中關(guān)于土壤環(huán)境功能區(qū)劃分的標(biāo)準(zhǔn)對普查點(diǎn)位進(jìn)行劃分，共分為三類，如圖1所示。

圖1 普查點(diǎn)位劃分Fig.1 Division of census points

2.2 布設(shè)過程

2.2.1 背景點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)布點(diǎn)要求，背景點(diǎn)主要從“十一五”背景點(diǎn)中選取。可將其與土壤類型圖、土地利用類型圖進(jìn)行疊置分析，并通過優(yōu)化、刪除和核查取消等步驟來確定背景點(diǎn)位。最后的布設(shè)背景點(diǎn)位數(shù)量為23個(gè)，具體方法流程如圖2所示。

圖2 背景點(diǎn)位布設(shè)方法流程Fig.2 Layout method flow of background points

2.2.2 耕地點(diǎn)位布設(shè)

耕地點(diǎn)位布設(shè)主要利用面積占優(yōu)法，篩選出8 km×8 km網(wǎng)格內(nèi)耕地面積超過40%的網(wǎng)格中心點(diǎn)作為耕地初始網(wǎng)格點(diǎn)，并將其與土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行疊置分析，按照取消、平移、合并或選取邊緣區(qū)布點(diǎn)的方法布設(shè)。要注意區(qū)分不同情況，可按照替換、合并、優(yōu)化和檢驗(yàn)的步驟來確定吉林省耕地監(jiān)測點(diǎn)位。最后的耕地基礎(chǔ)點(diǎn)位數(shù)量為668個(gè)，如圖3所示。

圖3 耕地基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)方法流程Fig.3 Layout method flow of cultivated land foundation points

2.2.3 林地、草地點(diǎn)位布設(shè)

利用ArcGIS軟件，采用面積占優(yōu)法篩選出32 km×32 km網(wǎng)格內(nèi)林地面積超過40%的網(wǎng)格中心點(diǎn)作為林地初始網(wǎng)格點(diǎn)。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(diǎn)位，于是根據(jù)實(shí)際情況將面積占優(yōu)比例下調(diào)至25%，以篩選出草地初始網(wǎng)格點(diǎn)。初始網(wǎng)格點(diǎn)的處理需遵循耕地布點(diǎn)步驟，以確定林地、草地監(jiān)測點(diǎn)位。最終的林地點(diǎn)位為45個(gè)，草地點(diǎn)位為5個(gè)，如圖4、圖5所示。

圖4 吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)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(huán)境質(zhì)量監(jiān)測基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)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(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)統(tǒng)計(jì)分析

吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測國控基礎(chǔ)點(diǎn)位共布設(shè)741個(gè)，其中耕地668個(gè)、林地45個(gè)、草地5個(gè)、背景點(diǎn)位23個(gè)，“十一五”點(diǎn)位保留97個(gè)。結(jié)合吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)圖(土地利用圖)可知，吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測國控基礎(chǔ)點(diǎn)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(shí)地反映出吉林省耕地、林地、草地的土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)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(diǎn)涵蓋25種，其中湖泊不適合作為土壤布點(diǎn)。為驗(yàn)證基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)的合理性，對各土壤亞類面積及相應(yīng)亞類布設(shè)點(diǎn)位數(shù)量比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)總體相關(guān)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(shè)網(wǎng)格密度大于林地、草地布設(shè)的網(wǎng)格密度，故點(diǎn)位布設(shè)數(shù)量相應(yīng)增多，點(diǎn)位數(shù)量比例稍高于土壤亞類面積比，如圖6所示。

4 結(jié)論

吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測國控基礎(chǔ)點(diǎn)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(shí)地反映出吉林省耕地、林地、草地的土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及變化趨勢。經(jīng)過分析，這些點(diǎn)位基本能夠代表相應(yīng)布點(diǎn)區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，點(diǎn)位數(shù)量適宜，而且具備動(dòng)態(tài)性和可更新性，可以為土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測提供有力依據(jù)。

圖6 布設(shè)點(diǎn)位比例及土壤亞類面積比相關(guān)統(tǒng)計(jì)圖Fig.6 Statistical chart of distribution point proportion and area ratio of soil subclass