吉林省土壤环境质量监测基础点位布设方法研究

为进一步开展土壤环境监测工作，加快完善土壤环境监测技术体系建设，掌握吉林省土壤环境质量状况及变化趋势，应用了GIS方法布设吉林省土壤环境质量监测基础点位。点位主要布设在耕地、林地、草地，同时在"十一五"土壤调查点位中选取了部分背景点位。这些点位基本代表了相应布点区域的土壤环境质量状况，点位数量适宜，具备动态性和可更新性。 

 引言

土壤是自然环境和生态系统的重要组成部分，是农业生产的基本资料，是人类赖以生存的自然资源。开展土壤质量调查与评价能够对土壤资源的管理与污染防治等工作提供基础数据和技术支持[1]。土壤监测样点布设是了解地区土壤属性空间的基础，它直接影响着土壤科学研究的深度和土壤制图的精度[2]。在相应准备的基础上，以“十一五”背景点为基础，采用GIS方法布设基础点位。同时为避免偏差，还需对布设点位进行野外现场核查，将不符合要求的点位按照布设要求进行现场调整并记录，让所有点位均符合要求，并具备实地采样条件，进而完成吉林省土壤环境质量监测基础点位的布设。

1 布点资料和布设原则

1.1 主要资料

主要资料包括:8 km×8 km、32 km×32 km网格的吉林省行政区划图、吉林省土地利用现状图(采用2013年的解译结果)、吉林省土壤类型图、吉林省主要交通路网图、吉林省行政区划图、吉林省“十一五”土壤调查监测点位信息和监测数据、吉林省土壤环境质量例行监测试点数据。

1.2 布设原则

基础点位布设采用网格法，网格尺度定为:耕地8 km×8 km、林地32 km×32 km、草地32 km×32 km。根据布点要求，背景点主要从“十一五”背景点位中选取(其他时段土壤环境变化大，很多点位已不具备背景点意义)。评价后，依次按照整治点、保障点、保护点的顺序将符合布点条件的点位保留，并替换初始点。在满足土壤监测要求的同时，需考虑土壤实际监测分析的工作量。应根据吉林省土壤连片性强、类型相对一致的特点对点位进行相邻区域合并。为避免数据和工具出现偏差，需对布设点位进行野外现场核查，需将不符合要求的点位按照布设要求进行现场调整并记录，使所有布设点位均符合要求，并具备实地采样条件。

2 布点数据处理方法和布设过程

2.1 数据处理方法

首先，将所有数据的地理坐标系及投影坐标系统一设置为WGS84坐标系统，对土地利用现状图、土壤属性图按“地类名称”、“亚类”进行融合，融合相邻的同种图斑。可使用最大值法对“十一五”吉林省土壤污染状况调查普查点位进行评价(将每个点位所有元素的最大变化率作为该点的变化率)，用于统计所有点位的总体累积性评价。

 
其中，PB为某一点的污染变化率，PBi为该点位某种元素的污染变化率。

其次，在此评价基础上根据《土壤环境功能区划指南》中关于土壤环境功能区划分的标准对普查点位进行划分，共分为三类，如图1所示。

2.2 布设过程

2.2.1 背景点布设

根据布点要求，背景点主要从“十一五”背景点中选取。可将其与土壤类型图、土地利用类型图进行叠置分析，并通过优化、删除和核查取消等步骤来确定背景点位。最后的布设背景点位数量为23个，具体方法流程如图2所示。

2.2.2 耕地点位布设

耕地点位布设主要利用面积占优法，筛选出8 km×8 km网格内耕地面积超过40%的网格中心点作为耕地初始网格点，并将其与土地利用现状图进行叠置分析，按照取消、平移、合并或选取边缘区布点的方法布设。要注意区分不同情况，可按照替换、合并、优化和检验的步骤来确定吉林省耕地监测点位。最后的耕地基础点位数量为668个，如图3所示。

2.2.3 林地、草地点位布设

利用ArcGIS软件，采用面积占优法筛选出32 km×32 km网格内林地面积超过40%的网格中心点作为林地初始网格点。由于吉林省西部草地较多，但呈破碎化，按照要求的40%无符合要求点位，于是根据实际情况将面积占优比例下调至25%，以筛选出草地初始网格点。初始网格点的处理需遵循耕地布点步骤，以确定林地、草地监测点位。最终的林地点位为45个，草地点位为5个，如图4、图5所示。

3 基础点位布设统计分析

吉林省土壤环境质量监测国控基础点位共布设741个，其中耕地668个、林地45个、草地5个、背景点位23个，“十一五”点位保留97个。结合吉林省土壤环境质量监测基础点位布设图(土地利用图)可知，吉林省土壤环境质量监测国控基础点位空间分布合理，代表性较好，具备可操作性，能够较全面、真实地反映出吉林省耕地、林地、草地的土壤环境质量现状及变化趋势。

吉林省土壤类型按土壤亚类可分为26种，布点涵盖25种，其中湖泊不适合作为土壤布点。为验证基础点位布设的合理性，对各土壤亚类面积及相应亚类布设点位数量比例进行统计分析，发现总体相关性一致，其中草甸黑钙土、草甸土主要分布在吉林省西部，耕地较多，耕地布设网格密度大于林地、草地布设的网格密度，故点位布设数量相应增多，点位数量比例稍高于土壤亚类面积比，如图6所示。

4 结论

吉林省土壤环境质量监测国控基础点位空间分布合理，代表性较好，具备可操作性，能够较全面、真实地反映出吉林省耕地、林地、草地的土壤环境质量现状及变化趋势。经过分析，这些点位基本能够代表相应布点区域的土壤环境质量状况，点位数量适宜，而且具备动态性和可更新性，可以为土壤环境质量监测提供有力依据。

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