陸泗進，王業(yè)耀，夏 新，何立環(huán)

中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

土壤環(huán)境狀況不僅直接影響到國民經(jīng)濟發(fā)展和國土資源環(huán)境安全，而且直接關系到農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康[1-4]。當前中國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染嚴重、功能喪失，危害人民群眾身體健康，影響社會和諧穩(wěn)定[5-7]。

環(huán)境保護部門一直非常重視土壤環(huán)境監(jiān)測工作。早在“六五”“七五”“八五”期間，就開展了土壤環(huán)境背景值調(diào)查工作。2006年，全國土壤污染調(diào)查專項工作全面啟動，完成了全國土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評價、全國土壤背景點環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與對比分析、重點區(qū)域土壤污染風險評估與安全性劃分、污染土壤修復與綜合治理試點等主要內(nèi)容。2011—2015年,全國環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)按照每年監(jiān)測一類重點區(qū)域(企業(yè)周邊、農(nóng)田、蔬菜地、水源地周邊、畜禽養(yǎng)殖場周邊)開展了土壤環(huán)境質(zhì)量例行監(jiān)測工作試點[1,7-8]。這些調(diào)查或監(jiān)測試點工作，為國家掌握全國土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，制定相關政策發(fā)揮了重要作用。但目前的土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測工作仍屬于專項性質(zhì)和試點性質(zhì)，同時監(jiān)測點位存在代表性不強、分布不盡合理、不具連續(xù)性等問題，全國的土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡也尚未系統(tǒng)構建，還不能滿足當前國家對土壤環(huán)境進行全面有效監(jiān)管的新要求[1,7]。

黨的十八大以來，習近平總書記關于建設生態(tài)文明、加強環(huán)境保護的講話、論述、批示達100多次，提出了一系列新理念、新思想和新戰(zhàn)略。十八大報告也強調(diào)，要以解決損害群眾健康突出環(huán)境問題為重點，強化水、大氣、土壤等污染防治。李克強總理多次強調(diào)，環(huán)境污染是民生之患、民心之痛，要鐵腕治理，以改善大氣、水、土壤環(huán)境為重點，加強污染治理和生態(tài)保護?！锻寥牢廴痉乐涡袆佑媱潯穂9]明確要求，由環(huán)境保護部牽頭，統(tǒng)一規(guī)劃、整合優(yōu)化土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點位，2017年底前完成土壤環(huán)境質(zhì)量國控監(jiān)測點位設置，建成國家土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡，充分發(fā)揮行業(yè)監(jiān)測網(wǎng)作用，基本形成土壤環(huán)境監(jiān)測能力。2020年底前，實現(xiàn)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點位所有縣(市、區(qū))全覆蓋。

1 國際做法和經(jīng)驗

國家土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡的布設有利于了解國家土壤環(huán)境質(zhì)量和基本動態(tài)，對于環(huán)境污染的盡早發(fā)現(xiàn)和治理也具有重要作用。歐洲很多國家和地區(qū)都建立了土壤監(jiān)測網(wǎng)絡，并開展長期監(jiān)測[10-15]。其目的在于掌握土壤狀況和相關污染物的生態(tài)毒性風險、了解土壤相關指標的空間分布特征及隨時間變化趨勢。1979年，英國以5 km×5 km網(wǎng)格布設了6 000個土壤監(jiān)測點位；1985年，瑞士建立了國家土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)(NABO)，每100 m2布設一個監(jiān)測點位，監(jiān)測點的選擇原則是農(nóng)用地占50%，森林、土壤占30%，其他廣泛使用的土壤占20%；德國環(huán)境保護部門和農(nóng)業(yè)部門共設置了800多個土壤監(jiān)測點；法國也提出構建16 km×16 km采樣網(wǎng)格的土壤監(jiān)測網(wǎng)絡。此外，奧地利、比利時、丹麥等也都建立了國家層面的土壤監(jiān)測點位。這對土壤數(shù)據(jù)的積累、土壤環(huán)境問題的早期發(fā)現(xiàn)具有積極作用。同時，歐盟在2004年中期為土壤監(jiān)測提出一項正式立法提議，擬建立整個歐盟的土壤監(jiān)測網(wǎng)絡[13-15]。歐盟提出每300 km2布設1個監(jiān)測點，基本可涵蓋歐洲全部土壤類型和土地利用類型。由于歐盟此前已在森林土壤調(diào)查中建立了以16 km×16 km的監(jiān)測格網(wǎng)，因此只需在非森林土地上新增監(jiān)測點，同時吸納歐盟各成員國已布設相關土壤監(jiān)測點位就可形成完善的整個歐盟的土壤監(jiān)測網(wǎng)絡。這樣大大節(jié)約了人力物力，也減少了歐盟財政預算。

可以看出，雖然不同國家和地區(qū)在土壤監(jiān)測的組織形式和指導思想上有所差別，但國家土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡構建方法和目的基本一致，都是為了掌握和了解土壤污染整體狀況及變化趨勢。同時，也都是采用網(wǎng)格法開展點位布設，只是網(wǎng)格的尺度是適宜各國國情和實際的。這些寶貴的經(jīng)驗值得國內(nèi)借鑒。

2 中國的土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)

中國的土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)是在整體狀況和風險監(jiān)控兩個層面上構建的例行監(jiān)測網(wǎng)，由背景點、基礎點、監(jiān)控點3類點組成，分為國控和省控兩級。通過長期、定點、連續(xù)監(jiān)測，逐步說清全國土壤環(huán)境質(zhì)量整體狀況及變化趨勢；掌握土壤環(huán)境疑似高風險區(qū)域，實現(xiàn)風險監(jiān)控。為各級政府管理部門土壤污染防治目標考核提供技術支撐，同時也是各土壤專項調(diào)查服務的基礎，各土壤專項調(diào)查可在此基礎上開展針對性的加密(數(shù)量、頻次等)監(jiān)測。

中國是農(nóng)業(yè)大國，耕地數(shù)量和質(zhì)量非常重要。耕地一旦遭到污染，不僅會危害居住其上的農(nóng)民，更會通過糧食、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的供給，給食品安全帶來風險。同時，一些區(qū)域的土壤環(huán)境問題直接或間接影響居民生活健康，如工礦污染企業(yè)周邊、飲用水源地保護區(qū)等，這些特定區(qū)域對國家生態(tài)環(huán)境安全具有重要影響。因此，土壤環(huán)境監(jiān)測點位布設區(qū)域應以耕地、工礦污染企業(yè)周邊、飲用水源地保護區(qū)等為主。同時，國內(nèi)的土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測還應兼顧到土壤背景值的變化[1]。

因此，中國的土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)應包含3類國控點：背景點、基礎點、監(jiān)控點。①背景點分布在未受或少受人類活動影響的土壤，反映未經(jīng)(或者極少)人為影響地區(qū)的土壤中元素的自然含量，可以為追溯污染歷史、制定環(huán)境標準、研究環(huán)境質(zhì)量提供基礎數(shù)據(jù)。在延續(xù)“七五”和“十一五”全國土壤環(huán)境調(diào)查背景點位的基礎上，根據(jù)現(xiàn)實發(fā)展變化進行重新篩選、優(yōu)化和補充獲得。②基礎點是基于全國土地利用類型(包括耕地、林草地、園地等)上布設的監(jiān)測點位，通過定點、連續(xù)監(jiān)測，系統(tǒng)、全面地反映國內(nèi)土壤整體環(huán)境狀況、變化趨勢，同時通過與背景監(jiān)測的對照，可判斷污染控制和環(huán)境管理的成效。③監(jiān)控點以監(jiān)控土壤環(huán)境風險源和敏感區(qū)域土壤環(huán)境潛在風險為目的，依據(jù)污染物排放特征和主要影響范圍，在涉及重金屬、持久性有機污染物等環(huán)境風險較大的行業(yè)企業(yè)、工業(yè)園區(qū)、集中式飲用水源地保護區(qū)等區(qū)域周邊土壤中布設具有代表性的點位，以實現(xiàn)風險監(jiān)控和預警。

3 布點尺度和點位優(yōu)化方法研究

作為土壤監(jiān)測最基礎、最前端的一環(huán)，基礎點位的布設非常重要，且又非常復雜。究竟全國應該在哪些區(qū)域布設、布設多少個基礎點位，才能基本說清全國的土壤環(huán)境狀況及變化趨勢，如何在點位數(shù)量、點位代表性、工作經(jīng)費、監(jiān)測能力上取得平衡是值得深入思考和研究的。國家層面也一直在進行相關的研究和探討，希望能在已有相關監(jiān)測工作基礎上，借鑒國內(nèi)外相關經(jīng)驗，確定土壤環(huán)境監(jiān)測國控點位，建立適合我國國情的國家土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)。

眾所周知，土壤監(jiān)測布點采樣的目標是為土壤進行有效的管理提供必需的信息。所需要的信息是研究區(qū)域內(nèi)土壤變量的取值及其空間變異特征。對網(wǎng)格布點法而言，網(wǎng)格的密度越小，越能較好地對上述信息進行推斷，而隨著網(wǎng)格的密度放大，監(jiān)測點位在估值精度、空間變異性表達方面將呈降低趨勢[16-19]。但是，如果采樣數(shù)量變異不足以影響土壤管理，則精確空間變異描述的意義降低，完全可以以較少的采樣成本達到土壤環(huán)境監(jiān)管的目的。若考慮土壤監(jiān)測、調(diào)查成本，應當分析不同網(wǎng)格尺度效果對采樣數(shù)的敏感性，以可能用較少的點位數(shù)達到與較多點位數(shù)支持下大致相當?shù)男Ч?/p>

如前所述，歐洲國家和地區(qū)提出了滿足各自需求的布點網(wǎng)格尺度，在中國國家尺度上，究竟多大的網(wǎng)格尺度合適，是開展基礎點位布設的關鍵之一。我國“十一五”土壤污染狀況調(diào)查工作，普查點位中耕地點位是在8 km×8 km網(wǎng)格布點基礎上獲得的，但也有個別地區(qū)對采樣網(wǎng)格進行了加密。這為開展適宜網(wǎng)格尺度識別的研究提供了良好的數(shù)據(jù)支撐。中國環(huán)境監(jiān)測總站組織廣東省環(huán)境監(jiān)測中心和湖北省環(huán)境監(jiān)測中心站分別在廣東珠三角地區(qū)和鐘祥市胡集鎮(zhèn)開展了不同網(wǎng)格尺度識別研究。通過對珠三角耕地土壤4種不同網(wǎng)絡尺度(2 km×2 km、4 km×4 km、8 km×8 km、16 km×16 km)監(jiān)測數(shù)據(jù)的研究和分析[20],繪制圖1?？梢?，2 km×2 km、4 km×4 km、8 km×8 km 3種采樣尺度，均較可靠地反映珠三角區(qū)域耕地土壤重金屬含量的整體狀況及空間變異情況。

圖1 不同采樣尺度下土壤鎘含量半方差分布圖Fig.1 Semivariogram of soil Cd content in varied scales

研究還表明，在污染較重的區(qū)域，網(wǎng)格尺度越小，對于區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的反映和刻畫也更加細致。在考慮經(jīng)濟性和可行性的前提下，8 km×8 km是比較適宜的采樣尺度。這說明，在考慮監(jiān)測目的、監(jiān)測成本等前提下，完全可以以較少的采樣點位達到土壤環(huán)境例行監(jiān)測的目的。對鐘祥市胡集鎮(zhèn)的研究，也得到了相似的結論。

珠三角地區(qū)人為活動劇烈，地理條件復雜，基于此，本研究認為國家尺度上基礎點位布設宜采用8 km×8 km布點網(wǎng)格，但在污染重、耕地破碎化的地區(qū)，網(wǎng)格尺度應適當加密。在人為影響小、土地利用類型單一、土壤類型一致的地區(qū)，網(wǎng)格尺度則可適當放大(合并網(wǎng)格)。

在解決了布點網(wǎng)格尺度后，需要解決的另一個關鍵問題是如何科學合理地繼承歷史監(jiān)測點位?！笆晃濉逼陂g，全國土壤污染調(diào)查專項工作共布設土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查點位41 824個。2012年，全國土壤環(huán)境質(zhì)量例行監(jiān)測工作試點在基本農(nóng)田區(qū)布設點位4 606個。這些工作積累了大量的監(jiān)測點位、數(shù)據(jù)，這是開展土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測國控點布設的基礎，開展國控點的布設不能脫離這些點位。

由于基礎點位主要是為例行監(jiān)測工作服務，例行監(jiān)測與專項調(diào)查不同，監(jiān)測點位數(shù)量要適宜，因此，歷史監(jiān)測點不能全部納入國控點。為此，中國環(huán)境監(jiān)測總站組織湖北省環(huán)境監(jiān)測中心站以湖北省為例開展了歷史監(jiān)測點位的優(yōu)選研究。通過分析歷史監(jiān)測點位不同元素和污染物的累積、污染情況判斷該歷史監(jiān)測點位土壤環(huán)境質(zhì)量情況，并進行土壤環(huán)境的累積性、適宜性評價。依據(jù)土壤背景累積性評價、土壤環(huán)境適宜性評價的結果，將歷史監(jiān)測點位劃分成土壤環(huán)境保護點、土壤環(huán)境安全保障點、土壤環(huán)境整治點。同時，結合歷史監(jiān)測點位在土地利用類型圖斑、土壤類型圖斑上分布情況以及距離道路、居民區(qū)、污染源的距離等，提出統(tǒng)一、完整的優(yōu)選原則，為歷史監(jiān)測點位篩選奠定了技術基礎。成功將湖北省1 536個歷史監(jiān)測點位優(yōu)化篩選為795個,見表1。

綜上，基礎點采用GIS空間分析技術，依據(jù)布設網(wǎng)格尺度研究結果，進行全國統(tǒng)一布點網(wǎng)格(8 km×8 km)。但在面積破碎、人為影響復雜區(qū)域適當加密，在人為影響小、大片分布且土地利用類型單一等區(qū)域則合理合并網(wǎng)格。然后疊加土壤類型圖、歷史監(jiān)測點位等，按照統(tǒng)一的優(yōu)選原則，進一步優(yōu)選點位，并盡可能保留“十一五”全國土壤污染狀況調(diào)查和“十二五”全國土壤環(huán)境質(zhì)量例行試點監(jiān)測等歷史點位。最后，通過現(xiàn)場勘查對點位進行檢驗、優(yōu)化、調(diào)整。

表1 湖北省歷史監(jiān)測點篩選結果

4 基礎點位布設

4.1 布點原則

基于上述考量，基礎點位布設應遵循的原則包括：①科學性和可行性。布設技術方法首先要科學合理，同時也應考慮現(xiàn)實基礎，確保技術方法可以實現(xiàn)。②代表性和經(jīng)濟性。在滿足監(jiān)測目的和需求的基礎上，在經(jīng)費、點位數(shù)量、代表性3方面取得平衡。③繼承性和發(fā)展性。監(jiān)測區(qū)域有歷史監(jiān)測點位的則盡可能使用原點位，同時根據(jù)當前土壤環(huán)境監(jiān)管需求，新增布設監(jiān)測點位。④普遍性和特殊性。布點技術方法具有普遍適用性，但個別規(guī)定可以依據(jù)監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境特點、地形地貌特征等進行適當調(diào)整。⑤穩(wěn)定性和動態(tài)性。點位一經(jīng)確定，原則上不允許調(diào)整，但當點位不適應監(jiān)測管理需求時，可進行動態(tài)調(diào)整。

4.2 布設方法

1)網(wǎng)格設定：針對監(jiān)測區(qū)域耕地、林草地土壤分布狀況，研究其土壤污染物含量及其空間變異特征，設定適宜的監(jiān)測網(wǎng)格(如國家尺度上耕地監(jiān)測網(wǎng)格劃定為8 km×8 km)，采用網(wǎng)格布點法布設土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點位。

2)網(wǎng)格篩選：將劃定好的網(wǎng)格數(shù)據(jù)疊加監(jiān)測區(qū)域土地利用現(xiàn)狀圖層，計算網(wǎng)格內(nèi)耕地面積、林草地面積，按照面積占優(yōu)法篩選出耕地、林草地面積超過一定比例的網(wǎng)格(對于土地利用破碎化的地區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)等，可降低篩選比例或加密)，從而得到監(jiān)測區(qū)域內(nèi)需布設監(jiān)測點位的網(wǎng)格，網(wǎng)格中心點即為初始點位。

3)利用GIS技術設置4個限制條件：①利用土地方式解譯數(shù)據(jù)提取監(jiān)測區(qū)域水系圖層。②利用交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)生成監(jiān)測區(qū)域內(nèi)主要交通干線兩側各150 m緩沖區(qū)圖層。③利用污染源點位數(shù)據(jù)生成監(jiān)測區(qū)域內(nèi)污染源600 m緩沖區(qū)圖層。④利用遙感解譯數(shù)據(jù)，生成監(jiān)測區(qū)域內(nèi)居住用地300 m緩沖區(qū)圖層。將上述得到的4個圖層融合后與篩選網(wǎng)格相疊加，生成可布區(qū)域。將初始點位調(diào)整至可布區(qū)域最合適位置。

4)疊加土壤類型：將調(diào)整后的初始點位與地區(qū)土壤類型圖做疊置分析，獲取點位對應的土壤類型，點位應覆蓋當?shù)氐闹饕寥李愋?，否則在選取監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)未覆蓋到的主要土壤類型圖斑中部位置新增點位。

5)整合歷史監(jiān)測點位：將確定的網(wǎng)格點與歷史監(jiān)測點位(“十一五”全國土壤污染狀況調(diào)查點位和“十二五”全國土壤環(huán)境質(zhì)量例行試點監(jiān)測農(nóng)田點位等)進行疊加分析，按照統(tǒng)一的原則整合歷史監(jiān)測點位。

6)點位調(diào)整和優(yōu)化：影像核查調(diào)整。利用高分影像逐一對布設的點位進行檢查，對不符合限制條件要求的點位進行如下調(diào)整：①歷史點位替代。同一網(wǎng)格內(nèi)，用最近的且符合要求(如土地利用類型、土壤屬性一致，非交通干線、居民點、污染源緩沖區(qū)內(nèi)等)的歷史監(jiān)測點位代替網(wǎng)格點。②網(wǎng)格合并。視需要和實際情況，可以對相鄰的網(wǎng)格進行合并，以減少監(jiān)測點位數(shù)量。

7)現(xiàn)場核查：上述完成的點位僅為理論點位，還需對理論布設點位逐一進行現(xiàn)場核查，按照統(tǒng)一規(guī)定的核查標準進行，對于不符合要求的點位應按布點原則重新調(diào)整。

5 階段性布設結果

截至目前，全國已經(jīng)基本完成基礎點位布設工作，點位數(shù)量共計約20 000個，其中耕地點位所占比例約為79%，林草地點位所占比例約為21%。(注：本文均不涉及香港、澳門特別行政區(qū)和臺灣地區(qū))

在區(qū)域分布上，耕地面積最大的6個省/自治區(qū)(河北、內(nèi)蒙古、黑龍江、山東、河南、四川)基礎點位數(shù)量較多。耕地相對較大、超標比例相對較高的6個省(湖南、湖北、江蘇、浙江、安徽、云南)基礎點位數(shù)量也較多。城市化率高或轄區(qū)面積相對較小，耕地面積小的7個省/自治區(qū)/直轄市(北京、天津、上海、重慶、福建、海南、寧夏)基礎點位數(shù)量相對較少。

在歷史點位繼承上，全國約20 000個基礎點位中，屬于原“十一五”土壤污染狀況調(diào)查點位所占比例約為60%；屬于原“十二五”例行監(jiān)測點位所占比例約為1%，新增點位所占比例約為39%。

在縣域覆蓋上，基礎點位對縣的覆蓋比例已經(jīng)達到99%。沒有覆蓋到的縣共23個，主要原因包括：①個別縣為海島，如嵊泗縣、南澳縣、金門縣等；②部分縣耕地比重低，如黟縣、申扎縣、眉縣、阿合奇縣、烏恰縣等，后續(xù)根據(jù)管理需要可新增布點?；A點位對區(qū)的覆蓋比例為60%，沒有覆蓋的區(qū)基本為城市中心城區(qū)，無耕地或耕地比例低，無法布設。

在土壤類型的覆蓋上，我國的耕地面積比例為1%以上的土壤亞類基本實現(xiàn)了覆蓋，基礎點位覆蓋了56種土類，覆蓋率達到98%；覆蓋了148個主要土壤亞類，覆蓋率為64%。

在產(chǎn)糧大縣覆蓋上，對照2011年全國糧食生產(chǎn)先進單位名單(共200個)，基礎點位覆蓋了上述全部產(chǎn)糧大縣，所布設點位占全國耕地基礎點位的比例約為20%。

6 結語

未來還需按照《土壤污染防治行動計劃》的要求，進一步完善基礎點位布設工作，針對尚未覆蓋的區(qū)域(土地利用類型、土壤類型等)包括城市土壤，并結合全國土壤污染狀況詳查工作及國家重點生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量考核等，開展基礎點位的優(yōu)化和新增工作，實現(xiàn)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點所有縣(市、區(qū))全覆蓋。同時，還應在土壤環(huán)境風險源和敏感區(qū)域周邊土壤開展監(jiān)控點的布設，依據(jù)污染物排放特征和主要影響范圍，在涉及重金屬、持久性有機污染物等環(huán)境風險較大的行業(yè)企業(yè)、工業(yè)園區(qū)和集中式飲用水源地保護區(qū)等區(qū)域周邊土壤中布設具有代表性的點位，實現(xiàn)風險監(jiān)控和預警，以滿足環(huán)境管理和決策的需求。

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