土壤環(huán)境背景點(diǎn)位布設(shè)思路與方法

張麗麗，鄭玉婷，于洋，林軍

(生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，北京 100029)

土壤是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，關(guān)系人民群眾身體健康，關(guān)系美麗中國(guó)建設(shè)，保護(hù)好土壤環(huán)境是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全的重要內(nèi)容[1-3]?？茖W(xué)地確定具有代表性的土壤環(huán)境背景點(diǎn)并獲取背景值是監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)土壤污染情況的重中之重。土壤環(huán)境背景點(diǎn)是指用于獲取土壤環(huán)境背景值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采樣位置。調(diào)查研究土壤環(huán)境背景點(diǎn)的點(diǎn)位布設(shè)，對(duì)于完成土壤中元素和化合物的含量分析，制定土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)區(qū)域性環(huán)境質(zhì)量、研究元素和化合物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律具有重要作用[4-7]。

近四十年來(lái)，我國(guó)在土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)方面做了大量工作，積累了豐富的數(shù)據(jù)資料和工作經(jīng)驗(yàn)。然而，在點(diǎn)位布設(shè)中，仍存在如下問(wèn)題與不足:一是土壤環(huán)境背景區(qū)的劃分不清晰，主要體現(xiàn)在未有效結(jié)合我國(guó)土地利用現(xiàn)狀明確土壤環(huán)境干擾源；同時(shí)，未考慮環(huán)境干擾源對(duì)周?chē)鷧^(qū)域可能造成的潛在污染影響。二是點(diǎn)位布設(shè)時(shí)未有效利用地理信息技術(shù)，點(diǎn)位布設(shè)效率有待提高。三是隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，土地利用用途變更、環(huán)境污染范圍加大以及環(huán)境污染物種類(lèi)增加，一些點(diǎn)位已不再適宜保留，導(dǎo)致在一定程度上可能缺失了一些土類(lèi)類(lèi)型的背景點(diǎn)。

在此背景下，亟須利用我國(guó)前期開(kāi)展的背景值調(diào)查數(shù)據(jù)，提出我國(guó)土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布設(shè)思路與方法。近年來(lái)，3S 技術(shù)逐漸發(fā)展為土地資源可持續(xù)利用研究中的高新技術(shù)，在土壤布點(diǎn)與采樣中得到廣泛應(yīng)用。3S 技術(shù)包括遙感(RS，remote sensing)、地理信息系統(tǒng)(GIS，geography information systems)和全球定位系統(tǒng)(GPS，global positioning systems)，是對(duì)空間信息的采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用進(jìn)行多學(xué)科高度集成的現(xiàn)代信息技術(shù)[8]。3S 技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中，如土壤污染、土壤荒漠以及土壤侵蝕等[9-12]。針對(duì)傳統(tǒng)土壤布點(diǎn)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、高成本的問(wèn)題，運(yùn)用3S 技術(shù)進(jìn)行布點(diǎn)具有快捷、準(zhǔn)確、宏觀顯示等多方面的優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)殚_(kāi)展土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)等工作提供有力的技術(shù)支撐。

1 國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)做法和經(jīng)驗(yàn)

1.1 發(fā)達(dá)國(guó)家土壤背景點(diǎn)布設(shè)經(jīng)驗(yàn)

從20 世紀(jì)60 年代起，為了研究區(qū)域范圍內(nèi)土壤中的元素水平，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS，United States Geological Survey)開(kāi)展了一系列的土壤環(huán)境背景點(diǎn)調(diào)查工作。1961—1984 年，USGS 在美國(guó)大陸本土上以80km×80km 網(wǎng)格布設(shè)了1318 個(gè)土壤背景采樣點(diǎn)[13]。1988 年，USGS 在阿拉斯加州以80km×80km 網(wǎng)格布設(shè)了266 個(gè)土壤背景采樣點(diǎn)，采樣深度為20cm[14]。2007—2013 年，USGS 開(kāi)展了地球化學(xué)和礦物學(xué)調(diào)查，在美國(guó)大陸本土上以40km×40km 網(wǎng)格布設(shè)了4857 個(gè)采樣點(diǎn)[15]。美國(guó)土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布設(shè)強(qiáng)調(diào)可操作性和規(guī)避性，采樣區(qū)域主要遵循以下原則:遠(yuǎn)離巷道、交通擁擠區(qū)域、填埋場(chǎng)、已知的礦床地質(zhì)和明顯污染的區(qū)域；地表物質(zhì)與自然條件相差不大，且適宜植物生長(zhǎng)；避免在距離高速公路200m 以內(nèi)采樣；避免在距離鄉(xiāng)村道路50m 以內(nèi)采樣；避免在距離建筑物或構(gòu)筑物100m 以內(nèi)采樣；避免在距離農(nóng)田邊際50m 的范圍內(nèi)或其他可能存放大量肥料的區(qū)域采樣；避免在主要工業(yè)活動(dòng)(如發(fā)電廠或冶煉廠)場(chǎng)地的下風(fēng)處5km 以內(nèi)采樣[16]。

從20 世紀(jì)70 年代起，英國(guó)的英格蘭、威爾士土壤調(diào)查總部開(kāi)展了一系列的土壤環(huán)境濃度調(diào)查工作。1978—1982 年，英格蘭、威爾士土壤調(diào)查總部按5km×5km 網(wǎng)格設(shè)計(jì)，以網(wǎng)格中心劃分出一個(gè)20m×20m 網(wǎng)格，每個(gè)4m×4m 的小網(wǎng)格內(nèi)采集一個(gè)樣品，在英格蘭和威爾士共采集了近6000個(gè)樣品。1978—1988 年，蘇格蘭Macaulay 土壤研究所按10km×10km 網(wǎng)格設(shè)計(jì)，在蘇格蘭采集了近1000 個(gè)樣品。采樣區(qū)域主要遵循以下原則:采樣區(qū)域分布在農(nóng)業(yè)、森林、林地、公園和荒野[17-18]；避開(kāi)建筑物(包括道路)、巖石區(qū)、湖泊、河流、溪流、采石場(chǎng)和相關(guān)的擾動(dòng)地面以及煤礦[19]。為了確定土壤性質(zhì)變化的證據(jù)，比較取樣方法，測(cè)量新的土壤屬性以測(cè)試其作為土壤質(zhì)量指標(biāo)的適用性，開(kāi)發(fā)和測(cè)試新的土壤質(zhì)量評(píng)估方法等，2007—2009 年，赫頓研究所對(duì)蘇格蘭進(jìn)行了部分重復(fù)采樣(每隔20km)，采集了近200 個(gè)樣本[20]。

日本在1978—1984 年間在全國(guó)25 個(gè)道、縣采集表土和底土樣品687 個(gè)，用HNO3-H2SO4-HClO4消解法，測(cè)定了8 種元素[21]。

2007 年，加拿大地質(zhì)調(diào)查局開(kāi)展了沿海省份土壤中的元素水平調(diào)查。加拿大地質(zhì)調(diào)查局在加拿大沿海省份以40km×40km 網(wǎng)格布設(shè)了采樣點(diǎn)[22]。采樣區(qū)域主要遵循以下原則:避免在距離高速公路200m 以內(nèi)采樣；避免在距離鄉(xiāng)村道路100m 以內(nèi)采樣；避免在距離農(nóng)田邊際50m 的范圍內(nèi)采樣。

1.2 我國(guó)土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)情況

我國(guó)土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)起于20 世紀(jì)70 年代中期，布點(diǎn)方法主要為網(wǎng)格布點(diǎn)法，布設(shè)原則主要考慮規(guī)避性原則和繼承性原則，以土類(lèi)和成土母質(zhì)類(lèi)型為布點(diǎn)依據(jù)。

1978 年，中國(guó)科學(xué)院和農(nóng)業(yè)科研單位會(huì)同原環(huán)境保護(hù)主管部門(mén)，先后對(duì)北京等13 個(gè)省區(qū)市的主要農(nóng)業(yè)土壤和糧食作物中的9 種元素背景值進(jìn)行了研究，為我國(guó)土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布設(shè)研究奠定了良好的工作基礎(chǔ)[23]?！傲濉逼陂g，我國(guó)對(duì)湘江谷地、松遼平原進(jìn)行了土壤元素背景值調(diào)查，分別布設(shè)了430 個(gè)和934 個(gè)采集點(diǎn)，獲得了約30 種元素的化學(xué)元素背景數(shù)據(jù)，積累了土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)的經(jīng)驗(yàn)[24]。“七五”期間，土壤元素背景值研究被列入國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，由原國(guó)家環(huán)境保護(hù)局主持完成了除香港特別行政區(qū)、澳門(mén)特別行政區(qū)和臺(tái)灣地區(qū)以外的全國(guó)土壤元素背景值調(diào)查，提出了包括土壤重金屬在內(nèi)的61 種元素背景值。統(tǒng)一組織、統(tǒng)一技術(shù)要求，以網(wǎng)格法均勻布點(diǎn)，使采樣點(diǎn)位有適當(dāng)?shù)拿芏群途鶆蛐?，又根?jù)我國(guó)東、中、西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異及土壤和地理自然環(huán)境復(fù)雜程度的不同，確定了3 種不同的布點(diǎn)密度:東部省份以40km×40km、中部省份以50km×50km、西部省份以80km×80km 網(wǎng)格布設(shè)采樣點(diǎn)；北京、天津、上海3 個(gè)直轄市及5 個(gè)沿海城市的采樣密度適當(dāng)增加。在很少受人類(lèi)活動(dòng)影響和不受或未明顯受現(xiàn)代工業(yè)污染與破壞的情況下，在所劃定的網(wǎng)格范圍內(nèi)，選擇土類(lèi)、亞類(lèi)或土屬面積較大且有一定典型性、代表性的采樣區(qū)域，共布設(shè)了4095 個(gè)土壤典型剖面。兼顧繼承性原則，“十一五”到“十三五”期間，在首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查的基礎(chǔ)上，我國(guó)將土壤環(huán)境背景點(diǎn)篩選優(yōu)化為2481 個(gè)。

1.3 國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)方法對(duì)比分析

從國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布設(shè)做法和經(jīng)驗(yàn)可以看出，不同國(guó)家和地區(qū)在土壤環(huán)境背景點(diǎn)的組織形式和指導(dǎo)思想上有所差別，但土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)思路和目的基本一致，都是為了掌握和了解土壤環(huán)境背景值狀況及變化趨勢(shì)。同時(shí)，土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布點(diǎn)原則主要考慮規(guī)避性和可行性，也都是采用網(wǎng)格法開(kāi)展點(diǎn)位布設(shè)，只是網(wǎng)格的尺度是根據(jù)各國(guó)國(guó)情和實(shí)際監(jiān)測(cè)條件確定的，在網(wǎng)格布點(diǎn)法的技術(shù)上考慮規(guī)避性，規(guī)避受人為活動(dòng)干擾的區(qū)域，而這種布設(shè)方法在背景區(qū)域的選擇上缺乏系統(tǒng)性。國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)方法對(duì)比分析見(jiàn)表1。

2 土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布設(shè)思路與方法

2.1 布設(shè)原則

從我國(guó)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)管理需要出發(fā)，考慮到我國(guó)實(shí)際情況，兼顧發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)具有整體性、代表性、規(guī)避性和繼承性。

(1)整體性原則:點(diǎn)位布設(shè)既要科學(xué)、合理，又要具有一定的可操作性。應(yīng)考慮自然地理?xiàng)l件等綜合環(huán)境因素，以及土地利用規(guī)劃、人口分布等社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，且應(yīng)兼顧國(guó)內(nèi)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況和監(jiān)測(cè)環(huán)境條件的特點(diǎn)，充分考慮交通運(yùn)輸、技術(shù)應(yīng)用等方面可實(shí)施采樣的作業(yè)條件保障。

(2)代表性原則:點(diǎn)位布設(shè)要盡可能覆蓋區(qū)域內(nèi)不同土類(lèi)的土壤，同時(shí)兼顧地形地貌等環(huán)境特征，充分滿足監(jiān)測(cè)目的和需求，滿足國(guó)家開(kāi)展土壤環(huán)境質(zhì)量例行監(jiān)測(cè)的要求。

(3)規(guī)避性原則:點(diǎn)位應(yīng)布設(shè)在不受或少受人為活動(dòng)影響的區(qū)域，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀，明確環(huán)境干擾源分類(lèi)及對(duì)應(yīng)緩沖區(qū)距離，保證土壤環(huán)境背景點(diǎn)可以反映不受或少受人為活動(dòng)影響的土壤中元素或化合物的含量水平。

(4)繼承性原則:土壤環(huán)境背景點(diǎn)需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，因此布設(shè)時(shí)需要避開(kāi)計(jì)劃用地區(qū)域，保證土壤環(huán)境背景點(diǎn)的穩(wěn)定性。在考慮人為活動(dòng)影響的基礎(chǔ)上，對(duì)照土壤分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，一般以土類(lèi)或土屬作為布點(diǎn)單元，布設(shè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)。無(wú)論原有背景點(diǎn)還是新增背景點(diǎn)，一經(jīng)確定，原則上不宜變更。

2.2 布設(shè)流程

土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)分為四個(gè)步驟:點(diǎn)位布設(shè)準(zhǔn)備、確定土壤環(huán)境背景區(qū)、初步布設(shè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)土壤環(huán)境背景點(diǎn)。土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)流程圖如圖1 所示。

圖1 土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)流程圖

2.2.1 點(diǎn)位布設(shè)準(zhǔn)備

點(diǎn)位布設(shè)準(zhǔn)備包括資料收集與軟硬件準(zhǔn)備。

資料收集主要包括點(diǎn)位布設(shè)底圖(土地利用現(xiàn)狀圖、土類(lèi)分布圖、生態(tài)保護(hù)紅線等)、自然環(huán)境資料(地形地貌特點(diǎn)等)及環(huán)境數(shù)據(jù)資料(已有土壤環(huán)境背景點(diǎn)和土壤環(huán)境背景值調(diào)查數(shù)據(jù)等)。

軟硬件準(zhǔn)備主要包括便攜式定位設(shè)備、信息存儲(chǔ)處理與分析計(jì)算設(shè)備；具有高分辨率遙感影像展示、空間信息編輯、空間信息輸出等功能的專(zhuān)業(yè)地理信息系統(tǒng)等空間分析軟件。

2.2.2 確定土壤環(huán)境背景區(qū)

(1)明確土壤環(huán)境干擾源

結(jié)合我國(guó)發(fā)布的《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》，將受到人類(lèi)干擾的土地進(jìn)行明確分類(lèi)。將標(biāo)準(zhǔn)中的05(商服用地)、06(工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地)、07(住宅用地)、08(公共管理與公共服務(wù)用地)、09(特殊用地)、10(交通運(yùn)輸用地)、11(水域及水利設(shè)施用地)確定為環(huán)境干擾源。需特別說(shuō)明的是，在實(shí)際布點(diǎn)中，特別在我國(guó)的東部地區(qū)，人口稠密，人類(lèi)活動(dòng)頻繁，有長(zhǎng)期使用農(nóng)藥、化肥的歷史，要完全避開(kāi)人為活動(dòng)是不可能的；同時(shí)，許多農(nóng)業(yè)土壤本身就是人類(lèi)長(zhǎng)期從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)而形成的。在這種情況下，只能在不受或很少受現(xiàn)代工業(yè)污染與人為破壞的土地上布點(diǎn)。

(2)生成環(huán)境干擾源緩沖區(qū)

考慮到環(huán)境干擾源內(nèi)人類(lèi)的生活及生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)周?chē)鷧^(qū)域可能造成人為干擾或工業(yè)污染與破壞，將環(huán)境干擾源周?chē)欢ň嚯x作為環(huán)境干擾源緩沖區(qū)。在針對(duì)國(guó)內(nèi)外土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)工作現(xiàn)狀與相關(guān)文獻(xiàn)開(kāi)展調(diào)研分析基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，本文提出的環(huán)境干擾源及緩沖區(qū)范圍如下:

(a)商服用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地、特殊用地:距離300m

根據(jù)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合居民的出行規(guī)律，在步行5min、10min、15min 內(nèi)可分別滿足其日常生活的基本需求；根據(jù)步行出行規(guī)律，3 個(gè)生活圈居住區(qū)可分別對(duì)應(yīng)在距離300m、500m、1000m 的空間范圍內(nèi)，該空間范圍同時(shí)也是主要配套設(shè)施的服務(wù)半徑。單禮堂[5]提出的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)點(diǎn)位布設(shè)思路與方法，也是將300m 作為居住用地的緩沖區(qū)距離。

考慮到住宅用地邊界外不再有對(duì)應(yīng)的配套設(shè)施，結(jié)合文獻(xiàn)及國(guó)內(nèi)外調(diào)查結(jié)果，將300m 作為住宅用地的緩沖區(qū)?？紤]到商服用地、公共管理與公共服務(wù)用地、特殊用地同樣有人為活動(dòng)，參考住宅用地，將300m 作為緩沖區(qū)距離。

(b)工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地:采礦用地為距離5000m，其他工業(yè)企業(yè)為距離500m

徐理超等人研究表明，區(qū)域內(nèi)礦業(yè)開(kāi)采產(chǎn)生的重金屬污染物有向外擴(kuò)散的趨勢(shì)，元素遷移性強(qiáng)弱導(dǎo)致不同重金屬向礦區(qū)外傳輸?shù)木嚯x表現(xiàn)出一定差異，As 的遷移性較弱，傳輸距離較短，Cu、Zn、Cd、Pb 等重金屬遷移性較強(qiáng)，對(duì)周?chē)?～6km農(nóng)田都有影響[25]。李晶等人研究表明，寶日希勒礦區(qū)采場(chǎng)外4km 范圍內(nèi)土壤重金屬Pb、Cr、Zn 和Cu 含量總體上處于無(wú)污染狀態(tài)[26]。楊勇等人研究結(jié)果表明，錫林郭勒露天煤礦礦區(qū)周?chē)?.5km范圍內(nèi)土壤重金屬含量均超過(guò)內(nèi)蒙古自治區(qū)的相應(yīng)背景值。總體上Cr、Cu、Mn、Ni 和Zn 5 種重金屬元素隨著距礦區(qū)距離的增加，其含量逐漸減小，在0～4km 范圍內(nèi)逐漸下降，尤其在0～2km 范圍內(nèi)，下降較快。隨后出現(xiàn)上下波動(dòng)，變化幅度較小[27]。USGS 開(kāi)展了地球化學(xué)和礦物學(xué)調(diào)查，規(guī)定避免在主要工業(yè)活動(dòng)(如發(fā)電廠或冶煉廠)的下風(fēng)處5km 以內(nèi)采樣。

生產(chǎn)性污染源(廠礦)鉛污染物的擴(kuò)散范圍主要與煙筒高度和風(fēng)向風(fēng)力有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，煙筒高度為30～40m 時(shí)，煙塵擴(kuò)散范圍為半徑500m左右；煙筒高度為100m 時(shí)，煙塵擴(kuò)散范圍為半徑2000～3000m[28]。張素娟等人研究了陜西西安藍(lán)田冶煉廠周邊農(nóng)田土壤重金屬含量和形態(tài)分布特征，結(jié)果表明，Pb、Zn、Cu、Cd 4 種重金屬的最高地面濃度出現(xiàn)在煙囪下風(fēng)向100m 處的黃土臺(tái)塬上，污染最嚴(yán)重的區(qū)域均分布在0～400m 范圍內(nèi)[29]。

結(jié)合文獻(xiàn)及國(guó)內(nèi)外調(diào)查結(jié)果，將5000m 作為采礦用地的緩沖區(qū)距離，將500m 作為其他工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地的緩沖區(qū)距離。

(c)交通運(yùn)輸用地:鐵路用地為距離500m，公路用地為距離200m，農(nóng)村道路為距離100m

我國(guó)“全國(guó)土壤環(huán)境背景值調(diào)查研究”以及《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中均規(guī)定:不在道路等受人為干擾大的地方設(shè)置采樣點(diǎn)；采樣點(diǎn)遠(yuǎn)離鐵路、公路至少300m 以上。本研究以鐵路、公路、農(nóng)村道路、重金屬污染為篇名關(guān)鍵詞，調(diào)研了我國(guó)關(guān)于交通運(yùn)輸用地周?chē)亟饘傥廴镜南嚓P(guān)科研文獻(xiàn)，共檢索文獻(xiàn)10 余篇[30-40]。研究表明，對(duì)于鐵路用地，距路基10m 范圍內(nèi)為土壤重金屬重度污染帶，10～100m 范圍內(nèi)為中度污染帶，100～500m范圍內(nèi)為輕度污染帶。對(duì)于公路用地，公路兩側(cè)土壤中重金屬含量峰值在距路肩10～30m 左右達(dá)到最大值，距路肩200m 范圍內(nèi)土壤受到不同程度的重金屬污染。對(duì)于農(nóng)村道路，鄉(xiāng)村公路兩側(cè)100m 范圍內(nèi)鉛污染程度隨著離公路的距離增加而減弱[30-40]。USGS 開(kāi)展了地球化學(xué)和礦物學(xué)調(diào)查，規(guī)定在距主要公路200m 以內(nèi)不得采集樣本；在距離鄉(xiāng)村道路50m 以內(nèi)，不得采集任何樣本。

結(jié)合文獻(xiàn)及國(guó)內(nèi)外調(diào)查結(jié)果，考慮到不同級(jí)別交通道路對(duì)道路周邊土壤中重金屬污染的差異性，分別將500m、200m 及100m 作為鐵路用地、公路用地以及農(nóng)村道路的緩沖區(qū)距離。

(d)水域及水利設(shè)施用地:0m

水域及水利設(shè)施用地?zé)o法進(jìn)行土壤采樣活動(dòng)。

環(huán)境干擾區(qū)分類(lèi)及對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)范圍見(jiàn)表2。

表2 環(huán)境干擾區(qū)分類(lèi)及對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)范圍

(3)生成環(huán)境干擾區(qū)

以土地利用現(xiàn)狀圖為工作底圖，在土地利用現(xiàn)狀圖中依次提取環(huán)境干擾源作為擬分析空間數(shù)據(jù)圖層，利用地理信息系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)軟件的空間分析功能，依次對(duì)環(huán)境干擾源的緩沖區(qū)范圍進(jìn)行鄰域分析，獲得不同環(huán)境干擾源對(duì)應(yīng)的環(huán)境干擾區(qū)。

(4)生成土壤環(huán)境背景區(qū)

以土類(lèi)分布圖為工作底圖，擦除環(huán)境干擾區(qū)，獲得土壤環(huán)境背景區(qū)。

2.2.3 初步布設(shè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)

(1)確定布點(diǎn)數(shù)量

基礎(chǔ)樣品數(shù)量是確定布點(diǎn)數(shù)量的主要依據(jù)，可通過(guò)以下方式計(jì)算得到:

式中，N為基礎(chǔ)樣品數(shù)量；t為選定置信水平(土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)一般選定為95%)一定自由度下的t值；s2為均方差，可從已有的其他研究或者根據(jù)極差R(s2=(R/4)2)估計(jì)；D為可接受的絕對(duì)偏差；CV為變異系數(shù)(%)，可參考已有的土壤環(huán)境背景值資料，沒(méi)有歷史資料的地區(qū)、土壤變異程度不太大的地區(qū)，CV一般可用10%～30%粗略估計(jì)；m為可接受的相對(duì)偏差(%)，土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)一般限定為20%～30%。

各個(gè)布點(diǎn)單元的布點(diǎn)數(shù)量應(yīng)不少于基礎(chǔ)樣品數(shù)量。實(shí)際工作中土壤布點(diǎn)數(shù)量還要根據(jù)調(diào)查目的、調(diào)查精度和調(diào)查區(qū)域環(huán)境狀況等因素確定。

(2)確定布點(diǎn)方法

采用網(wǎng)格布點(diǎn)或隨機(jī)布點(diǎn)方法進(jìn)行布點(diǎn)。對(duì)于成土因素比較復(fù)雜、地廣人稀、交通不便的地區(qū)，可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際地形地貌條件按照隨機(jī)布點(diǎn)法布點(diǎn)。在照顧到個(gè)別地區(qū)布點(diǎn)數(shù)量滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)要求的同時(shí)，盡可能考慮布點(diǎn)的均勻性，嚴(yán)格按照網(wǎng)格法布點(diǎn)。網(wǎng)格間距L按下式計(jì)算:

式中，L為網(wǎng)格間距；A為背景區(qū)面積；N為布點(diǎn)數(shù)量。

原則上一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)布設(shè)一個(gè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)。當(dāng)網(wǎng)格中土壤環(huán)境背景區(qū)面積比例小于10%時(shí)，不宜在該網(wǎng)格內(nèi)布設(shè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)。當(dāng)網(wǎng)格內(nèi)有多種土類(lèi)時(shí)，選擇在土類(lèi)面積最大的土壤環(huán)境背景區(qū)中心位置布設(shè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)。若網(wǎng)格中土壤環(huán)境背景區(qū)中有生態(tài)保護(hù)紅線，則優(yōu)先選擇在生態(tài)保護(hù)紅線中心位置內(nèi)布設(shè)背景點(diǎn)。

2.2.4 現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)土壤環(huán)境背景點(diǎn)

需要通過(guò)必要的現(xiàn)場(chǎng)踏勘對(duì)初步布設(shè)點(diǎn)位進(jìn)行檢驗(yàn)和優(yōu)化，最終確定土壤環(huán)境背景點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)可與現(xiàn)場(chǎng)采樣相結(jié)合，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件不符合布設(shè)原則或不具備采樣條件的，則需要重新調(diào)整點(diǎn)位，同時(shí)記錄調(diào)整原因和調(diào)整結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位調(diào)整后要同步對(duì)電子地圖中的點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整，最終形成實(shí)際需要的土壤環(huán)境背景點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)時(shí)，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)赝寥李?lèi)型、母質(zhì)母巖、土地利用現(xiàn)狀等是否與已有資料一致；注意觀察點(diǎn)位周?chē)欠裼形幢豢紤]到的干擾源；注意觀察土壤環(huán)境背景點(diǎn)周?chē)闹脖皇欠癜l(fā)育完好；現(xiàn)場(chǎng)判斷土壤類(lèi)型時(shí)，應(yīng)以剖面發(fā)育完整、層次清楚為準(zhǔn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤環(huán)境背景區(qū)面積測(cè)算

以除香港特別行政區(qū)、澳門(mén)特別行政區(qū)和臺(tái)灣地區(qū)以外全國(guó)土地利用現(xiàn)狀圖為工作底圖，在土地利用現(xiàn)狀圖中依次提取商服用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地、特殊用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地等環(huán)境干擾源作為擬分析空間數(shù)據(jù)圖層，利用GIS 的空間分析功能，依次對(duì)環(huán)境干擾源的緩沖區(qū)范圍進(jìn)行鄰域分析，獲得不同環(huán)境干擾源對(duì)應(yīng)的環(huán)境干擾區(qū)。以土類(lèi)分布圖為工作底圖，擦除環(huán)境干擾區(qū)，獲得基于土類(lèi)的土壤環(huán)境背景區(qū)。除香港特別行政區(qū)、澳門(mén)特別行政區(qū)和臺(tái)灣地區(qū)以外全國(guó)土壤環(huán)境背景區(qū)約為825.35 萬(wàn)km2。各省份的土壤環(huán)境背景區(qū)面積見(jiàn)圖2。

圖2 全國(guó)除香港特別行政區(qū)、澳門(mén)特別行政區(qū)和臺(tái)灣地區(qū)以外各省份的土壤環(huán)境背景區(qū)面積

3.2 基本樣品數(shù)量測(cè)算

考慮到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的延續(xù)性以及點(diǎn)位布設(shè)數(shù)量的代表性，本研究以“七五”期間“全國(guó)土壤環(huán)境背景值調(diào)查研究”的背景值數(shù)據(jù)作為基本樣品數(shù)量測(cè)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。“七五”期間“全國(guó)土壤環(huán)境背景值調(diào)查研究”重點(diǎn)科技攻關(guān)課題的攻關(guān)目標(biāo)是獲得全國(guó)主要土類(lèi)的環(huán)境背景值，共布設(shè)了4095 個(gè)點(diǎn)位，涉及41 種土類(lèi)，測(cè)試了61 種元素，給出了61 種元素的背景值?！吨袊?guó)土壤分類(lèi)與代碼》(GB/T 17296—2009)中共劃分60 種土類(lèi)。本研究對(duì)“全國(guó)土壤環(huán)境背景值調(diào)查研究”的主要土類(lèi)及國(guó)標(biāo)中的土類(lèi)進(jìn)行了分析，“七五”期間的41 種主要土類(lèi)與國(guó)標(biāo)中的60 種土類(lèi)中共有34 種土類(lèi)為重復(fù)土類(lèi)，將這34 種土類(lèi)作為全國(guó)土壤環(huán)境背景點(diǎn)點(diǎn)位測(cè)算的主要土類(lèi)。34 種主要土類(lèi)見(jiàn)圖3。

圖3 34 種主要土類(lèi)信息對(duì)比

由變異系數(shù)和相對(duì)偏差計(jì)算基本樣品數(shù)量(N=t2CV2/m2)。其中，變異系數(shù)CV(CV=σ/μ)基于“七五”期間“全國(guó)土壤環(huán)境背景值調(diào)查研究”主要土類(lèi)對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得，t選定為置信水平為95%時(shí)一定自由度下的t值，相對(duì)偏差m選定為20%。全國(guó)34 種主要土類(lèi)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為61 種元素時(shí)，基本樣品數(shù)量為5484 個(gè)；監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為37 種元素時(shí)(優(yōu)先選擇土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)普遍關(guān)注的鎘、汞、砷、鉛等重金屬)，基本樣品數(shù)量為3664 個(gè)。

3.3 網(wǎng)格布設(shè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)

基于825.35 萬(wàn)km2土壤環(huán)境背景區(qū)面積以及3664 個(gè)基本樣品數(shù)量，測(cè)算獲得全國(guó)(除港澳臺(tái)地區(qū)外)網(wǎng)格間距為50km×50km(L=(A/N)1/2)。以50km×50km 劃分網(wǎng)格，當(dāng)網(wǎng)格中土壤環(huán)境背景區(qū)面積比例小于10%時(shí)，不在該網(wǎng)格內(nèi)布設(shè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)，共在全國(guó)(除港澳臺(tái)地區(qū)外)范圍內(nèi)劃分出有效網(wǎng)格(即擬布設(shè)背景點(diǎn))3788 個(gè)，與基本樣品數(shù)量3644 個(gè)基本一致。

3.4 案例分析:遼寧省土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)研究

以遼寧省為例，通過(guò)點(diǎn)位布設(shè)準(zhǔn)備、確定土壤環(huán)境背景區(qū)、初步布設(shè)土壤環(huán)境背景點(diǎn)等步驟，獲得遼寧省土壤環(huán)境背景區(qū)面積約為9.34 萬(wàn)km2，以50km×50km 劃分網(wǎng)格，共劃分有效網(wǎng)格(即擬布設(shè)背景點(diǎn))為53 個(gè)。遼寧省土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布設(shè)成果圖主要包括:(1)土地利用圖；(2)環(huán)境干擾源；(3)環(huán)境干擾區(qū)；(4)土類(lèi)分布圖；(5)土壤環(huán)境背景區(qū)；(6)網(wǎng)格法劃分土壤環(huán)境背景區(qū)。

4 結(jié)論與討論

根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》，除環(huán)境干擾源外，《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》中還包括01(耕地)、02(園地)、03(林地)、04(草地)以及12(其他用地)。本研究中土壤環(huán)境背景區(qū)的土地利用類(lèi)型的分類(lèi)與我國(guó)“七五”期間“全國(guó)土壤環(huán)境背景值調(diào)查研究”中背景點(diǎn)對(duì)應(yīng)的土地利用類(lèi)型基本一致。在點(diǎn)位布設(shè)思路下，本文利用GIS 技術(shù)測(cè)算了全國(guó)(除港澳臺(tái)地區(qū)外)的背景區(qū)面積，并基于基本樣品數(shù)量測(cè)算了網(wǎng)格間距，同時(shí)分析了擬布設(shè)點(diǎn)位數(shù)量與基本樣品數(shù)量的關(guān)系，進(jìn)一步驗(yàn)證了布設(shè)方法的可操作性。

本研究提出的土壤環(huán)境背景點(diǎn)布設(shè)方法具有以下特點(diǎn):結(jié)合土地利用現(xiàn)狀對(duì)環(huán)境干擾源進(jìn)行了分類(lèi)，并對(duì)環(huán)境干擾源緩沖區(qū)進(jìn)行了研究與論述；遵循繼承性原則，以土類(lèi)為基本單元，利用3S技術(shù)，剔除環(huán)境干擾源區(qū)，在“七五”全國(guó)土壤環(huán)境背景值調(diào)查基礎(chǔ)上計(jì)算基本樣品數(shù)量；同時(shí)，有效結(jié)合我國(guó)土壤污染狀況詳查工作，明確土地利用方式及對(duì)應(yīng)的土壤環(huán)境干擾源的具體分布情況，兼顧生態(tài)保護(hù)紅線調(diào)查工作成果，進(jìn)一步明確土壤環(huán)境背景區(qū)的區(qū)域范圍，開(kāi)展土壤環(huán)境背景點(diǎn)的布設(shè)工作。點(diǎn)位布設(shè)原則考慮全面且要求清晰，布設(shè)方法可操作性強(qiáng)。未來(lái)還需按照《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中建設(shè)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的要求，進(jìn)一步完善背景點(diǎn)位布設(shè)工作，開(kāi)展背景點(diǎn)位的優(yōu)化和新增工作，確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性，以滿足環(huán)境管理和決策的需求。