賀 靈，孫彬彬，周國(guó)華，曾道明，劉占元

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

浙中丘陵盆地區(qū)1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查方法研究

賀 靈，孫彬彬，周國(guó)華，曾道明，劉占元

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北 廊坊 065000)

以1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果服務(wù)于土地精準(zhǔn)管理為目標(biāo)，在浙中丘陵盆地選擇金華市湯溪鎮(zhèn)地塊細(xì)碎的典型區(qū)域，開(kāi)展了兩種采樣密度的對(duì)比研究：(1)按1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查的采樣密度上限采樣，平均采樣密度16.4件/km2，采用克里金插值法進(jìn)行圖斑賦值(下文簡(jiǎn)稱插值)；(2)以土地精準(zhǔn)管理為目標(biāo)，以地塊為單元采樣，平均采樣密度179.5件/km2，用實(shí)測(cè)值對(duì)圖斑賦值(下文簡(jiǎn)稱實(shí)測(cè))。以圖斑為評(píng)價(jià)單元，對(duì)比上述兩種方法間元素含量、土壤環(huán)境及養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)、土壤質(zhì)量綜合分級(jí)的差異。研究表明：(1)與土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)密切相關(guān)的15項(xiàng)指標(biāo)中，有9項(xiàng)指標(biāo)插值與實(shí)測(cè)值元素含量的相對(duì)雙差合格率達(dá)到90%，4項(xiàng)指標(biāo)接近90%，僅2項(xiàng)指標(biāo)合格率低于80%；(2)插值與實(shí)測(cè)值的土壤環(huán)境單指標(biāo)分級(jí)與環(huán)境指標(biāo)綜合分級(jí)結(jié)果極為接近，養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)差異略大；(3)實(shí)測(cè)值與插值土壤質(zhì)量綜合分級(jí)一級(jí)、二級(jí)圖斑數(shù)所占比例相差11.8%，圖斑面積相差7.4%，約40%的圖斑土壤質(zhì)量綜合等級(jí)發(fā)生變化。研究區(qū)內(nèi)環(huán)境指標(biāo)變異性較小，插值與實(shí)測(cè)值的評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果基本一致；養(yǎng)分指標(biāo)N、P、K的空間變異較強(qiáng)，是導(dǎo)致插值與實(shí)測(cè)值土壤質(zhì)量綜合分級(jí)差異的主要原因。以上結(jié)果表明，浙中丘陵盆地區(qū)1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果對(duì)土地利用規(guī)劃、科學(xué)平衡施肥等具有重要價(jià)值，但其成果精度尚難滿足土地精準(zhǔn)管理的需要。

土地質(zhì)量；地球化學(xué)調(diào)查；采樣密度對(duì)比研究；浙中盆地

0 引 言

土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查是針對(duì)影響土地利用功能的土壤、水、大氣等環(huán)境要素，通過(guò)系統(tǒng)采樣分析，依據(jù)營(yíng)養(yǎng)有益、有毒有害、生命健康元素等指標(biāo)地球化學(xué)特征，在單指標(biāo)評(píng)價(jià)、單要素綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，劃分土地質(zhì)量綜合等級(jí)，反映了土地內(nèi)在質(zhì)量狀況，是對(duì)基于土地生產(chǎn)潛力(光/熱/水/氣/溫)、耕層厚度、坡度等的農(nóng)用地分等定級(jí)成果的重要補(bǔ)充。自1999年以來(lái)，全國(guó)已完成1∶25萬(wàn)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查180萬(wàn)km2，1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查7.5萬(wàn)km2，在局部地區(qū)開(kāi)展了鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)示范(試點(diǎn))。土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果為土地資源規(guī)劃與管護(hù)利用提供了重要依據(jù)。

國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告(2015年)》[1]之后，土地質(zhì)量調(diào)查工作引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作正在全面推進(jìn)，調(diào)查成果如何應(yīng)用或者能否直接應(yīng)用于地方土地精準(zhǔn)管理是我們關(guān)心的問(wèn)題。按照土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估規(guī)范的要求，1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查的基本采樣密度為9點(diǎn)/km2，采樣密度范圍為4～16點(diǎn)/km2，其最小評(píng)價(jià)單元為土地利用現(xiàn)狀單元(二次調(diào)查圖斑)。實(shí)現(xiàn)土地精準(zhǔn)管理，則需要對(duì)每個(gè)地塊或圖斑進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)空間插值方法進(jìn)行賦值，是土地質(zhì)量評(píng)價(jià)常用的手段。近年來(lái)，一些學(xué)者根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的空間變化程度，試驗(yàn)提出了經(jīng)濟(jì)合理的采樣密度，采用插值模擬的方法[2-5]進(jìn)行評(píng)價(jià)；趙彥鋒等[6]比較了3 種不同采樣尺度下土壤圖法和克里金法(Kriging)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、緩效鉀和速效鉀的估值精度；張貝爾等[7]、陳光等[8]對(duì)比了不同插值方法對(duì)插值精度的影響。以往研究多側(cè)重于中-小比例尺(1∶5萬(wàn)或更小比例尺)土壤養(yǎng)分調(diào)查評(píng)價(jià)中插值精度的分析，并據(jù)此確定采樣密度；或者利用層次分析法和隸屬函數(shù)建立土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估模型[9-10]，缺乏插值數(shù)據(jù)與實(shí)際采樣分析數(shù)據(jù)的對(duì)比研究。本文選擇浙中丘陵盆地金華市婺城區(qū)湯溪鎮(zhèn)開(kāi)展試驗(yàn)：(1)采用1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查土壤采樣密度，利用Kriging法對(duì)圖斑進(jìn)行賦值，劃分土壤環(huán)境、養(yǎng)分指標(biāo)等級(jí)及土壤地球化學(xué)綜合等級(jí)；(2)以實(shí)現(xiàn)土地精準(zhǔn)管理為目標(biāo)，按照地塊采樣，用實(shí)測(cè)值對(duì)圖斑進(jìn)行賦值。據(jù)此對(duì)比研究浙中丘陵盆地區(qū)1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量調(diào)查成果在土壤養(yǎng)分、環(huán)境指標(biāo)及土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合分級(jí)結(jié)果與土地精準(zhǔn)管理要求的差異。研究成果為類似地區(qū)1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查提供了重要的方法技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于浙中丘陵盆地，行政區(qū)劃隸屬于浙江省金華市湯溪鎮(zhèn)(圖1(a))，采樣控制面積1.097 km2。區(qū)內(nèi)地貌為低崗丘陵，地質(zhì)背景較為簡(jiǎn)單，成土母質(zhì)主要為早/中更新世紅土風(fēng)化物。土地利用方式多樣，有水田、旱地、果園、茶園，土地利用率高，耕作精細(xì)，田塊圖斑細(xì)碎。試驗(yàn)區(qū)包含土地利用圖斑51個(gè)，其中水田圖斑33個(gè)、旱地圖斑3個(gè)、果園圖斑13個(gè)、茶園圖斑2個(gè)(圖1(b))。

1.2 樣品采集、加工

按2種采樣密度分別采集2套土壤樣品。一是按照1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查采樣密度要求，以樣點(diǎn)均勻分布與圖斑有效控制為原則，采集樣品18件，折合采樣密度為16.4件/km2(圖1中藍(lán)色點(diǎn))；二是以控制每個(gè)地塊為目的，以地塊為單元采樣，共采集樣品197件，折合采樣密度為179.5件/km2(圖1中紅色點(diǎn))。采樣時(shí)，先刮去地表植物凋落物，采集地表0～20 cm的土壤。為保證樣品代表性，在GPS定點(diǎn)處周圍20 m范圍內(nèi)等量采集5個(gè)以上子樣，組成1件樣品。樣品原始質(zhì)量大于1.0 kg。在野外駐地自然風(fēng)干，去除巖屑石塊、植物根系等雜物，充分過(guò)10目(孔徑2 mm)尼龍篩，混勻，裝瓶備用。

圖1 試驗(yàn)區(qū)交通位置及土地利用示意圖Fig.1 The location and land use of experimental area

1.3 樣品分析測(cè)試

樣品由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所中心實(shí)驗(yàn)室測(cè)定As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、Se、N、P、K、Mo等元素，以及土壤理化指標(biāo)Org.C(有機(jī)碳)、pH值等，分析方法及分析質(zhì)量見(jiàn)表1。

表1 土壤地球化學(xué)指標(biāo)的分析方法與檢出限

Table 1 Analytical method and detection limit of soil geochemical indicators

分析指標(biāo)分析方法檢出限單位重復(fù)樣合格率/%As氫化物-原子熒光光譜法(HG?AFS)0210-6100B發(fā)射光譜法(ES)210-6985Cd等離子體質(zhì)譜法(ICP?MS)2010-9100Co等離子體質(zhì)譜法(ICP?MS)110-6100Cr壓片法X-射線熒光光譜(XRF)210-6100Cu等離子體質(zhì)譜法(ICP?MS)110-6100F離子選擇性電極(ISE)10010-6985Ge氫化物-原子熒光光譜法(HG?AFS)0110-6100Hg冷蒸氣-原子熒光光譜法(CV?AFS)210-9944I催化分光光度法(COL)110-6100Mn壓片法X-射線熒光光譜(XRF)1010-6100Mo等離子體質(zhì)譜法(ICP?MS)0210-6100N氧化熱解-氣相色譜法2010-6985Ni壓片法X-射線熒光光譜(XRF)110-6100Pb等離子體質(zhì)譜法(ICP?MS)210-6100Zn壓片法X-射線熒光光譜(XRF)210-6100Mo等離子體質(zhì)譜法(ICP?MS)0210-6100S壓片法X-射線熒光光譜(XRF)5010-6955Se氫化物-原子熒光光譜法(HG?AFS)00110-6100Ti壓片法X-射線熒光光譜(XRF)1010-6100P壓片法X-射線熒光光譜(XRF)1010-6100OrgC電位法0110-2100K2O壓片法X-射線熒光光譜(XRF)00510-2100pH電位法01-100SiO2壓片法X-射線熒光光譜(XRF)0110-2100Al2O3壓片法X-射線熒光光譜(XRF)0110-2100Fe2O3壓片法X-射線熒光光譜(XRF)0110-2100MgO壓片法X-射線熒光光譜(XRF)00510-2100CaO壓片法X-射線熒光光譜(XRF)00510-2100Na2O壓片法X-射線熒光光譜(XRF)00510-297TC氧化熱解-氣相色譜法0110-2985

樣品分析按照《DD2005-01多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》*中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.DD2005-01多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000).2005.和《DD2005-03生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求(試行)》*中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.DD2005-03生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求(試行).2005.，采取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部監(jiān)控和外部監(jiān)控方案，采用國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)監(jiān)控、密碼抽檢樣、重復(fù)樣等控制分析質(zhì)量。結(jié)果表明，所有指標(biāo)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)合格率均為100%，重復(fù)樣合格率符合多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)樣品分析質(zhì)量控制要求。

《DD2005-01多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》中對(duì)土壤樣品重復(fù)檢驗(yàn)的要求為：樣品原始分析數(shù)據(jù)與重復(fù)性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的相對(duì)雙差RD≤40%為合格， 重復(fù)性檢驗(yàn)按單元素合格率統(tǒng)計(jì)，合格率要求達(dá)到 90%。本次分析測(cè)試全部元素均滿足規(guī)范要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同采樣密度下元素(指標(biāo))含量差異

統(tǒng)計(jì)了2種采樣密度下各項(xiàng)指標(biāo)的平均值、中位數(shù)、最大值、最小值及變異系數(shù)(表2)。考慮到平均值易受個(gè)別極大值或極小值的影響，而中位數(shù)則更穩(wěn)定，因此主要采用中位數(shù)進(jìn)行對(duì)比?？傮w而言，2種采樣密度下各元素的中位數(shù)較為接近，高密度采樣時(shí)As、B、Cd、Co、Cr、F、Mn、N、Se、Al2O3、Fe2O3、K2O、pH中位數(shù)略高于低密度采樣的中位數(shù)；其他指標(biāo)則相反。

表2 2種采樣密度下地球化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值

注： Cd、Hg含量單位為10-9，SiO2、 Al2O3、TFe2O3、MgO、 CaO、 Na2O、 K2O、 Org.C、 TC含量單位為10-2，pH無(wú)量綱，其他元素含量單位均為10-6。

為表征2種采樣密度下各指標(biāo)含量的相差程度，本文計(jì)算了2種采樣密度下各指標(biāo)中位數(shù)的相對(duì)雙差(表3)。Cd、Cr、CaO相對(duì)雙差不到1%，大部分指標(biāo)相對(duì)雙差不到10%，說(shuō)明2種采樣密度下，各指標(biāo)含量數(shù)據(jù)較為接近。30項(xiàng)指標(biāo)中，僅S、TC相對(duì)雙差超過(guò)了20%?？傮w來(lái)講，2種采樣密度都能較客觀地反映研究區(qū)土壤元素地球化學(xué)總體特征。

表3 2種采樣密度下各指標(biāo)中位數(shù)相對(duì)雙差

Table 3 Relative deviation(RD)of median in two sampling densities

分析指標(biāo)中位數(shù)相對(duì)雙差/%分析指標(biāo)中位數(shù)相對(duì)雙差/%分析指標(biāo)中位數(shù)相對(duì)雙差/%As833Mn1408SiO21993B710Mo636Al2O31846Cd081N1529TFe2O3360Co1041Ni123MgO388Cr089P749CaO096Cu489Pb1190Na2O951F369S2883K2O646Ge328Se481OrgC1880Hg244Ti1458TC2029I805Zn576pH660

注：相對(duì)雙差計(jì)算公式：RD=2×|A1-A2|/(A1+A2)；A1為第一種采樣密度下某指標(biāo)含量的中位數(shù)；A2為第二種采樣密度下該指標(biāo)含量的中位數(shù)。

2.2 插值誤差分析

《DD2008-06土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估技術(shù)要求(試行)》*中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.DD2008-06土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估技術(shù)要求(試行).2008.中土地質(zhì)量評(píng)價(jià)單位為最小土地利用單元，即二調(diào)圖斑。由于1∶5萬(wàn)調(diào)查采樣密度(4～16個(gè)點(diǎn)/km2)無(wú)法對(duì)每一個(gè)二調(diào)圖斑進(jìn)行實(shí)際采樣控制，以圖斑作為評(píng)價(jià)單元，需要對(duì)未采樣圖斑進(jìn)行賦值。目前，常用插值法或圖斑賦值法對(duì)未采樣圖斑賦值。插值法是基于已有樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，選擇一定的搜索半徑和算法進(jìn)行插值計(jì)算，用插值數(shù)據(jù)代表該圖斑數(shù)據(jù)；賦值法是根據(jù)未采樣圖斑的土地利用類型，同時(shí)參考土地利用、土壤類型、地質(zhì)背景及與采樣圖斑的距離等因素直接使用采樣圖斑元素含量對(duì)其賦值。

本文中，較低密度(16件/km2)采樣使用克里金插值法對(duì)未采樣圖斑進(jìn)行賦值(插值)；較高密度(180件/km2)采樣，樣點(diǎn)已控制所有二調(diào)圖斑和地塊，即每個(gè)圖斑至少有一個(gè)樣品及分析數(shù)據(jù)，當(dāng)同一圖斑內(nèi)有多個(gè)采樣數(shù)據(jù)時(shí)，取平均值作為圖斑數(shù)據(jù)值(實(shí)測(cè)值)。

為對(duì)比插值計(jì)算與實(shí)測(cè)值的差異，以圖斑為統(tǒng)計(jì)單元，計(jì)算了每個(gè)圖斑中實(shí)測(cè)值與插值計(jì)算值的相對(duì)雙差(RD)，并參考《DD2005-01 多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》中對(duì)土壤樣品重復(fù)檢驗(yàn)的要求(樣品原始數(shù)據(jù)與重復(fù)性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的相對(duì)雙差RD≤40%為合格)進(jìn)行了合格率計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 圖斑實(shí)測(cè)值與插值數(shù)據(jù)相對(duì)雙差合格率

Table 4 The qualified rate of relative deviation between interpolation and measured value in patches

指標(biāo)相對(duì)雙差/%合格率/%指標(biāo)相對(duì)雙差/%合格率/%As044～630388N078～750276Cd111～1167790P190～918470Cr030～664494K2O008～640396Cu008～492298Se021～482290Hg062～-663780Mo171～544196Ni014～487792OrgC062～677384Pb029～924280pH003～2449100Zn023～3682100

表4中，統(tǒng)計(jì)了土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)必選的8個(gè)環(huán)境元素、3個(gè)養(yǎng)分元素及Se、Mo、Org.C、pH等共計(jì)15項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)雙差范圍和合格率。以重復(fù)樣合格率考核要求來(lái)評(píng)判插值數(shù)據(jù)的可接受性，即插值結(jié)果與高密度采樣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)間的相對(duì)偏差應(yīng)在調(diào)查允許誤差范圍內(nèi)，15項(xiàng)元素或指標(biāo)中，相對(duì)雙差合格率達(dá)到90%的有Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、K2O、Se、Mo、pH；合格率達(dá)到80%以上的有As、Hg、Pb、Org.C；僅N、P合格率稍低，分別為76%和70%。說(shuō)明絕大多數(shù)元素用克里金插值法賦值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差，已達(dá)到規(guī)范中對(duì)分析測(cè)試誤差的要求。

2.3 土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

采用《DD2008-06土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)估技術(shù)要求(試行)》中的評(píng)價(jià)方法，依據(jù)較低密度采樣數(shù)據(jù)克里金法插值和高密度采樣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行單指標(biāo)土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)、土壤環(huán)境質(zhì)量綜合等級(jí)、土壤養(yǎng)分單指標(biāo)分級(jí)、土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)及土壤質(zhì)量地球化學(xué)綜合等級(jí)的劃分，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 插值與實(shí)測(cè)值各指標(biāo)分級(jí)圖斑數(shù)

2.3.1 土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)對(duì)比

表5中，以圖斑為統(tǒng)計(jì)單元，高密度采樣(實(shí)測(cè))單指標(biāo)土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)除Cd元素有1個(gè)二級(jí)圖斑外，各元素單指標(biāo)分級(jí)均為一級(jí)；較低密度采樣(插值)所有元素分級(jí)均為一級(jí)。土壤環(huán)境質(zhì)量綜合等級(jí)劃分結(jié)果與單指標(biāo)土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)分級(jí)結(jié)果一致。

2.3.2 土壤養(yǎng)分等級(jí)對(duì)比

圖2 插值與實(shí)測(cè)值磷分級(jí)對(duì)比Fig.2 Nutritive grade of phosphorus of interpolation and measured value

圖3 插值與實(shí)測(cè)值土壤質(zhì)量綜合等級(jí)對(duì)比Fig.3 Geochemical comprehensive grade of soil quality by interpolation and measured value

養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)表明，與實(shí)測(cè)值相比，未采樣圖斑插值數(shù)據(jù)由于受到周圍多個(gè)數(shù)據(jù)的共同影響而表現(xiàn)出均一化的趨勢(shì)，即將低值拉高，高值拉低。如實(shí)測(cè)值元素N分別有6個(gè)一級(jí)圖斑和3個(gè)五級(jí)圖斑，但插值結(jié)果中一級(jí)、五級(jí)圖斑數(shù)均為0；實(shí)測(cè)值元素P有11個(gè)五級(jí)圖斑，插值五級(jí)圖斑數(shù)為0(圖2)；元素K的養(yǎng)分分級(jí)中，實(shí)測(cè)值有2個(gè)二級(jí)圖斑，而插值結(jié)果中二級(jí)圖斑數(shù)為0。

2.3.3 土壤質(zhì)量綜合等級(jí)對(duì)比

將土壤環(huán)境指標(biāo)分級(jí)與養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)結(jié)果疊加，得到土壤質(zhì)量綜合等級(jí)。兩種采樣密度下土壤質(zhì)量分級(jí)結(jié)果(圖3)表明：按圖斑數(shù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)測(cè)值一等、二等圖斑數(shù)分別占總圖斑數(shù)的68.6%和31.4%，而插值結(jié)果為80.4%和19.6%；按圖斑面積統(tǒng)計(jì)，實(shí)測(cè)值一等、二等圖斑面積分別占總面積的75.26%和24.8%，而插值結(jié)果為67.8%和32.2%。對(duì)單個(gè)圖斑而言，等級(jí)發(fā)生變化的比例約為40%。

土壤質(zhì)量綜合等級(jí)由土壤環(huán)境綜合等級(jí)和養(yǎng)分綜合等級(jí)疊加而成，土壤環(huán)境綜合等級(jí)和養(yǎng)分綜合等級(jí)分別由土壤環(huán)境單指標(biāo)分級(jí)和土壤養(yǎng)分單指標(biāo)分級(jí)確定。因此，土壤質(zhì)量綜合等級(jí)決定于8個(gè)環(huán)境指標(biāo)(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)和3個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)(N、P、K)的含量及空間分布。不難看出，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)兩種采樣密度下土壤環(huán)境指標(biāo)含量插值和實(shí)測(cè)值差異較小，環(huán)境指標(biāo)分級(jí)結(jié)果幾乎一致；但土壤養(yǎng)分分級(jí)存在一定差異，導(dǎo)致土壤質(zhì)量綜合分級(jí)單個(gè)圖斑等級(jí)變化率接近40%。究其原因，一是試驗(yàn)區(qū)為農(nóng)田區(qū)，周邊無(wú)明顯工業(yè)或生活垃圾污染，8個(gè)環(huán)境指標(biāo)主要受地質(zhì)背景和成土作用等自然因素影響，其變異系數(shù)較小(表2)；二是試驗(yàn)區(qū)土壤中8個(gè)環(huán)境指標(biāo)整體含量較低，其單指標(biāo)分級(jí)均為一級(jí)，因此插值與實(shí)測(cè)值對(duì)圖斑賦值不會(huì)有明顯的差異。但大量養(yǎng)分元素N、P、K除了受自然因素的影響外，還受到施肥等強(qiáng)烈人為擾動(dòng)，具有含量高、空間變異性強(qiáng)(其單指標(biāo)分級(jí)從一級(jí)到五級(jí)均有分布，圖2)的特征，導(dǎo)致插值與實(shí)測(cè)值存在較大差異。

有研究表明，土壤中大量元素的空間變異性取決于土壤母質(zhì)的性質(zhì)和地形位置，并與氣候和農(nóng)業(yè)耕作方式有關(guān)[11]。在較小區(qū)域范圍內(nèi)，由于氣候條件基本相同，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期相似的種植和管理，由成土母質(zhì)引起的大量元素的空間變異性會(huì)逐漸下降，直至均一化[12-13]。試驗(yàn)區(qū)面積僅1 km2，氣候因素導(dǎo)致的元素空間變異基本可以忽略，但試驗(yàn)區(qū)內(nèi)地形、成土母質(zhì)類型不盡一致，必然會(huì)對(duì)土壤元素的空間分布及其變異產(chǎn)生一定的影響。對(duì)于養(yǎng)分指標(biāo)N、P、K來(lái)說(shuō)，除了受地形條件、成土母質(zhì)的影響外，由于不同農(nóng)戶施肥種類、施用量的不同，導(dǎo)致不同田塊間的差異性增加，人為施肥擾動(dòng)可能是造成耕地N、P、K空間變異的重要原因。

圖4 實(shí)測(cè)養(yǎng)分指標(biāo)含量分級(jí)點(diǎn)位圖Fig.4 The measured geochemical grade of soil nutrient

對(duì)高密度采樣數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，不僅圖斑之間的N、P、K含量變化大，較低密度采樣分析的插值結(jié)果與實(shí)測(cè)值存在一定的差異，而且同一圖斑內(nèi)的不同地塊(樣點(diǎn))之間含量也往往有較大的變化(圖4)。為此，當(dāng)以圖斑為單元進(jìn)行采樣時(shí)，需要通過(guò)增加組合樣的子樣采集數(shù)以保證樣品的代表性。

地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究證明，在中-小比例尺土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作中，采用克里金插值法可以較好地解決未采樣地塊的賦值問(wèn)題[14-15]。本文研究表明，在浙中盆地丘陵區(qū)采用克里金插值法對(duì)未采樣圖斑進(jìn)行賦值，對(duì)元素含量和土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)的誤差影響較小，但對(duì)養(yǎng)分指標(biāo)和土壤質(zhì)量綜合分級(jí)會(huì)帶來(lái)較大的偏差。說(shuō)明在丘陵盆地區(qū)開(kāi)展中-大比例尺土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查時(shí)，采用插值進(jìn)行圖斑賦值有著一定的局限性。

3 結(jié) 論

本文依據(jù)高、低兩種采樣密度的調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比插值與實(shí)測(cè)值對(duì)元素含量、土壤環(huán)境質(zhì)量分級(jí)、土壤養(yǎng)分分級(jí)及土壤質(zhì)量綜合分級(jí)的影響，得出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)元素含量的差異性：以圖斑為統(tǒng)計(jì)單元，以《DD2005-01多目標(biāo)區(qū)域地質(zhì)化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250000)》中土壤重復(fù)樣考核標(biāo)準(zhǔn)為參考依據(jù)，比較了土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)15項(xiàng)指標(biāo)的克里金插值與實(shí)測(cè)值，相對(duì)雙差合格率達(dá)到90%的指標(biāo)有9項(xiàng)，接近90%的有4項(xiàng)，僅2項(xiàng)指標(biāo)合格率低于80%。說(shuō)明基于16.4件/km2的克里金插值結(jié)果，與179.5件/km2采樣分析結(jié)果(實(shí)測(cè)值)差異不大。

(2)環(huán)境指標(biāo)和養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)的差異性：兩種采樣密度下，插值與實(shí)測(cè)值的土壤環(huán)境單指標(biāo)分級(jí)與環(huán)境指標(biāo)綜合分級(jí)結(jié)果幾乎一致，養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)的差異較大。

(3)土壤質(zhì)量綜合等級(jí)的差異：實(shí)測(cè)值與插值相比，一等、二等圖斑數(shù)比例相差11.8%，一等、二等圖斑面積相差7.4%。綜合等級(jí)發(fā)生變化的圖斑達(dá)40%。

綜上所述，采取16件/km2的采樣密度開(kāi)展丘陵盆地區(qū)1∶5萬(wàn)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，可以查明土壤養(yǎng)分、環(huán)境質(zhì)量總體狀況，為土地資源管理利用提供基礎(chǔ)依據(jù)。但由于土地利用復(fù)雜多變，地塊破碎，特別是對(duì)于N、P、K這類人為擾動(dòng)強(qiáng)烈的地球化學(xué)指標(biāo)，調(diào)查評(píng)價(jià)成果還難以滿足土地精準(zhǔn)管理的需要。在經(jīng)費(fèi)技術(shù)條件允許的情況下，建議適當(dāng)增加采樣密度。

致謝：馬志遠(yuǎn)、董歡、徐克全等人參與了野外樣品采集，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所中心實(shí)驗(yàn)室的同志在樣品分析測(cè)試中付出了辛勤的勞動(dòng)，作者在此一并致謝！

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Research of 1∶50,000 Land Quality Geochemical Survey Technique at A Hilly-basin Area in Zhejiang Province

HE Ling, SUN Binbin, ZHOU Guohua, ZENG Daoming, LIU Zhanyuan

(Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences,Langfang, Hebei 065000，China)

A research on the technique of 1∶50,000 land quality geochemical survey at a hilly-basin area in central Zhejiang Province was carried out at 2014. The experimental procedure was as follows：(1)using the upper limit of sampling density of 1∶50,000 land quality geochemical survey, the average sampling density is 16.4 samples per km2, Kriging interpolation method is used for the patch assignment (hereinafter referred to as interpolation);(2)to reach the target of precise land management, use the land plots as sampling units. The average sampling density is 179.5 samples per km2.Then use the measuring results in the patch assignment (hereinafter referred to as measured). Several parameters, including element content, geochemical grade of soil environment, geochemical grade of soil nutrient and geochemical comprehensive grade of soil quality were compared respectively in 16 samples per km2and 180 samples per km2. The study showed that: (1) by studying the relative deviation (RD) between interpolation and measured value of 15 elements which are crucial in the land quality assessment, we found that the RD qualified rate pass 90%, 80% to 90%, under 80% were separately 9,4 and 2; (2) the difference between interpolation and measured value in single geochemical grade of soil environment and comprehensive geochemical grade of soil environment are quite small, while it was more distinct in geochemical grade of soil nutrient; (3) the proportions of number and area change between interpolation and measured value for the first and second grade patches are 11.8% and 7.4%.The comprehensive geochemical grade of soil quality has changed in about 40% of the patches. In the experiment plot, the RD between interpolation and measured value were mainly caused by the spatial difference of N, P, K. The research shows that, the results of 1∶50,000 land quality geochemical survey, in a word, according to the land quality geochemical assessment requirements, can provide the scientific reference for land utilization and fertilization. But not well enough for precise land management.

land quality; geochemical survey; study of the sample density; basin in central Zhejiang

2016-06-23；改回日期：2016-09-05；責(zé)任編輯：樓亞兒。

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)課題“典型地質(zhì)環(huán)境區(qū)紅壤化過(guò)程地球化學(xué)特征研究”(201411091-2)；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“浙江省典型地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)示范”(12120113002200)。

賀 靈，男，碩士，工程師，1985年出生，地球化學(xué)專業(yè)，主要從事生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查與評(píng)價(jià)方面的研究工作。

Email：heling@igge.cn。

P595；X142

A

1000-8527(2016)06-1285-09