吳 姬，伍成成，莊曉娟，許杏紅

（海南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，海南 ?？?571126）

0 引言

土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)是了解地區(qū)土壤屬性空間分布的基礎(chǔ)[1]。?？谑凶鳛楹Ｄ鲜?huì)城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)快速，工業(yè)企業(yè)較多且集中分布。2020年海口市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值1791.6億元，比上年增長(zhǎng)5.3%，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為4.5∶15.0∶80.5[2]。國(guó)內(nèi)不少學(xué)者針對(duì)?？谑谐鞘型寥繹3]、主城區(qū)農(nóng)田[4]、農(nóng)村土壤[5]、城郊蔬菜基地[6]等特定區(qū)域的土壤進(jìn)行點(diǎn)位布設(shè)和樣品采集，開展土壤重金屬、理化指標(biāo)或有機(jī)污染物等研究。但綜合考慮?？诓煌瑓^(qū)域特點(diǎn)，開展土壤點(diǎn)位布設(shè)的研究相對(duì)缺乏，點(diǎn)位布設(shè)的思路和方法尚未明確。因此，本研究在劃定海口城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)、自然區(qū)等4個(gè)城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶的基礎(chǔ)上，探究?？诓煌青l(xiāng)環(huán)境梯度帶土壤點(diǎn)位布設(shè)思路與方法，有利于實(shí)現(xiàn)合理評(píng)價(jià)?？谑型寥拉h(huán)境質(zhì)量和污染現(xiàn)狀，滿足?？谑型寥牢廴痉乐闻c管控、生態(tài)健康評(píng)價(jià)等要求。

1 研究區(qū)概況

?？谑形挥诒本?9°31′32″～20°04′52″，東經(jīng)110°07′22″～110°42′32″?？偯娣e3126.82 km2，其中陸地面積2296.82 km2，占73.46%；海域面積830 km2，占26.54%。2020年，海口市2020年農(nóng)林用地約16.84萬(wàn)hm2，占全市陸域總面積的74%；建設(shè)用地約3.73萬(wàn)hm2，占16%；其他用地約2.32萬(wàn)hm2，占10%。成土母巖主要包括基性火山巖、花崗巖、變質(zhì)巖、沉積巖、第四系松散沉積物等5種類型。土壤類型主要為磚紅壤、新積土、水稻土、風(fēng)沙土、火山灰土、石質(zhì)土等。

2 研究思路

根據(jù)?？谑械某鞘邪l(fā)展歷史及現(xiàn)狀，借鑒國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)?？谑谐青l(xiāng)交錯(cuò)帶、城市邊緣區(qū)等劃定的研究，結(jié)合歷史資料和遙感影像等，將?？谑袆澐譃槌鞘兄行膮^(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)、自然區(qū)4個(gè)環(huán)境梯度。綜合考慮?？谑懈鞒青l(xiāng)環(huán)境梯度帶區(qū)域面積、農(nóng)用地分布、點(diǎn)位布設(shè)需求等因素，確定合適的網(wǎng)格大小作為省控土壤基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)的網(wǎng)格尺度。陸泗進(jìn)[7]、謝志宜[8]等研究發(fā)現(xiàn)2 km×2 km、4 km×4 km、8 km×8 km 3種采樣尺度均能較可靠地反映珠三角區(qū)域耕地土壤重金屬含量的整體狀況和空間變異情況，小尺度網(wǎng)格對(duì)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量反映和刻畫尤為細(xì)致。因此，本研究土壤點(diǎn)位擬采取基于海口城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶區(qū)域面積大小，采用不同網(wǎng)格尺度的點(diǎn)位布設(shè)方法。為科學(xué)反映?？谑型寥拉h(huán)境質(zhì)量，本研究借鑒國(guó)家在農(nóng)用地上布設(shè)土壤基礎(chǔ)點(diǎn)以說(shuō)清土壤環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢(shì)的思路，采取在不同海口城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶農(nóng)用地面積占優(yōu)網(wǎng)格內(nèi)布設(shè)土壤點(diǎn)位的方法。

點(diǎn)位布設(shè)遵循代表性、可行性、覆蓋性原則。點(diǎn)位布設(shè)需統(tǒng)籌考慮土地利用方式、成土母巖、土壤類型、居民點(diǎn)分布、污染源分布等，實(shí)現(xiàn)所布設(shè)點(diǎn)位具有廣泛的代表性。點(diǎn)位布設(shè)應(yīng)充分考慮人力和財(cái)力條件，確保技術(shù)和能力可行。點(diǎn)位布設(shè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)4個(gè)城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶的多點(diǎn)位覆蓋，涵蓋4個(gè)城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶的主要成土母巖和土壤類型。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)平臺(tái)

本研究的數(shù)據(jù)源主要包括規(guī)劃資料、年鑒資料、遙感影像、專題地理信息數(shù)據(jù)等。其中，遙感影像主要為Google地圖?？谑袣v史影像；專題地理信息數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃、土地利用現(xiàn)狀、成土母巖、土壤類型、生態(tài)保護(hù)紅線、河流湖庫(kù)、地形地貌、自然保護(hù)區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園、交通干線、污染源分布、居民點(diǎn)分布等。本研究主要使用的軟件平臺(tái)有ArcGIS系統(tǒng)和91衛(wèi)圖助手等。

3.2 布設(shè)方法

3.2.1 創(chuàng)建初始理論點(diǎn)位

利用Arc GIS軟件，在?？谑谐鞘兄行膮^(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)、自然區(qū)4個(gè)環(huán)境梯度帶上采用網(wǎng)格法布點(diǎn)。城市中心區(qū)和城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)環(huán)境梯度帶是在張利利等[9]劃定的“?？谑谐青l(xiāng)交錯(cuò)帶”內(nèi)外邊界，琚青青等[10]界定的“海口市城市邊緣區(qū)”內(nèi)外邊界的基礎(chǔ)上，結(jié)合?？谑谐鞘锌傮w規(guī)劃、?？谕恋乩矛F(xiàn)狀變化（特別是城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化）和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行劃定。自然區(qū)初步選取海南?？谑交鹕饺簢?guó)家地質(zhì)自然公園、海南海口火山國(guó)家森林自然公園，但鑒于這2個(gè)區(qū)域土層薄，土壤深層樣品采集不具備可行性，因此在城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)環(huán)境梯度帶以外區(qū)域，根據(jù)連片林地圖斑面積大小，選取3個(gè)林地成片分布面積較大的區(qū)域，劃定為自然區(qū)。城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、自然區(qū)劃定后，其他區(qū)域?yàn)檗r(nóng)村區(qū)（見圖1）。城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、自然區(qū)、農(nóng)村區(qū)的面積分別約為376.40 km2、780.54 km2、7.60 km2、1132.28 km2。

圖1 海口市城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶網(wǎng)格和中心點(diǎn)

國(guó)家“十三五”土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)國(guó)控點(diǎn)位布設(shè)方法中規(guī)定對(duì)于全省耕地建立8 km×8 km網(wǎng)格、對(duì)于林草地建立32 km×32 km網(wǎng)格，海南省省控土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)則是對(duì)全省農(nóng)用地統(tǒng)一建立6 km×6 km網(wǎng)格。結(jié)合?？谑?個(gè)環(huán)境梯度帶面積大小，本研究借鑒謝志宜[8]等對(duì)于小尺度網(wǎng)格對(duì)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量反映和刻畫尤為細(xì)致的研究成果，采用不同的小網(wǎng)格尺度，自然區(qū)建立0.5 km×0.5 km網(wǎng)格，城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)建立2 km×2 km網(wǎng)格，農(nóng)村區(qū)建立4 km×4 km網(wǎng)格，統(tǒng)一生成網(wǎng)格中心點(diǎn)（見圖1）。自然區(qū)生成69個(gè)網(wǎng)格及其中心點(diǎn)，城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)分別生成131個(gè)、238個(gè)、187個(gè)網(wǎng)格及中心點(diǎn)。

3.2.2 優(yōu)化初始理論點(diǎn)位

（1）設(shè)定有效網(wǎng)格。國(guó)家“十三五”土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)國(guó)控點(diǎn)位布設(shè)方法采用面積占優(yōu)法，在耕地或林地面積占比超過(guò)40%的網(wǎng)格內(nèi)布設(shè)土壤點(diǎn)位。本研究參考利用面積占優(yōu)法，為保證土壤點(diǎn)位的代表性，對(duì)面積占優(yōu)比例進(jìn)行調(diào)整，在自然區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)選取農(nóng)用地面積超過(guò)60%的網(wǎng)格布設(shè)點(diǎn)位，城市中心區(qū)由于建設(shè)用地面積多，選取農(nóng)用地面積超過(guò)35%的網(wǎng)格布設(shè)點(diǎn)位。

城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)農(nóng)用地范圍主要根據(jù)《GB 15618—2018土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》確定，GB 15618—2018中“農(nóng)用地”指《GB/T 21010—2017土地利用現(xiàn)狀分類》中耕地（水田、水澆地、旱地）、園地（果園、茶園）、草地（天然牧草地、人工牧草地）。結(jié)合GB 15618—2018中農(nóng)用地類別，考慮海南省多園地（多橡膠、多果園）的特點(diǎn)，將海南省耕地（水田、水澆地、旱地）、園地（果園、茶園、其他園地—含橡膠園）、草地（人工牧草地、天然牧草地）作為農(nóng)用地統(tǒng)計(jì)圖斑。自然區(qū)農(nóng)用地范圍為林地、耕地、園地、草地，即在上述三個(gè)城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶農(nóng)用地范圍的基礎(chǔ)上增加林地，與《GB/T 21010—2017土地利用現(xiàn)狀分類》附錄A農(nóng)用地分類一致。

自然區(qū)（含林地）、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)農(nóng)用地面積滿足要求的有效網(wǎng)格數(shù)量分別為42個(gè)、46個(gè)、34個(gè)，城市中心區(qū)農(nóng)用地面積滿足要求的有效網(wǎng)格數(shù)量為23個(gè)。

（2）選取有效網(wǎng)格。選取的有效網(wǎng)格應(yīng)覆蓋各城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶的主要土壤類型、成土母巖，平衡分布于各城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶，一般不處于2個(gè)城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶邊界。自然區(qū)、城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)選取的有效網(wǎng)格數(shù)量分別為12個(gè)、15個(gè)、20個(gè)、20個(gè)，共計(jì)67個(gè)有效網(wǎng)格（見圖2）。通過(guò)選定網(wǎng)格中心點(diǎn)、移動(dòng)網(wǎng)格中心點(diǎn)等方式，確定選取的有效網(wǎng)格內(nèi)的土壤點(diǎn)位，共計(jì)67個(gè)土壤點(diǎn)位。

（3）歷史點(diǎn)位分析。有效網(wǎng)格內(nèi)有歷史監(jiān)測(cè)點(diǎn)位（省控網(wǎng)點(diǎn)位），該項(xiàng)目布設(shè)的土壤點(diǎn)位不能與歷史監(jiān)測(cè)點(diǎn)位重疊（距離＞500 m），或重新選取緊鄰的有效網(wǎng)格布設(shè)土壤點(diǎn)位。

（4）新增點(diǎn)位布設(shè)。有效網(wǎng)格內(nèi)無(wú)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自然區(qū)在林地圖斑上布設(shè)點(diǎn)位，城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)應(yīng)優(yōu)先在耕地或園地圖斑上布設(shè)點(diǎn)位。監(jiān)測(cè)點(diǎn)落在圖斑邊界的，盡量調(diào)整平移到圖斑的中部，且盡量靠近網(wǎng)格中心。

（5）疊加河（湖、庫(kù)）和山地圖層。選取的有效網(wǎng)格中心點(diǎn)落在大面積的河（湖、庫(kù)）面的，取消該類網(wǎng)格中心點(diǎn)，就近選擇非河（湖、庫(kù)）區(qū)域上的有效網(wǎng)格，選?。ɑ蛟黾樱┍O(jiān)測(cè)點(diǎn)作為備選。網(wǎng)格中心點(diǎn)落在山地，且點(diǎn)位所處位置采樣困難的，則取消該網(wǎng)格中心點(diǎn)，在附近有效網(wǎng)格選?。ɑ蛟黾樱┍O(jiān)測(cè)點(diǎn)作為備選。

（6）疊加污染源、居民點(diǎn)和交通道路緩沖區(qū)圖層。國(guó)家“十三五”土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)國(guó)控點(diǎn)位布設(shè)方法中規(guī)定對(duì)于交通道路網(wǎng)150 m緩沖區(qū)以內(nèi)、距離居民點(diǎn)300 m以內(nèi)的點(diǎn)位（容易受到人為干擾，不具有長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的連續(xù)性）或周邊600 m范圍內(nèi)存在污染源的點(diǎn)位可舍棄、平移或與相鄰點(diǎn)位合并。據(jù)此本研究針對(duì)污染源生成600 m緩沖區(qū)、居民點(diǎn)生成300 m緩沖區(qū)、交通道路兩側(cè)生成150 m緩沖區(qū)，將網(wǎng)格點(diǎn)與緩沖區(qū)做疊置分析，判斷網(wǎng)格點(diǎn)是否落入緩沖區(qū)內(nèi)，將落在此范圍內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)，平移到同一網(wǎng)格內(nèi)，距離道路150 m以上、居民點(diǎn)300 m以上、污染源600 m以上的耕地（或園地、林地）處。城市中心區(qū)環(huán)境梯度帶結(jié)合實(shí)際情況在有效網(wǎng)格內(nèi)確定點(diǎn)位，與交通道路、居民點(diǎn)、污染源的距離不做嚴(yán)格限制。

（7）疊加成土母巖和土壤類型。將優(yōu)化后的理論點(diǎn)位與成土母巖圖、土壤類型圖做疊置分析，獲取各網(wǎng)格點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的成土母巖、土壤類型等信息。整體分析布設(shè)點(diǎn)位覆蓋的成土母巖和土壤類型，針對(duì)?？谑胁煌青l(xiāng)環(huán)境梯度帶農(nóng)用地主要成土母巖和土壤類型進(jìn)行個(gè)別點(diǎn)位位置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)土壤點(diǎn)位對(duì)不同城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶農(nóng)用地主要成土母巖和土壤類型的全覆蓋。

3.2.3 調(diào)整點(diǎn)位密度

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位應(yīng)覆蓋海口市各城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶主要涉及的成土母巖、土壤類型，若未覆蓋主要的成土母巖或土壤類型，則選取該城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶農(nóng)用地范圍內(nèi)、最大片的未覆蓋成土母巖、土壤類型圖斑的中部位置，新增監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，如在農(nóng)村區(qū)成土母巖為第四系松散沉積物的區(qū)域新增3個(gè)點(diǎn)位，減少原來(lái)3個(gè)有效網(wǎng)格內(nèi)的點(diǎn)位，土壤點(diǎn)位數(shù)量控制為20個(gè)。?？谑胁煌青l(xiāng)環(huán)境梯度帶土壤點(diǎn)位布設(shè)位置見圖3。

3.2.4 點(diǎn)位核實(shí)與確認(rèn)

通過(guò)衛(wèi)星影像和現(xiàn)場(chǎng)勘查相結(jié)合的方式，對(duì)處于不同土地利用類型、土壤類型或成土母巖交界地區(qū)的點(diǎn)位，或點(diǎn)位土地利用方式可能發(fā)生變化的點(diǎn)位，進(jìn)行舍棄、平移。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件不具備采樣條件的，要對(duì)理論網(wǎng)格點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)理論點(diǎn)位的核實(shí)確認(rèn)和優(yōu)化。

3.2.5 點(diǎn)位布設(shè)合理性分析

?？谑谐青l(xiāng)環(huán)境梯度帶土壤點(diǎn)位共布設(shè)67個(gè)，其中自然區(qū)12個(gè)、城市中心區(qū)15個(gè)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)20個(gè)、農(nóng)村區(qū)20個(gè)。自然區(qū)涉及的主要土壤類型為磚紅壤、火山灰土、石質(zhì)土、紫色土，對(duì)應(yīng)的土壤點(diǎn)位分別為5個(gè)、2個(gè)、2個(gè)、3個(gè)。城市中心區(qū)涉及的主要土壤類型為磚紅壤、水稻土、火山灰土、新積土，對(duì)應(yīng)的土壤點(diǎn)位分別為8個(gè)、4個(gè)、2個(gè)、1個(gè)。城市交錯(cuò)區(qū)涉及的土壤類型為磚紅壤、水稻土、火山灰土、石質(zhì)土、新積土，對(duì)應(yīng)的土壤點(diǎn)位分別為10個(gè)、5個(gè)、3個(gè)、1個(gè)、1個(gè)。農(nóng)村區(qū)涉及的主要土壤類型為磚紅壤、水稻土，對(duì)應(yīng)的土壤點(diǎn)位為18個(gè)、2個(gè)。?？谑型寥傈c(diǎn)位已基本覆蓋不同城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶農(nóng)用地主要土壤類型。

?？谑凶匀粎^(qū)、城市中心區(qū)、城市交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)等4個(gè)城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶涉及的主要成土母巖均為基性火山巖、第四系松散沉積物，自然區(qū)基性火山巖、第四系松散沉積物2種成土母巖對(duì)應(yīng)的土壤點(diǎn)位為8個(gè)、4個(gè)，城市中心區(qū)2種成土母巖對(duì)應(yīng)的土壤點(diǎn)位為11個(gè)、4個(gè)，城市交錯(cuò)區(qū)2種成土母巖對(duì)應(yīng)的土壤點(diǎn)位為16個(gè)、4個(gè)，農(nóng)村區(qū)2種成土母巖對(duì)應(yīng)的土壤點(diǎn)位為16個(gè)、4個(gè)。?？谑型寥傈c(diǎn)位已基本覆蓋不同城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶主要成土母巖。

4 結(jié)論與討論

（1）?？谑型寥傈c(diǎn)位已基本覆蓋不同城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶主要成土母巖和土壤類型，布設(shè)合理，代表性較好，可反映?？谑胁煌青l(xiāng)環(huán)境梯度土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，為?？谑型寥拉h(huán)境質(zhì)量、生態(tài)健康評(píng)價(jià)及土壤污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

（2）本研究土壤點(diǎn)位布設(shè)方法綜合考慮了?？谑胁煌青l(xiāng)環(huán)境梯度帶、成土母巖、土壤類型特點(diǎn)，通過(guò)采取不同小網(wǎng)格尺度、統(tǒng)籌分析土地利用類型，及污染源、居民點(diǎn)和交通干線等分布，完成點(diǎn)位布設(shè)。土壤點(diǎn)位布設(shè)方法可為區(qū)域土壤點(diǎn)位布設(shè)提供借鑒。

（3）本研究土壤點(diǎn)位布設(shè)基于項(xiàng)目劃定的自然區(qū)、城市中心區(qū)、城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)、農(nóng)村區(qū)等4個(gè)不同城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶，后期隨著?？谑谐鞘邪l(fā)展，土地利用類型、工業(yè)企業(yè)分布、交通道路分布等將發(fā)生變化，城鄉(xiāng)環(huán)境梯度帶必將發(fā)生改變，土壤點(diǎn)位可進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。