李歡 黃勇 楊全合 孫朝 鄧凱文 韓冰 鄧宇飛

摘? 要：在研究區(qū)以往工作的基礎(chǔ)上，采用隨機(jī)抽稀的方法，將采樣密度40件/km2分別抽稀至20件/km2、10件/km2、4件/km2，對比4種采樣密度下的數(shù)據(jù)特征和地球化學(xué)圖差異性。研究目的是改進(jìn)現(xiàn)有調(diào)查方法，以低密度代替高密度采樣，較少的樣本量反映較為真實的地球化學(xué)特征，以起到節(jié)約成本、提高效率的作用。研究結(jié)果：數(shù)據(jù)特征基本不受采樣密度的影響;但地球化學(xué)圖面效果受密度影響大，且40件/km2和20件/km2的成圖效果基本一樣，僅存在微小差異。因此，在開展鄉(xiāng)鎮(zhèn)級地球化學(xué)調(diào)查時，建議使用20件/km2的調(diào)查精度，根據(jù)調(diào)查成果在靶區(qū)內(nèi)開展高精度、全覆蓋的獨立地塊采樣。

關(guān)鍵詞：隨機(jī)抽稀;低密度;地球化學(xué)調(diào)查;精度;土地質(zhì)量評價

中圖分類號：S153;X142;P59? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1007-1903（2019）03-0033-05

Discussion on the Precision of Soil Geochemical Survey in Township：

A Case Study of Lixian Town， Beijing

LI Huan1，Huang Yong1，Yang Quanhe1，Sun Zhao1，Deng Kaiwen1，Han Bing1，Deng Yufei2

（1.Beijing Institute of Geo-exploration Technology， Beijing 100120;

2. Research Institute of Geology， China Chemical Geology and Mine Bureau， Beijing 100101）

Abstract： On the basis of the previous work in the study area， the sampling density of 40 pieces/km2 was diluted to 20 pieces/km2， 10 pieces/km2， 4 pieces/km2 by random thinning method， and the data characteristics and geochemical maps under four sampling densities were compared. The purpose of the study is to replace high-density sampling with low density， and less sample size reflects more realistic geochemical characteristics， which saves cost and improves efficiency. The conclusion of the comparative study is that the data characteristics are basically unaffected by the sampling density; the geochemical map’s showing effect is greatly affected by the density， and the map’s showing effect of 40 pieces/km2 is as basically same as that of 20 pieces/km2. Therefore， it is recommended to use a survey accuracy of 20 pieces/km2 when conducting a township-level geochemical survey. Based on the survey results， independent block sampling with higher precision and full coverage has been performed in the target area.

Keywords： random thinning method; low density; geochemical survey; precision; land quality evaluation

0 引言

鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施離不開土地的精細(xì)化管理和合理利用，摸清土壤地球化學(xué)狀況，掌握各項元素的基本特征和空間分布規(guī)律，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃提供地球化學(xué)層面的科學(xué)依據(jù)。地球化學(xué)調(diào)查中，樣品采集、分析測試均是“按件收費(fèi)”，采集、分析的樣品越多，調(diào)查成本自然就越高。因此，在以往高精度土壤地球化學(xué)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)抽稀后的對比研究，確定最經(jīng)濟(jì)、合理、高效的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級地球化學(xué)調(diào)查精度。

在吉林省公主嶺市大嶺鎮(zhèn)開展的土地質(zhì)量地球化學(xué)評價合理采樣密度的研究工作，認(rèn)為8件/km2的采樣密度可滿足調(diào)查精度要求（彭敏等，2019）。在上海開展的不同層級城市規(guī)劃土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價方法研究中認(rèn)為，鎮(zhèn)鄉(xiāng)級規(guī)劃對應(yīng)的土地質(zhì)量調(diào)查工作樣點精度可控制在16～20件/km2（何中發(fā)等，2018）。在四川開展的農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查土壤精度的探討，認(rèn)為“金土地工程”區(qū)經(jīng)濟(jì)實用的采樣密度為16～32件/km2（劉應(yīng)平等，2008）。另有多名學(xué)者探討了區(qū)域、縣域土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查精度（黃勇等，2008;閻波杰等，2008;簡中華等，2011;張志霞等，2014;齊雁冰等，2014），但關(guān)于北京平原區(qū)土地質(zhì)量調(diào)查精度的研究較少。筆者以北京市大興區(qū)禮賢鎮(zhèn)為例，探討在北京平原區(qū)開展鄉(xiāng)鎮(zhèn)級土壤地球化學(xué)調(diào)查的合理精度。

1 研究區(qū)概況

禮賢鎮(zhèn)位于北京南部，面積約90km2，規(guī)劃建設(shè)用地為15km2，下轄45個行政村。北京市域劃分為潮白河流域、薊運(yùn)河流域、北運(yùn)河流域、永定河流域和大清河流域，禮賢鎮(zhèn)地處永定河流域;周邊主要為天堂河、大龍河等，均為季節(jié)性河流，自西北流向東南。地勢平坦，地表覆蓋第四紀(jì)全新世沉積物。土壤類型以潮土為主，局部地區(qū)為沼澤土、風(fēng)沙土等。

2 方法試驗

2.1 試驗原理

已完成的調(diào)查工作是按照1km2劃分為1個采樣大格，125m×200m劃分為1個采樣小格，每個小格內(nèi)采集1件土壤樣品，平均采樣密度為40件/km2，研究區(qū)內(nèi)共采集表層土壤樣品3366件，調(diào)查精度為1∶5000。

在已知采樣點位的基礎(chǔ)上，分別采用固定尺寸的網(wǎng)格（250m×200m網(wǎng)格、500m×200m網(wǎng)格、500m×500m網(wǎng)格）對采樣點進(jìn)行隨機(jī)抽稀，每個網(wǎng)格內(nèi)僅保留1個采樣點，同時確保抽稀后的點位在空間上均勻分布，抽稀原理示例見圖1。

利用上述方法對研究區(qū)內(nèi)3366個采樣點位進(jìn)行抽稀，抽稀后采樣點數(shù)分別為1792個、984個、424個，平均采樣密度分別為20件/km2、10件/km2、4件/km2，調(diào)查精度分別達(dá)為1∶10000、1∶25000、1∶50000。

2.2 圖件編制

制圖時主要參照地礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250000）》（DZ/T 0258-2014），采樣點密度及精度的劃分主要參考《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2016），制圖軟件是地球化學(xué)勘查一體化系統(tǒng)（Geochem Studio）。

網(wǎng)格化方式為常規(guī)網(wǎng)格化，網(wǎng)格化方法為King泛克里格法，變差函數(shù)類型為線性模型，搜索扇形類型為四方向搜索，使用累計頻率方法將地球化學(xué)色區(qū)劃分為15級。

3 效果對比

開展土壤地球化學(xué)調(diào)查工作，摸清元素含量特征和空間分布情況的同時，另一重要目的是從地球化學(xué)角度對土地質(zhì)量進(jìn)行評價。評價時參考因子主要為有益和有害元素（蘇璧耀，1982;劉銳，1987;任榮富等，2010;馬逸麟等，2015;郭莉，2017）因此，繪制了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、N、P、S、Se、pH、Corg（有機(jī)碳）等元素與指標(biāo)在不同程度抽稀后的地球化學(xué)圖，并進(jìn)行了相應(yīng)的參數(shù)統(tǒng)計，分別選取有害元素Cu和有益指標(biāo)Corg為例進(jìn)行效果對比。

3.1 數(shù)據(jù)特征對比

地球化學(xué)參數(shù)是一定區(qū)域內(nèi)土壤元素特征的定量化反映，主要包括均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)離差、變異系數(shù)、最大值、最小值、背景值等。均值，即算數(shù)平均值，參與統(tǒng)計的全部樣本的平均數(shù)。背景值，經(jīng)反復(fù)剔除均值加減兩倍標(biāo)準(zhǔn)離差的數(shù)據(jù)后再計算出的平均值。變異系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)離差與平均值之比的百分?jǐn)?shù)。表1主要對均值、背景值、變異系數(shù)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)直方圖進(jìn)行了對比研究。

對比發(fā)現(xiàn)，雖對樣本量進(jìn)行了不同程度的抽稀，但均值、背景值、變異系數(shù)及數(shù)據(jù)直方圖特征基本保持不變，表明在一定程度上，數(shù)據(jù)特征受樣本量的影響較小。

3.2 成圖效果對比

地球化學(xué)圖是一定區(qū)域內(nèi)元素空間分布特征的綜合反映，是一種定性化表達(dá)。不同程度抽稀后繪制的Cu地球化學(xué)圖見圖2，Corg地球化學(xué)圖見圖3。

雖然采樣密度存在不同程度的差別，但對研究區(qū)內(nèi)地球化學(xué)特征總體變化趨勢的反映是一致的。即Cu元素在西南部含量偏高、中部偏低、東北和東南部偏高;Corg具有高含量區(qū)和低含量區(qū)呈北西向相間分布的特征。

根據(jù)圖面效果可以將4種采樣密度劃分為兩種尺度，40件/km2和20件/km2的采樣密度為一種尺度，繪制的地球化學(xué)圖具有較強(qiáng)的空間相似性，反映的高含量區(qū)和低含量區(qū)基本上具有對應(yīng)關(guān)系，雖精度存在差異，但成圖效果和反映的地球化學(xué)信息基本一樣;10件/km2和4件/km2的采樣密度為一種尺度，地球化學(xué)圖同樣具有空間相似性。兩種尺度之間的圖面效果具有明顯的差異性，40件/km2和20件/km2尺度下的圖面是對該地區(qū)地球化學(xué)空間特征較為精細(xì)化的表達(dá)，而10件/km2和4件/km2尺度下的圖面是對地球化學(xué)空間特征較為簡單化的表達(dá)。

4 調(diào)查方法的改進(jìn)措施

利用半變異函數(shù)進(jìn)行禮賢鎮(zhèn)元素空間變異性研究，多數(shù)元素的決定系數(shù)R2介于0.7～1.0之間，說明可以利用空間插值方法繪制元素地球化學(xué)圖。利用土壤地球化學(xué)調(diào)查成果為鄉(xiāng)鎮(zhèn)服務(wù)時重點考慮兩個問題，一是土壤中重金屬元素高含量的潛在風(fēng)險問題，二是養(yǎng)分元素豐缺情況。因此在獲得各元素空間分布特征之后，以重金屬元素高含量區(qū)和養(yǎng)分元素低含量區(qū)為參考依據(jù)，圈定詳細(xì)調(diào)查的靶區(qū)。在靶區(qū)內(nèi)布設(shè)土壤采樣點時盡量保證每個地塊至少1個采樣點，以提高靶區(qū)內(nèi)地塊中元素特征的真實度。

系統(tǒng)梳理了諸多學(xué)者關(guān)于北京平原區(qū)土壤元素空間結(jié)構(gòu)的研究成果后發(fā)現(xiàn)，北京平原區(qū)土壤元素具有較好的空間相關(guān)性（王學(xué)軍等，1997;鄭袁明等，2003;霍霄妮等，2009;吳文勇等，2013;張瑞等，2014;董士偉等，2015;安永龍等，2018）。因此也可以嘗試采用先圈定靶區(qū)后進(jìn)行獨立地塊采樣的調(diào)查思路。

5 結(jié)論

開展土壤地球化學(xué)調(diào)查工作，密度越大、精度越高反映的情況也就越真實，提出的建議也就越具有針對性。在資金充裕、時間充足、條件允許的情況下可開展高精度、大比例尺的調(diào)查工作，但在實際工作中必須要綜合考慮資金、效率、時間、人員等因素，同時結(jié)合調(diào)查目的，選擇最佳的調(diào)查精度和方法。

從研究成果看，不同精度的地球化學(xué)調(diào)查成果在數(shù)據(jù)特征上具有一致性，但在成圖效果上存在較為顯著的差異。鄉(xiāng)鎮(zhèn)級地球化學(xué)調(diào)查工作精度為1：10000、采樣點密度20件/km2最優(yōu)，既能節(jié)約成本又能較為精細(xì)而真實的反映出土壤地球化學(xué)空間分布特征。在此基礎(chǔ)上提出了先圈定靶區(qū)后進(jìn)行獨立地塊采樣的調(diào)查思路。

本次研究旨在改進(jìn)現(xiàn)有調(diào)查方法，尚屬于探索嘗試階段。研究工作中仍存在諸多不足之處，歡迎各位同仁予以溝通交流。

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