基于海口城乡环境梯度带划定的土壤点位布设思路与方法

吴 姬，伍成成，庄晓娟，许杏红

（海南省生态环境监测中心，海南 海口 571126）

0 引言

土壤监测点位布设是了解地区土壤属性空间分布的基础[1]。海口市作为海南省会城市，经济发展相对快速，工业企业较多且集中分布。2020年海口市实现地区生产总值1791.6亿元，比上年增长5.3%，三次产业结构比为4.5∶15.0∶80.5[2]。国内不少学者针对海口市城市土壤[3]、主城区农田[4]、农村土壤[5]、城郊蔬菜基地[6]等特定区域的土壤进行点位布设和样品采集，开展土壤重金属、理化指标或有机污染物等研究。但综合考虑海口不同区域特点，开展土壤点位布设的研究相对缺乏，点位布设的思路和方法尚未明确。因此，本研究在划定海口城市中心区、城乡交错区、农村区、自然区等4个城乡环境梯度带的基础上，探究海口不同城乡环境梯度带土壤点位布设思路与方法，有利于实现合理评价海口市土壤环境质量和污染现状，满足海口市土壤污染防治与管控、生态健康评价等要求。

1 研究区概况

海口市位于北纬19°31′32″～20°04′52″，东经110°07′22″～110°42′32″。总面积3126.82 km2，其中陆地面积2296.82 km2，占73.46%；海域面积830 km2，占26.54%。2020年，海口市2020年农林用地约16.84万hm2，占全市陆域总面积的74%；建设用地约3.73万hm2，占16%；其他用地约2.32万hm2，占10%。成土母岩主要包括基性火山岩、花岗岩、变质岩、沉积岩、第四系松散沉积物等5种类型。土壤类型主要为砖红壤、新积土、水稻土、风沙土、火山灰土、石质土等。

2 研究思路

根据海口市的城市发展历史及现状，借鉴国内学者针对海口市城乡交错带、城市边缘区等划定的研究，结合历史资料和遥感影像等，将海口市划分为城市中心区、城乡交错区、农村区、自然区4个环境梯度。综合考虑海口市各城乡环境梯度带区域面积、农用地分布、点位布设需求等因素，确定合适的网格大小作为省控土壤基础点位布设的网格尺度。陆泗进[7]、谢志宜[8]等研究发现2 km×2 km、4 km×4 km、8 km×8 km 3种采样尺度均能较可靠地反映珠三角区域耕地土壤重金属含量的整体状况和空间变异情况，小尺度网格对区域环境质量反映和刻画尤为细致。因此，本研究土壤点位拟采取基于海口城乡环境梯度带区域面积大小，采用不同网格尺度的点位布设方法。为科学反映海口市土壤环境质量，本研究借鉴国家在农用地上布设土壤基础点以说清土壤环境质量状况及变化趋势的思路，采取在不同海口城乡环境梯度带农用地面积占优网格内布设土壤点位的方法。

点位布设遵循代表性、可行性、覆盖性原则。点位布设需统筹考虑土地利用方式、成土母岩、土壤类型、居民点分布、污染源分布等，实现所布设点位具有广泛的代表性。点位布设应充分考虑人力和财力条件，确保技术和能力可行。点位布设应实现4个城乡环境梯度带的多点位覆盖，涵盖4个城乡环境梯度带的主要成土母岩和土壤类型。

3 研究方法

3.1 数据源和数据平台

本研究的数据源主要包括规划资料、年鉴资料、遥感影像、专题地理信息数据等。其中，遥感影像主要为Google地图海口市历史影像；专题地理信息数据包括行政区划、土地利用现状、成土母岩、土壤类型、生态保护红线、河流湖库、地形地貌、自然保护区、森林公园、地质公园、交通干线、污染源分布、居民点分布等。本研究主要使用的软件平台有ArcGIS系统和91卫图助手等。

3.2 布设方法

3.2.1 创建初始理论点位

利用Arc GIS软件，在海口市城市中心区、城乡交错区、农村区、自然区4个环境梯度带上采用网格法布点。城市中心区和城乡交错区环境梯度带是在张利利等[9]划定的“海口市城乡交错带”内外边界，琚青青等[10]界定的“海口市城市边缘区”内外边界的基础上，结合海口市城市总体规划、海口土地利用现状变化（特别是城镇建设用地变化）和发展趋势进行划定。自然区初步选取海南海口石山火山群国家地质自然公园、海南海口火山国家森林自然公园，但鉴于这2个区域土层薄，土壤深层样品采集不具备可行性，因此在城市中心区、城乡交错区环境梯度带以外区域，根据连片林地图斑面积大小，选取3个林地成片分布面积较大的区域，划定为自然区。城市中心区、城乡交错区、自然区划定后，其他区域为农村区（见图1）。城市中心区、城乡交错区、自然区、农村区的面积分别约为376.40 km2、780.54 km2、7.60 km2、1132.28 km2。

图1 海口市城乡环境梯度带网格和中心点

国家“十三五”土壤环境质量监测国控点位布设方法中规定对于全省耕地建立8 km×8 km网格、对于林草地建立32 km×32 km网格，海南省省控土壤生态环境监测网络则是对全省农用地统一建立6 km×6 km网格。结合海口市4个环境梯度带面积大小，本研究借鉴谢志宜[8]等对于小尺度网格对区域环境质量反映和刻画尤为细致的研究成果，采用不同的小网格尺度，自然区建立0.5 km×0.5 km网格，城市中心区、城乡交错区建立2 km×2 km网格，农村区建立4 km×4 km网格，统一生成网格中心点（见图1）。自然区生成69个网格及其中心点，城市中心区、城乡交错区、农村区分别生成131个、238个、187个网格及中心点。

3.2.2 优化初始理论点位

（1）设定有效网格。国家“十三五”土壤环境质量监测国控点位布设方法采用面积占优法，在耕地或林地面积占比超过40%的网格内布设土壤点位。本研究参考利用面积占优法，为保证土壤点位的代表性，对面积占优比例进行调整，在自然区、城乡交错区、农村区选取农用地面积超过60%的网格布设点位，城市中心区由于建设用地面积多，选取农用地面积超过35%的网格布设点位。

城市中心区、城乡交错区、农村区农用地范围主要根据《GB 15618—2018土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》确定，GB 15618—2018中“农用地”指《GB/T 21010—2017土地利用现状分类》中耕地（水田、水浇地、旱地）、园地（果园、茶园）、草地（天然牧草地、人工牧草地）。结合GB 15618—2018中农用地类别，考虑海南省多园地（多橡胶、多果园）的特点，将海南省耕地（水田、水浇地、旱地）、园地（果园、茶园、其他园地—含橡胶园）、草地（人工牧草地、天然牧草地）作为农用地统计图斑。自然区农用地范围为林地、耕地、园地、草地，即在上述三个城乡环境梯度带农用地范围的基础上增加林地，与《GB/T 21010—2017土地利用现状分类》附录A农用地分类一致。

自然区（含林地）、城乡交错区、农村区农用地面积满足要求的有效网格数量分别为42个、46个、34个，城市中心区农用地面积满足要求的有效网格数量为23个。

（2）选取有效网格。选取的有效网格应覆盖各城乡环境梯度带的主要土壤类型、成土母岩，平衡分布于各城乡环境梯度带，一般不处于2个城乡环境梯度带边界。自然区、城市中心区、城乡交错区、农村区选取的有效网格数量分别为12个、15个、20个、20个，共计67个有效网格（见图2）。通过选定网格中心点、移动网格中心点等方式，确定选取的有效网格内的土壤点位，共计67个土壤点位。

（3）历史点位分析。有效网格内有历史监测点位（省控网点位），该项目布设的土壤点位不能与历史监测点位重叠（距离＞500 m），或重新选取紧邻的有效网格布设土壤点位。

（4）新增点位布设。有效网格内无历史监测数据，自然区在林地图斑上布设点位，城市中心区、城乡交错区、农村区应优先在耕地或园地图斑上布设点位。监测点落在图斑边界的，尽量调整平移到图斑的中部，且尽量靠近网格中心。

（5）叠加河（湖、库）和山地图层。选取的有效网格中心点落在大面积的河（湖、库）面的，取消该类网格中心点，就近选择非河（湖、库）区域上的有效网格，选取（或增加）监测点作为备选。网格中心点落在山地，且点位所处位置采样困难的，则取消该网格中心点，在附近有效网格选取（或增加）监测点作为备选。

（6）叠加污染源、居民点和交通道路缓冲区图层。国家“十三五”土壤环境质量监测国控点位布设方法中规定对于交通道路网150 m缓冲区以内、距离居民点300 m以内的点位（容易受到人为干扰，不具有长期监测的连续性）或周边600 m范围内存在污染源的点位可舍弃、平移或与相邻点位合并。据此本研究针对污染源生成600 m缓冲区、居民点生成300 m缓冲区、交通道路两侧生成150 m缓冲区，将网格点与缓冲区做叠置分析，判断网格点是否落入缓冲区内，将落在此范围内的网格点，平移到同一网格内，距离道路150 m以上、居民点300 m以上、污染源600 m以上的耕地（或园地、林地）处。城市中心区环境梯度带结合实际情况在有效网格内确定点位，与交通道路、居民点、污染源的距离不做严格限制。

（7）叠加成土母岩和土壤类型。将优化后的理论点位与成土母岩图、土壤类型图做叠置分析，获取各网格点所对应的成土母岩、土壤类型等信息。整体分析布设点位覆盖的成土母岩和土壤类型，针对海口市不同城乡环境梯度带农用地主要成土母岩和土壤类型进行个别点位位置调整，实现土壤点位对不同城乡环境梯度带农用地主要成土母岩和土壤类型的全覆盖。

3.2.3 调整点位密度

监测点位应覆盖海口市各城乡环境梯度带主要涉及的成土母岩、土壤类型，若未覆盖主要的成土母岩或土壤类型，则选取该城乡环境梯度带农用地范围内、最大片的未覆盖成土母岩、土壤类型图斑的中部位置，新增监测点位，如在农村区成土母岩为第四系松散沉积物的区域新增3个点位，减少原来3个有效网格内的点位，土壤点位数量控制为20个。海口市不同城乡环境梯度带土壤点位布设位置见图3。

3.2.4 点位核实与确认

通过卫星影像和现场勘查相结合的方式，对处于不同土地利用类型、土壤类型或成土母岩交界地区的点位，或点位土地利用方式可能发生变化的点位，进行舍弃、平移。对现场环境条件不具备采样条件的，要对理论网格点位进行调整，以实现理论点位的核实确认和优化。

3.2.5 点位布设合理性分析

海口市城乡环境梯度带土壤点位共布设67个，其中自然区12个、城市中心区15个、城乡交错区20个、农村区20个。自然区涉及的主要土壤类型为砖红壤、火山灰土、石质土、紫色土，对应的土壤点位分别为5个、2个、2个、3个。城市中心区涉及的主要土壤类型为砖红壤、水稻土、火山灰土、新积土，对应的土壤点位分别为8个、4个、2个、1个。城市交错区涉及的土壤类型为砖红壤、水稻土、火山灰土、石质土、新积土，对应的土壤点位分别为10个、5个、3个、1个、1个。农村区涉及的主要土壤类型为砖红壤、水稻土，对应的土壤点位为18个、2个。海口市土壤点位已基本覆盖不同城乡环境梯度带农用地主要土壤类型。

海口市自然区、城市中心区、城市交错区、农村区等4个城乡环境梯度带涉及的主要成土母岩均为基性火山岩、第四系松散沉积物，自然区基性火山岩、第四系松散沉积物2种成土母岩对应的土壤点位为8个、4个，城市中心区2种成土母岩对应的土壤点位为11个、4个，城市交错区2种成土母岩对应的土壤点位为16个、4个，农村区2种成土母岩对应的土壤点位为16个、4个。海口市土壤点位已基本覆盖不同城乡环境梯度带主要成土母岩。

4 结论与讨论

（1）海口市土壤点位已基本覆盖不同城乡环境梯度带主要成土母岩和土壤类型，布设合理，代表性较好，可反映海口市不同城乡环境梯度土壤环境质量现状，为海口市土壤环境质量、生态健康评价及土壤污染防治提供科学依据。

（2）本研究土壤点位布设方法综合考虑了海口市不同城乡环境梯度带、成土母岩、土壤类型特点，通过采取不同小网格尺度、统筹分析土地利用类型，及污染源、居民点和交通干线等分布，完成点位布设。土壤点位布设方法可为区域土壤点位布设提供借鉴。

（3）本研究土壤点位布设基于项目划定的自然区、城市中心区、城乡交错区、农村区等4个不同城乡环境梯度带，后期随着海口市城市发展，土地利用类型、工业企业分布、交通道路分布等将发生变化，城乡环境梯度带必将发生改变，土壤点位可进一步优化调整。