CN104820887A - 一种土壤环境质量监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤环境质量监测方法，包括如下步骤：1)以待进行监测的区域为范围，将地理信息系统中的目标土地类型图层均匀划分成多个矩形网格，将主要土地类型为目标土地类型的网格的中心点作为初始监测点位；2)根据土地利用现状，对初始监测点位进行位置调整，直至将步骤1)获得的初始监测点位的土地类型均为目标土地类型；3)对同一网格，用最近的历史监测点位代替网格内的初始监测点位作为监测点位；根据土地类型对监测点位进行调整直至监测点位覆盖主要的目标土地类型的土壤类型；将调整后的监测点位作为目标土地的监测点。本发明所公开的方法利用了GIS空间分析技术，提高了土壤环境质量监测布准确性和代表性，优化了耕地土壤环境质量监测布点数量，易于操作和实施。

Description

一种土壤环境质量监测方法

技术领域

本发明涉及一种土壤环境质量监测的方法和应用，属于土壤科学和环境科学领域。

背景技术

随着工业化与城市快速发展，耕地、林地等影响环境质量的土地面积锐减，尤其是耕地，我国的人均耕地面积不及世界平均的1/2，如何守住我国18亿亩耕地红线令人担忧；同时工业活动与环境污染加剧，导致耕地土壤质量锐降，影响农产品质量与威胁人体健康。

作为解决上述问题的基础，如何对土壤进行监测是多年来本领域广泛研究的问题。上述的监测过程，包括土壤环境监测点位的布设和根据所确定的点位进行长期监测。由于现代科技的进步，传感器、卫星遥感等的广泛运用，实现监测在技术实现上取得了巨大进展，但是如何确定监测点、布设多少点，点位如何分布才能反应耕地土壤环境质量状况等始终是本领域长期没有有效解决的问题。

已有的研究证实，传统上用于小面积土壤质量测量的方法，例如对角线法、梅花形、棋盘式、蛇形等布点方法在大面积的国土土壤监测上无法适用，主要原因在于这些小面积的监测方法不仅耗时耗力，而且在大面积上无法统一使用，所得的数据无法从整体上反应土壤的状况。针对上述情况，本领域近年来尝试将GIS系统应用于土壤质量监测和管理，通过在GIS系统中将土地分为多个网格判断土地的质量。然而，这种方法的问题在于随着网格的密度放大，监测点位在估值精度和空间变异性表达方面降低；如果网格数目太少那么无法形成有效的监测，所得结果无实际意义。如何确定合适的网格数量、如何判断网格的适用性、准确性，依旧是本领域当前无法解决的问题。

发明内容

申请人多年来从事土壤环境质量监测研究工作，尤其是耕地等对国民经济有重大影响的土壤环境质量监测，在大量的研究和实践中发明了一种土壤环境质量监测的方法，有效解决了土壤监测过程中的监测点位分布问题。所公开的方法结合了GIS等空间分析技术与传统的土壤环境质量监测数据，同时结合网格尺度优化的研究，不仅提高了土壤环境质量监测布准确性、代表性，且易于操作和实施。

具体的说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种土壤环境质量监测方法，包括如下步骤：1)以待进行监测的区域为范围，将地理信息系统中的目标土地类型图层均匀划分成多个矩形网格，将主要土地类型为目标土地类型的网格的中心点作为初始监测点位；2)根据土地利用现状，对初始监测点位进行位置调整，直至将步骤1)获得的初始监测点位的土地类型均为目标土地类型；3)对同一网格，用最近的历史监测点位代替网格内的初始监测点位作为监测点位；根据土地类型对监测点位进行调整直至监测点位覆盖主要的目标土地类型的土壤类型；将调整后的监测点位作为目标土地的监测点。

在上述中，所称的目标土地类型指的是要进行监控的土地类型，原则上本发明可适用于任何土地资源类型，包括但不限于耕地、林地、牧地、水域、城镇居民用地、交通用地等，优选的适用于耕地和林地，由于林地可用其它更有效的方式进行监测和布点，因此本发明的技术方案最优适用的目标土地类型是耕地。

在上述中，所称的地理信息系统包含土地类型图层分布的地图，通常是国土资源部门出版的土地利用现状图、土地调查数据库中的土地利用图层、Arc等GIS数据库厂商提供的GIS系统中的土地利用电子地图等，为了实现计算机化和自动化，通常是在Arc等GIS数据库厂商提供的GIS系统中的土地利用电子地图图层上进行网格划分。

在上述中，所称的主要土地类型为目标土地类型指的是在划定的网格区域中，实现了有效利用的土地为目标土地类型，根据国内的土地利用现状，一股而言指的是目标土地类型在该网格区域中的面积不低于40％。然而该数据是不固定的，随着工业的发展、政府规划的调整，本领域技术人员可根据实际情况相应调整该面积比例系数。

在实际应用中，申请人深入研究了多数市区、省区等土地面积下网格的大小对效率的影响，发现在网格为8km×8km正方形网格的情况下保持了较为理想的效率和效果，因此所述网格优选为8km×8km正方形网格。

其中，在步骤2)中，所称的调整是指下述两种情况之一：(1)在进行网格划定时能获得最新的由国土资源等相关机构提供的土地利用现状图(其比GIS或者申请人所获得的现状图更新)，那么将初始的监测点位与土地利用现状图进行叠置分析，可各初始监测点位对应的最接近的当前土地利用类型，如果初始的监测点没有位于目标土地类型位置，则将初始监测点位的位置进行平移，将落在非目标土地类型的初始监测点平移至网格内最接近的目标土地类型的位置上；(2)在申请人划定的网格内，尽管网格中的主要土地类型是目标类型，但是其中心点并没有位于目标土地类型上，那么将初始监测点位的位置进行平移，将落在非目标土地类型的初始监测点平移至网格内最接近的目标土地类型的位置上。

由于目前的GIS系统数据更新很及时，通常是上述情况(2)。

为了充分利用各地国土资源、环保等部门常年通过人工检查、现场监测等形成的对当地土地利用状况和质量所获得的土地质量数据，提高本发明方法的准确性和效率，步骤3)将历史监测点位按照首选整治点，其次安全保障点，最后保护点的次序，用最近的历史监测点位代替初始监测点位。

上述所成的历史检测点位，即国土资源、环保等部门进行人工检查、现场监测等确定的检测点位，在同一网格内利用最近的历史监测点位代替初始监测点位能够使本发明划分的网格更加接近最新的土地质量现状，能够有效提高对土地质量监测和评估的准确性。

上述所采用的整治点、安全保障点、保护点是指对历史监测点位进行的适宜性评价。根据《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准的规定，采用最大值法(单项污染指数)评价，计算公式为：

$P_{\mathrm{ip}}=\frac{C_i}{S_{\mathrm{ip}}}$

式中Pip为土壤中污染物i的单项污染指数；Ci为历史监测点位土壤中污染物i的实测浓度；Sip为污染物i的评价标准参考值。根据Pip的大小将历史监测点位划分为保护点(Pip≤1)、安全保障点(1＜Pip≤3)和整治点(Pip＞3)。

在本发明中，步骤4)的调整方法为对于未覆盖所有主要的目标土地类型的土壤类型的监测点位选取耕地范围内、最大片的未覆盖土壤类型图斑的中部位置，新增监测点位，并合并土壤类型一致的相邻监测点，被合并相邻监测点中间位置作为新的点位。

为了防止段时间、突发的土地利用变更对本发明方法准确性的影响，本发明的方法还包括通过实地现场勘查，对目标土地类型监测点进行检验和调整的步骤。对于现场勘察与本发明方法划定冲突的情况，重复上述过程，直至消除该差异。

申请人进行的大量研究表明，本发明所公开的技术方案，通过对最优网格尺度和布点的改进优化，科学合理的实现了耕地土壤环境监测点位的布设，保证了土壤环境质量监测点位布设的科学性、代表性和经济性。

附图说明

图1为按照本发明方法划分网格的广东省江门市土地利用现状图；

图2为在图1基础上确定了要设定初始监测点位的网格分布图；

图3为在图2基础上确定的初始监测点位分布；

图4为根据本发明的方法确定的耕地国控监测点。

具体实施方式

在下述实施例中，申请人以广东省江门市的耕地为例说明了本发明方法的实施和实现。该示例仅为示意性的，并不限定本发明仅限于下述公开。本领域技术人员在理解和掌握本发明实质精神的基础上所进行的更改、替换、改变依旧属于本发明的保护范围。

为了说明本发明方法的事实过程和效果，申请人在广东省江门市进行了耕地土壤环境质量监测的研究，主要过程如下：

(1)在Arc的GIS中选择广东省江门市土地利用现状图(1∶25万)的耕地图层，以耕地图层为范围，建立8km*8km网格(图1)。

(2)计算各网格内耕地所占面积比例，在比例超过40％的网格(图2)生成中心点，作为最初的耕地监测点位，从而确定了江门市的29个初始耕地监测点。

(3)将初始的网格点与土地利用现状图做叠置分析，获取各网格点对应的土地利用类型，将非耕地监测点平移处理。由表1可知，29个初始的网格点中，有14个点的土地利用类型不是耕地，将该14个网格，平移到网格内适当的耕地处。

表1 初始网格点土地利用类型列表

(4)计算出江门市15个历史监测点位中各污染物的单项污染指数(Pip)，按照最大值、最小值、平均值、超标率以及土壤环境质量评价分级进行统计，根据最大值法的评价结果，将历史监测点位分为保护点(Pip≤1)、安全保障点(1＜Pip≤3)和整治点(Pip＞3)。

(5)添加江门市15个历史监测点位，同一网格内，按照首选整治点，其次是安全保障点，最后为保护点的次序，用最近的历史监测点位代替网格内的耕地监测点。

(6)添加江门市土壤类型图，将网格点与土壤类型图做叠置分析，获取各网格点所对应的土壤类型信息。检查相邻网格点的土壤类型，若土壤类型一致，则合并网格点，在被合并网格点之间适当位置重新选取点位，江门市一共合并7对点位。由表2可得，洲积土田未布设监测点。洲积土田占全市耕地比例为2.71％，因此，在洲积土田类型上新增布设一个监测点。此时江门市耕地监测点共23个。

表2 网格点土壤类型信息列表

为了验本发明方法的科学性，通过现场勘查，对所确定的监测点位进行了实地验证，从而确定其是否适合用作耕地国土监控。调查结果显示，本发明所确定的23个监控点位均比较适合或非常适合用作国土耕地监控(图4)，可见本发明的耕地土壤环境质量监测点位布设方法科学合理，易于实施，具有很好的适用性。

两年来，申请人在广东等多个省份的城市和地区进行了验证，都显示出本发明方法的有效性。

对现场环境条件不具备采样条件进行调整，现场点位调整后要对电子地图网格所布点进行调整，最终获得23个耕地国控监测点。

由上述可见，本发明的耕地土壤环境质量监测点位布设方法科学合理，易于实施，具有很好的适用性。

Claims (7)

1.一种土壤环境质量监测方法，其特征在于包括如下步骤：1)以待进行监测的区域为范围，将地理信息系统中的目标土地类型图层均匀划分成多个矩形网格，将主要土地类型为目标土地类型的网格的中心点作为初始监测点位；2)根据土地利用现状，对初始监测点位进行位置调整，直至将步骤1)获得的初始监测点位的土地类型均为目标土地类型；3)对同一网格，用最近的历史监测点位代替网格内的初始监测点位作为监测点位；根据土地类型对监测点位进行调整直至监测点位覆盖主要的目标土地类型的土壤类型；将调整后的监测点位作为目标土地的监测点。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤1)所述网格为8km×8km正方形网格。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤2)初始监测点位的位置调整方法为对其位置进行平移，将落在非目标土地类型的初始监测点平移至网格内最接近的目标土地类型上。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤3)将历史监测点位按照首选整治点，其次安全保障点，最后保护点的次序，用最近的历史监测点位代替初始监测点位。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于步骤4)的调整方法为对于未覆盖所有主要的目标土地类型的土壤类型的监测点位选取耕地范围内、最大片的未覆盖土壤类型图斑的中部位置，新增监测点位，并合并土壤类型一致的相邻监测点，被合并相邻监测点中间位置作为新的点位。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括通过实地现场勘查，对目标土地类型监测点进行检验和调整的步骤。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于目标土地类型为耕地。