農(nóng)用地土壤污染調(diào)查中采樣和布點(diǎn)方法

李明輝 高海英 趙恒

(吉林省農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)與農(nóng)村能源管理總站，吉林 長(zhǎng)春 130000)

農(nóng)用地布點(diǎn)采樣是一種常用的農(nóng)業(yè)調(diào)查方法，通過(guò)在農(nóng)用地中選取一定數(shù)量的樣本點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查和分析，可以有效了解農(nóng)用地的土壤肥力、作物生長(zhǎng)情況、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平等情況。農(nóng)用地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是保障國(guó)家糧食安全的重要資源。為了解農(nóng)用地的分布情況、利用狀況以及土地利用變化等信息，需進(jìn)行農(nóng)用地調(diào)查和監(jiān)測(cè)。農(nóng)用地布點(diǎn)采樣是農(nóng)業(yè)調(diào)查和監(jiān)測(cè)的重要手段之一，其目的是通過(guò)對(duì)農(nóng)用地樣本的采集和分析，推斷出整個(gè)農(nóng)用地的情況。

1 農(nóng)用地采樣布點(diǎn)背景介紹

目前，全國(guó)布設(shè)4萬(wàn)個(gè)耕地土壤環(huán)境質(zhì)量國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)，持續(xù)開(kāi)展動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)。廣東、福建、江西、吉林等省份在國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上布設(shè)了省控監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開(kāi)展加密調(diào)查監(jiān)測(cè)，為精準(zhǔn)治污提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐?？傮w來(lái)看，我國(guó)受污染耕地占比較低，污染程度以輕中度為主，絕大多數(shù)污染耕地可通過(guò)農(nóng)藝調(diào)控等措施實(shí)現(xiàn)安全利用，無(wú)法種植食用農(nóng)作物的耕地占比很少[1]。2020年吉林省完成耕地土壤環(huán)境質(zhì)量類(lèi)別劃分，建立以縣為單元的“一圖一表”分類(lèi)治理清單。因地制宜落實(shí)耕地分類(lèi)管理措施，在輕中度污染耕地推廣品種替代、水肥調(diào)控、土壤調(diào)理等安全利用措施，確保農(nóng)產(chǎn)品達(dá)標(biāo)生產(chǎn)；在重度污染耕地推進(jìn)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整或退耕還林還草，逐步改善耕地土壤環(huán)境質(zhì)量。

從數(shù)據(jù)庫(kù)采樣點(diǎn)分布上看，很多農(nóng)用地采樣點(diǎn)分布缺少規(guī)律性，布點(diǎn)不科學(xué)性，點(diǎn)位與點(diǎn)位之間相關(guān)性較差，參考價(jià)值不大，造成數(shù)據(jù)結(jié)果意義不大。對(duì)于分析、管理、預(yù)測(cè)全省農(nóng)用地情況造成了一定的影響。

這種情況的原因是多方面的，布點(diǎn)方面不合理，樣品采集等方面的誤差[2]?？茖W(xué)布點(diǎn)和規(guī)范采樣能反映出土壤各項(xiàng)指標(biāo)的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)管。

因此，在樣點(diǎn)布設(shè)上要盡可能結(jié)合土壤普查、祥查的取樣點(diǎn)，這樣才能更好地反映吉林省各地耕地地力的變化趨勢(shì)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提高工作效率、節(jié)省人力和資金。但目前很多樣點(diǎn)布設(shè)由于沒(méi)有專(zhuān)業(yè)人員的參與或技術(shù)支持薄弱，在采樣點(diǎn)設(shè)置上缺少多方面考慮，重復(fù)工作較多，專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng)，造成數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)。

2 農(nóng)用地土壤樣本點(diǎn)的原則

基于國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)、省控監(jiān)測(cè)點(diǎn)與分類(lèi)劃分成果，各縣市區(qū)布點(diǎn)疏密程度有所不同，樣點(diǎn)分布疏密是否科學(xué)，對(duì)于農(nóng)用地土壤屬性等有重要的影響。同一個(gè)行政區(qū)域內(nèi)、同一個(gè)圖斑內(nèi)大量布點(diǎn)會(huì)造成資源的浪費(fèi)，反之，過(guò)少則代表性不足，采樣前需要合理規(guī)劃布點(diǎn)數(shù)目，避免布點(diǎn)太過(guò)隨意或布點(diǎn)過(guò)多或過(guò)少，注意布點(diǎn)抽樣的合理性、科學(xué)性，為后續(xù)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)完善、優(yōu)化、統(tǒng)一打好基礎(chǔ)，方便土壤信息管理與調(diào)查，對(duì)于農(nóng)用地布點(diǎn)過(guò)多區(qū)域的數(shù)據(jù)，要在布點(diǎn)采樣過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化、篩選，對(duì)農(nóng)用地布點(diǎn)過(guò)少區(qū)域，要在布點(diǎn)采樣中進(jìn)行科學(xué)合理的補(bǔ)充布點(diǎn)，是吉林省布點(diǎn)的基本原則[3]。

樣本點(diǎn)的選擇是農(nóng)用地布點(diǎn)采樣的第1步，目的是保證樣本點(diǎn)的代表性和可比性。樣本點(diǎn)的選擇應(yīng)遵循原則具體如下。

2.1 樣本點(diǎn)布點(diǎn)要有廣泛的代表性

樣本點(diǎn)布點(diǎn)應(yīng)充分代表農(nóng)用地的不同類(lèi)型和不同地段。對(duì)于當(dāng)?shù)靥厣?、產(chǎn)量高、有代表性的農(nóng)作物原則上要進(jìn)行布點(diǎn)。布點(diǎn)要兼顧行政區(qū)劃、土壤類(lèi)型、土地利用、管理水平、點(diǎn)位已有信息的完整性等因素，覆蓋所有農(nóng)業(yè)縣(區(qū)、市、旗、場(chǎng))和主要土壤類(lèi)型，根據(jù)種植作物種類(lèi)、產(chǎn)量水平、梯田化水平等因素的不同，并與耕地質(zhì)量區(qū)域評(píng)價(jià)樣點(diǎn)、測(cè)土配方施肥取土樣點(diǎn)、耕地質(zhì)量長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)相銜接。調(diào)查樣點(diǎn)布設(shè)后基本固定，作為每年度開(kāi)展耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查評(píng)價(jià)的點(diǎn)位。

2.2 樣本點(diǎn)布點(diǎn)應(yīng)兼顧周?chē)h(huán)境

樣本點(diǎn)布點(diǎn)應(yīng)盡量避免受到人為干擾和自然災(zāi)害的影響。布點(diǎn)采樣要與污染調(diào)查(面源污染與點(diǎn)源污染)兼顧，科學(xué)合理地規(guī)劃布點(diǎn)。

2.3 樣本點(diǎn)布點(diǎn)應(yīng)兼顧數(shù)據(jù)庫(kù)信息

樣本點(diǎn)布點(diǎn)原則上可以在各縣(市、區(qū))自選點(diǎn)位，做好點(diǎn)位登記信息。但實(shí)際上建議農(nóng)用地采樣點(diǎn)位農(nóng)作物要盡可能與歷史采樣點(diǎn)農(nóng)作物相一致，同時(shí)要兼顧土壤類(lèi)型及種植面積、農(nóng)戶(hù)、合作社等因素。依據(jù)各縣(市、區(qū))曾開(kāi)展的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量相關(guān)監(jiān)測(cè)與調(diào)查為基礎(chǔ)，“農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染普查”監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(2012—2015)，“主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤-農(nóng)作物重金屬污染協(xié)同監(jiān)測(cè)”(2019—2021)，國(guó)控例行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為候選范圍。

2.4 樣本點(diǎn)布點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)符合統(tǒng)計(jì)學(xué)原理

樣本點(diǎn)布點(diǎn)可以在ArcGIS軟件上進(jìn)行模擬，科學(xué)規(guī)劃布點(diǎn)采樣的區(qū)域或地塊，科學(xué)設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)量，形成耕地質(zhì)量等級(jí)調(diào)查點(diǎn)位圖。當(dāng)采樣區(qū)域圖斑數(shù)量過(guò)多、面積小時(shí)，可以根據(jù)分類(lèi)劃分結(jié)果或者在ArcGIS軟件中進(jìn)行現(xiàn)狀圖疊加，形成評(píng)價(jià)單元[4]?？梢愿鶕?jù)省耕地土壤環(huán)境類(lèi)別劃分結(jié)果，在優(yōu)先保護(hù)類(lèi)耕地、安全利用類(lèi)耕地，嚴(yán)格管控類(lèi)耕地布設(shè)土壤農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。目前，“吉林省實(shí)施優(yōu)先保護(hù)類(lèi)耕地平均10萬(wàn)～100萬(wàn)畝1個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)縣布點(diǎn)10～70個(gè)；安全利用類(lèi)耕地平均200～1000畝1個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)縣布點(diǎn)20～50個(gè)；嚴(yán)格管控耕地平均50～200畝1個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)縣布點(diǎn)5～20個(gè)”。

3 農(nóng)用地布點(diǎn)方式介紹

布點(diǎn)方式是指在農(nóng)用地中確定樣本點(diǎn)的位置和數(shù)量。常用的布點(diǎn)方式具體如下。

3.1 隨機(jī)布點(diǎn)

將農(nóng)用地劃分為若干個(gè)小區(qū)域，然后在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇1個(gè)樣本點(diǎn)。

3.2 等距布點(diǎn)

將農(nóng)用地劃分為若干個(gè)小區(qū)域，在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)按照一定距離等距布置樣本點(diǎn)。等距布點(diǎn)是最簡(jiǎn)單、最常用的采樣方法之一。其原理是將整個(gè)調(diào)查區(qū)域劃分為若干個(gè)網(wǎng)格，在每個(gè)網(wǎng)格中隨機(jī)選擇1個(gè)點(diǎn)作為樣本點(diǎn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，適用于大面積的調(diào)查區(qū)域。但是，等距抽樣容易出現(xiàn)樣本點(diǎn)分布不均、樣本點(diǎn)不具有代表性等問(wèn)題，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要注意[5]。

3.3 分層抽樣布點(diǎn)

將農(nóng)用地按照不同比例劃分為若干個(gè)小區(qū)域，在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)按照比例選擇相應(yīng)數(shù)量的樣本點(diǎn)。分層抽樣是將整個(gè)調(diào)查區(qū)域按照某種特征分為若干個(gè)層次，在每個(gè)層次中進(jìn)行抽樣。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以考慮到不同層次的差異性，提高采樣的代表性和準(zhǔn)確性。但是，分層抽樣需要事先對(duì)調(diào)查區(qū)域進(jìn)行劃分，而且劃分的層次和標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，不同的劃分方法可能會(huì)導(dǎo)致不同的采樣結(jié)果。

3.4 聚類(lèi)布點(diǎn)

將農(nóng)用地按照相似性劃分為若干個(gè)小區(qū)域，在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)選擇1個(gè)樣本點(diǎn)[6]。具體方法根據(jù)實(shí)際情況選擇。也可以分區(qū)域劃分，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，利用分類(lèi)劃分成果，將大于等于某一濃度的區(qū)域劃分為高值區(qū)，小于某一濃度的區(qū)域劃分為低值區(qū)；反復(fù)劃分，疊加結(jié)果，將調(diào)查區(qū)劃分低濃度區(qū)、過(guò)渡區(qū)和高濃度區(qū)。根據(jù)每個(gè)區(qū)域情況布設(shè)點(diǎn)位。

3.5 遙感數(shù)據(jù)的布點(diǎn)方法

隨著遙感(remote sensing，RS)、地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS)和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)等技術(shù)的不斷發(fā)展，利用新科技進(jìn)行農(nóng)用地布點(diǎn)[7]。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)信息或者利用分類(lèi)劃分成果或利用分類(lèi)遙感提取成果布設(shè)采樣點(diǎn)，根據(jù)斑塊、國(guó)控點(diǎn)、省控點(diǎn)分布密度進(jìn)行布設(shè)；原則上對(duì)于布點(diǎn)密度集中的區(qū)域進(jìn)行篩選，對(duì)于布點(diǎn)密度分散的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充布點(diǎn)，并最終確定采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

農(nóng)用地布點(diǎn)采樣的主要問(wèn)題是如何選擇樣本點(diǎn)。傳統(tǒng)的方法是采用等距抽樣或分層抽樣等方法，但這些方法存在一定的局限性，容易出現(xiàn)樣本點(diǎn)分布不均、樣本點(diǎn)不具有代表性等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，近年來(lái)提出了一些新的采樣方法，如基于遙感數(shù)據(jù)的采樣方法、基于地理信息系統(tǒng)的采樣方法等[8]。

這些方法在一定程度上提高了農(nóng)用地布點(diǎn)采樣的準(zhǔn)確性和效率。布點(diǎn)方式的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和調(diào)查目的靈活選擇。合理的布點(diǎn)方案對(duì)于農(nóng)用地土壤采樣有至關(guān)重要的作用，推動(dòng)農(nóng)用地土壤數(shù)據(jù)的建立，完善農(nóng)用地動(dòng)態(tài)管控和保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全有重要的意義。

4 農(nóng)用地采樣方法

應(yīng)了解采樣地塊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，根據(jù)布點(diǎn)原則確定是否符合布點(diǎn)要求，用GPS定位儀進(jìn)行定位，與以往數(shù)據(jù)相對(duì)比，正確填寫(xiě)采樣信息，拍照，后續(xù)需要建立臺(tái)賬[9]。

取土壤-混合樣取樣步驟：清除土壤表面植物殘骸和石塊等；用鐵鏟切割大于取土量的20cm土柱(果樹(shù)、山藥等根系較深農(nóng)產(chǎn)品深度為60cm耕層樣采樣深度為0～25cm，亞耕層樣采樣深度為25～50cm)；用木(竹)鏟去掉鐵鏟接觸面，并用木(竹)鏟取樣裝袋；多點(diǎn)混均，四分法棄取(將小石塊、植物根系等雜物去除)；當(dāng)砂石等雜質(zhì)、水分較高時(shí)增加采樣量[10]。

采樣方法分為對(duì)角線(xiàn)法(對(duì)角線(xiàn)分5等分，以等分點(diǎn)為采樣分點(diǎn)，≥5個(gè)，適用于污灌農(nóng)田土壤)，梅花點(diǎn)法(≥6個(gè)，適用采樣點(diǎn)位代表面積較小)，棋盤(pán)式法(≥9個(gè)，適用于采樣點(diǎn)位代表中等面積)，蛇形法(≥15個(gè)，適用于采樣點(diǎn)位代表面積較大)；采樣人員可以根據(jù)采樣點(diǎn)位代表面積選擇采樣方法。

目前國(guó)家布點(diǎn)采樣主要分成3類(lèi)：地力點(diǎn)、農(nóng)藥點(diǎn)、測(cè)土配方調(diào)查數(shù)據(jù)等，這是當(dāng)前農(nóng)用地釆樣調(diào)查數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。普通循環(huán)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(混合樣≥1.5kg)，17項(xiàng)，土壤重金屬8項(xiàng)、農(nóng)產(chǎn)品重金屬5項(xiàng)、土壤理化性質(zhì)4項(xiàng)；耕地地力監(jiān)測(cè)點(diǎn)(混合樣≥2.5kg)，34項(xiàng)，土壤重金屬8項(xiàng)，農(nóng)產(chǎn)品重金屬5項(xiàng)，耕地地力指標(biāo)21項(xiàng)；農(nóng)藥監(jiān)測(cè)點(diǎn)(混合樣≥2.5kg)(水稻、小麥、玉米、蔬菜4種農(nóng)產(chǎn)品)，34項(xiàng)，土壤重金屬8項(xiàng)，農(nóng)產(chǎn)品重金屬5項(xiàng)，耕地地力指標(biāo)21項(xiàng)，土壤與農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥指標(biāo)7～15項(xiàng)(分作物)。各個(gè)縣(市、區(qū))也可以根據(jù)采樣的目的、用途按照這3類(lèi)采樣的要求進(jìn)行采樣。

根據(jù)采樣土壤種植作物不同，可以分為一般農(nóng)田土壤、蔬菜地土壤、茶園、果園、牧場(chǎng)等，吉林省農(nóng)用地主要以一般農(nóng)田土壤、蔬菜地土壤為主。一般農(nóng)田土壤采樣主要應(yīng)用對(duì)角線(xiàn)法、梅花點(diǎn)法、棋盤(pán)式法中的任何一種方法，均勻隨機(jī)采取布設(shè)采樣點(diǎn)，充分混合后，按要求取樣。做好采樣記錄(采樣深度、采樣地點(diǎn)、采樣時(shí)間、采樣人)；蔬菜地土壤采樣方法主要應(yīng)用對(duì)角線(xiàn)法、梅花點(diǎn)法、棋盤(pán)式法中的任何一種方法，要注意蔬菜地的溝、壟面積比，根據(jù)溝、壟取土點(diǎn)位的數(shù)量進(jìn)行合理取土，采樣人員可以根據(jù)采樣點(diǎn)位代表面積進(jìn)行選擇采樣方法。如在蔬菜、果品的收獲期采樣，采樣方式主要采用棋盤(pán)法；如需打環(huán)刀，需注意取土的位置；另外，對(duì)于污水灌溉或受污染的水灌溉的土壤取樣，一般采用對(duì)角線(xiàn)法布點(diǎn)采樣。

5 結(jié)論與展望

農(nóng)用地布點(diǎn)科學(xué)與否直接影響農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息安全，科學(xué)的農(nóng)用地布點(diǎn)采樣對(duì)農(nóng)業(yè)未來(lái)發(fā)展有著重要的作用。在各地區(qū)的采樣過(guò)程中，應(yīng)該結(jié)合各地的特點(diǎn)(氣候、風(fēng)向、作物生長(zhǎng)規(guī)律等因素)做到因地制宜，以項(xiàng)目的實(shí)際需要為導(dǎo)向，制定合理的技術(shù)規(guī)范、操作手冊(cè)，并充分利用現(xiàn)有的App(采樣平臺(tái))等科技手段，提高采樣效率，為農(nóng)用地安全做好保障。

農(nóng)用地科學(xué)的布點(diǎn)和采樣是農(nóng)業(yè)地地力調(diào)查的基礎(chǔ)，根據(jù)土壤的情況為農(nóng)民提供改良方法或調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，為農(nóng)業(yè)各項(xiàng)目的建設(shè)發(fā)展提供科學(xué)、可靠的依據(jù)[11]。