浙西丘陵區(qū)不同采樣密度富硒土壤評價研究

摘要： 為精準(zhǔn)確定富硒水田圖斑，以浙西典型丘陵富硒區(qū)常山縣球川鎮(zhèn)棋盤山為研究區(qū)，采用1∶1萬土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范（平均采樣密度為256件/km2）和無樣圖斑屬性賦值法（平均采樣密度為552件/km2）分析圖斑實測值，對比研究浙西丘陵區(qū)富硒土壤硒含量及富硒圖斑評價結(jié)果。無樣圖斑賦值結(jié)果與實測值相對雙差合格率為6071%，富硒圖斑判定結(jié)果一致率為6364%。研究區(qū)1∶1萬土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范采樣評價精度尚難達到富硒圖斑精準(zhǔn)要求，應(yīng)適當(dāng)加大采樣密度，尤其是無樣圖斑周邊無實測圖斑時，應(yīng)布置采樣點予以控制。

關(guān)鍵詞： 富硒土壤;土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查;采樣密度;浙西丘陵區(qū)

中圖分類號：P559

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：20961871（2020）0217707

浙江省農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)功能區(qū)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)1∶1萬土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查評價工作正在推進，其調(diào)查成果精度能否滿足土地精準(zhǔn)管理需求值得進一步探討。目前，針對1∶1萬土地質(zhì)量地球化學(xué)采樣密度的研究較少，尤其1∶1萬富硒土壤采樣密度研究更少。王玉婷等[1]在四川盆地的丘陵地帶開展1∶1萬土地質(zhì)量地球化學(xué)評估，按250 m×250 m網(wǎng)格取樣，即采樣密度為16件/km2。彭敏等[2]研究認(rèn)為地塊規(guī)整、地勢平坦、母質(zhì)單一的平原區(qū)，8件/km2的采樣密度能滿足地塊尺度評價工作精度要求。黃春雷等[3]在金華地區(qū)開展富硒土壤詳查時采用了12～16件/km2的采樣密度。賀靈等[4]對比浙中丘陵盆地區(qū)高采樣密度和低采樣密度土壤地球化學(xué)元素含量差異，發(fā)現(xiàn)對Se、Mo、Cu等變異較小的元素，164件/km2的采樣密度基本能滿足評價要求?！禗Z/T 0295—2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》[5]要求：1∶1萬土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查的基本采樣密度為20件/km2，最小評價單元為土地利用現(xiàn)狀調(diào)查圖斑。由于元素空間變異性受地形、地貌、地質(zhì)背景、地塊破碎程度等影響，空間變異性小的元素采樣密度小，變異性大的元素（Cd、Hg）采樣密度大，因此，合理確定采樣密度是進行土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查的前提。

為實現(xiàn)土地精準(zhǔn)管理，需對每個地塊或圖斑進行評價。當(dāng)圖斑無評價數(shù)據(jù)（即無樣圖斑）時，常用插值法或?qū)傩再x值法進行賦值[4]。土壤元素含量空間連續(xù)性和相關(guān)性[6]為插值（賦值）提供了前提。一些學(xué)者根據(jù)評價指標(biāo)的空間變化程度，采用空間插值法賦值[710]，但該法主要適用于平原、盆地等相對平坦地區(qū)。對圖斑碎小的丘陵和山地，可選擇屬性賦值法進行賦值[5]。目前，屬性賦值法的應(yīng)用實例較少，僅賀靈等[11]探討丘陵盆地區(qū)采樣密度時采用了賦值法，但缺乏賦值結(jié)果與實測值的對比研究。

本文在1∶5萬土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查[12]的基礎(chǔ)上，對浙西丘陵區(qū)常山縣球川鎮(zhèn)棋盤山富硒區(qū)開展采樣密度對比試驗，按1∶1萬土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查土壤采樣密度，利用屬性賦值法對無樣圖斑賦值，以實際利用和土地精準(zhǔn)管理為目標(biāo)，按圖斑采樣。通過對比研究區(qū)空白圖斑賦值、實測土壤硒含量及富硒土壤評價結(jié)果，探討合理的采樣密度，為類似丘陵區(qū)1∶1萬富硒土壤地質(zhì)調(diào)查及富硒土壤開發(fā)利用提供指導(dǎo)。

1研究區(qū)概況

棋盤山富硒區(qū)位于浙西丘陵區(qū)，行政隸屬常山縣球川鎮(zhèn)。區(qū)內(nèi)地貌類型為低丘崗地，以黏土和黏壤土為主，土壤類型有水稻土和石灰?guī)r土。該區(qū)土地利用方式以水田和旱地為主，另有林地和園地等，圖斑細碎（圖1（a））。夏秋季主要種植水稻，冬春季主要種植油菜。研究區(qū)成土母質(zhì)主要為河漫灘相沉積物，北西角為石灰性紫泥巖類風(fēng)化物（圖1（b）），周邊未見固廢堆和污染企業(yè)等污染源。

2材料與方法

21樣品采集

相對旱地和園地等其他土地利用類型，水田耕作更精細。長期耕作活動使地塊土壤中各元素含量相對較均勻，空間分異較小[13]，因此，本次試驗采樣點集中布置在水田中。研究區(qū)共有水田圖斑53個，面積125 km2。

按兩種采樣密度分別采集土壤表層（0～20 cm）樣品。一是根據(jù)1∶1萬土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查采樣密度要求，以采樣點均勻分布和有效控制圖斑為原則，采集樣品32件，采樣密度為256件/km2（圖1）;二是以圖斑為采樣單元，采集樣品69件（含上述32件），采樣密度為552件/km2。對12個大圖斑（面積>0033 km2）加密采樣，對28個無樣圖斑補充采樣。

為保證樣品的代表性，在布設(shè)的采樣點上以GPS定位中心點，向四周輻射20～50 m確定分樣點，由5個子樣等量混合組成1件樣品。使用不銹鋼鏟直接采樣，樣品原始重量>2 kg。自然風(fēng)干后，去除巖屑石塊和植物根系，過2 mm（10目）尼龍篩，混勻后裝瓶備用。

22樣品測試

在華北有色地質(zhì)勘查局燕郊中心實驗室完成樣品測試工作。土壤樣品全量硒采用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法（HGAFS）測定，檢出限為001×10-6。樣品分析按《DZ/T 0295—2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》[5]和《DZ/T 0258—2014多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250 000）》[14]執(zhí)行，測試時插入重復(fù)樣與標(biāo)準(zhǔn)樣進行質(zhì)量監(jiān)控。檢查發(fā)現(xiàn)，所有樣品報出率為100%，準(zhǔn)確度和精密度監(jiān)控樣合格率100%，重復(fù)樣合格率100%，達到《DZ/T 0295—2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》[5]要求。方法一的樣品還測試了土壤重金屬元素As、Hg、Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、Zn含量及pH值，用于了解研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量。

23研究方法

231賦值方法

采用屬性約束下的空間距離最近原則，按成土母質(zhì)、土壤類型、土地利用類型的屬性先后順序，使用采樣圖斑Se含量對無樣圖斑賦值[5]。由于無樣圖斑的成土母質(zhì)為河漫灘相沉積物，土壤類型為水稻土，土地利用類型為水田，故賦值時只考慮空間距離最近原則，分以下4種情況：

（1）當(dāng)無樣圖斑僅與1個采樣圖斑相鄰時，用采樣圖斑Se含量對其賦值。

（2）當(dāng)無樣圖斑與多個采樣圖斑相鄰時，采用平均值對其賦值。

（3）當(dāng)無樣圖斑只與其他無樣圖斑相鄰時，將已賦值的無樣圖斑視為采樣圖斑，按（1）和（2）情況對其賦值。

（4）當(dāng)無樣圖斑周邊無已采樣（或已賦值）圖斑時，按距離最近原則，選擇1個采樣（或已賦值）圖斑Se含量對其賦值。

232評價方法

為對比賦值結(jié)果與實測值的差異，以圖斑為統(tǒng)計單元，計算每個圖斑中實測值與賦值的相對雙差（RD），參考《DZ/T 0258—2014多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250 000）》[14]對土壤樣品重復(fù)檢驗的要求計算合格率（合格率=合格圖斑數(shù)/圖斑總數(shù)）。以合格率≥90%評判賦值數(shù)據(jù)的可接受性[4]。當(dāng)合格率<90%時，表明賦值結(jié)果不能滿足土地精細管理要求。

一般認(rèn)為，土壤w（Se）≤04×10-6為中低硒及缺硒土壤;w（Se）>（04～30）×10-6為富硒土壤;w（Se）>30×10-6為硒過剩土壤[1519]。以土壤w（Se）>（04～30）×10-6為富硒標(biāo)準(zhǔn)，對比賦值和實測值富硒圖斑判定結(jié)果，當(dāng)判定結(jié)果一致的富硒圖斑面積占實測富硒圖斑面積比≥90%時，表明賦值法能滿足富硒圖斑精準(zhǔn)確定要求，否則應(yīng)適當(dāng)加大采樣密度。

3結(jié)果與探討

31富硒土壤空間分布

常山縣1∶5萬土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查（采樣密度9件/km2）初步圈定了富硒土壤分布范圍，土壤硒主要來源于風(fēng)化的富硒巖石，外源輸入組分影響較小，具有一定的開發(fā)潛力[12]。通過1∶1萬土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查（采樣密度256件/km2）詳細查明了富硒土壤分布特征。旱地土壤Se含量為（028～073）×10-6，平均含量為050×10-6;水田土壤Se含量為（025～050）×10-6，平均含量為039×10-6。旱地土壤硒含量高于水田土壤硒含量，富硒水田集中分布在研究區(qū)中部。

加密采樣（采樣密度552件/km2）后，運用地球化學(xué)勘查一體化系統(tǒng)GeoChem Studio 305軟件繪制了研究區(qū)富硒水田分布圖（圖2）。富硒水田分布在棋盤山村南東側(cè)，分布零散，土壤Se含量為（041～070）×10-6，平均含量為046×10-6。按逐個圖斑匯總，富硒水田面積為0466 km2，占研究區(qū)水田總面積的3728%。

32不同采樣密度土壤硒含量

按現(xiàn)行規(guī)范和以圖斑為單元采樣，研究區(qū)土壤Se含量最大值、最小值、平均值、中位數(shù)及變異系數(shù)見表1。不同采樣密度下，土壤Se含量變異系數(shù)為20%，屬中度變異[20]，表明研究區(qū)Se空間分布較均勻。按現(xiàn)行規(guī)范采樣，土壤硒含量為（025～050）×10-6;加密采樣后，土壤硒含量為（018～070）×10-6，采樣密度越大，數(shù)據(jù)離散程度越高[21]。由于中位數(shù)較平均值更穩(wěn)定，因此，采用中位數(shù)對比不同采樣密度下土壤硒含量的差異。計算相對雙差，表征不同采樣密度下土壤Se含量的相差程度[11]。結(jié)果表明，土壤硒含量中位數(shù)相對雙差僅為132%，說明按現(xiàn)行規(guī)范和以圖斑為單元采樣，其采樣密度均可客觀反映研究區(qū)土壤Se的地球化學(xué)特征。

33賦值結(jié)果誤差

研究區(qū)無樣圖斑賦值與實測值相對雙差合格率計算結(jié)果見表2。相對雙差為225%～9412%，平均值為2062%，賦值結(jié)果合格率為6071%，表明賦值數(shù)據(jù)尚難達到富硒土地精細評價要求。28個無樣圖斑中，18個圖斑的相鄰圖斑有實測值，10個圖斑無實測值。當(dāng)相鄰圖斑有實測值時，賦值與實測值相對雙差為241%～3448%，平均值為1304%，合格率為7222%;當(dāng)相鄰圖斑無實測值時，賦值與實測值相對雙差為225%～9412%，平均值為3426%，合格率為40%。顯然，無樣圖斑周邊無實測圖斑時賦值誤差更大。

34加密采樣結(jié)果誤差

對比12個面積較大圖斑加密采樣前后土壤Se含量，其相對雙差為253%～1778%，平均值為817%，低于相對雙差≤25%的精度要求，合格率為100%，表明對面積較大的圖斑，現(xiàn)有采樣密度能反映土壤Se含量特征（表3）。

35富硒圖斑評價結(jié)果

為驗證不同采樣密度評價結(jié)果的準(zhǔn)確度，確定合理的采樣密度，將預(yù)測等級（單指標(biāo)、養(yǎng)分綜合、環(huán)境質(zhì)量綜合）與實測等級進行一致性對比分析[2，4，11]。由于加密采樣前后，面積較大圖斑的土壤硒含量變化較小，對富硒圖斑評價結(jié)果影響較小，本研究只對比無樣圖斑賦值與實測值評價的富硒結(jié)果（表4）。28個無樣圖斑，通過賦值判定為富硒水田的圖斑有12個，面積為0123 km2（圖3（a））。通過實測值判定為富硒水田的圖斑有11個，面積為0117 km2（圖3（b））。賦值與實測值一致判定為富硒水田的圖斑數(shù)（7個）占實測富硒圖斑的6364%，占實測富硒水田圖斑面積的5897%。賦值與實測值一致判定為非富硒水田的圖斑數(shù)（12個）占實測非富硒圖斑的7059%，占實測非富硒水田圖斑面積的7545%。賦值與實測值判定結(jié)果一致的圖斑面積占無樣圖斑面積的6973%，表明賦值法的準(zhǔn)確率無法滿足土地精細管理要求。

4結(jié)論

（1）浙西丘陵區(qū)土壤硒含量的空間變化較小，1∶1萬土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范采樣和圖斑采樣均能客觀反映該區(qū)土壤Se地球化學(xué)特征。

（2）浙西丘陵區(qū)圖斑細碎化程度高，20件/km2的采樣密度難達到精準(zhǔn)劃定富硒土地邊界要求，應(yīng)適當(dāng)加大采樣密度，有效控制周邊無實測值的無樣圖斑。

（3）由于研究區(qū)范圍較小，賦值誤差是否與地質(zhì)背景、土地利用方式和土壤類型有關(guān)，這有待進一步研究。

致謝：中化地質(zhì)礦山總局浙江地質(zhì)勘查院周漪工程師、李良傳工程師、宋元青工程師和翁雍蓉高級工程師參與了野外樣品采集工作，審稿專家在本文修改過程中提出了寶貴意見，在此一并表示感謝！

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