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”背景點為基礎(chǔ)，采用GIS方法布設(shè)基礎(chǔ)點位。同時為避免偏差，還需對布設(shè)點位進行野外現(xiàn)場核查，將不符合要求的點位按照布設(shè)要求進行現(xiàn)場調(diào)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(huán)境質(zhì)量監(jiān)測基礎(chǔ)點位的布設(shè)。

1 布點資料和布設(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)測試點數(shù)據(jù)。

1.2 布設(shè)原則

基礎(chǔ)點位布設(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(huán)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?qū)⒎喜键c條件的點位保留，并替換初始點。在滿足土壤監(jiān)測要求的同時，需考慮土壤實際監(jiān)測分析的工作量。應(yīng)根據(jù)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(qū)域合并。為避免數(shù)據(jù)和工具出現(xiàn)偏差，需對布設(shè)點位進行野外現(xiàn)場核查，需將不符合要求的點位按照布設(shè)要求進行現(xiàn)場調(diào)整并記錄，使所有布設(shè)點位均符合要求，并具備實地采樣條件。

2 布點數(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(tǒng)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(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(shè)過程

2.2.1 背景點布設(shè)

根據(jù)布點要求，背景點主要從“十一五”背景點中選取?？蓪⑵渑c土壤類型圖、土地利用類型圖進行疊置分析，并通過優(yōu)化、刪除和核查取消等步驟來確定背景點位。最后的布設(shè)背景點位數(shù)量為23個，具體方法流程如圖2所示。

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

2.2.2 耕地點位布設(shè)

耕地點位布設(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)格中心點作為耕地初始網(wǎng)格點，并將其與土地利用現(xiàn)狀圖進行疊置分析，按照取消、平移、合并或選取邊緣區(qū)布點的方法布設(shè)。要注意區(qū)分不同情況，可按照替換、合并、優(yōu)化和檢驗的步驟來確定吉林省耕地監(jiān)測點位。最后的耕地基礎(chǔ)點位數(shù)量為668個，如圖3所示。

圖3 耕地基礎(chǔ)點位布設(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)格中心點作為林地初始網(wǎng)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(jù)實際情況將面積占優(yōu)比例下調(diào)至25%，以篩選出草地初始網(wǎng)格點。初始網(wǎng)格點的處理需遵循耕地布點步驟，以確定林地、草地監(jiān)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(huán)境質(zhì)量監(jiān)測基礎(chǔ)點位布設(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)點位布設(shè)統(tǒng)計分析

吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測國控基礎(chǔ)點位共布設(shè)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(jié)合吉林省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測基礎(chǔ)點位布設(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(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，布點涵蓋25種，其中湖泊不適合作為土壤布點。為驗證基礎(chǔ)點位布設(shè)的合理性，對各土壤亞類面積及相應(yīng)亞類布設(shè)點位數(shù)量比例進行統(tǒng)計分析，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，故點位布設(shè)數(shù)量相應(yīng)增多，點位數(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(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及變化趨勢。經(jīng)過分析，這些點位基本能夠代表相應(yīng)布點區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，點位數(shù)量適宜，而且具備動態(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)點位比例及土壤亞類面積比相關(guān)統(tǒng)計圖Fig.6 Statistical chart of distribution point proportion and area ratio of soil subclass