农业地质调查中土壤样品采集浅析

    肖光莉+杨国庆+李娟

    摘要：农业地质调查中对土壤样品的采集方法主要结合地质调查和土壤学的知识进行，土壤样品采集以挖0-20m的剖面进行，但未对土壤剖面进行分层，在土壤类型划分的过程中会存在一些不足，因此农业地质调查中的土壤样品采集需要结合相关学者关于土壤样品采集的研究，结合遥感图片、计算机插值和改进土壤采样器等方法，以便农业地质调查数据更科学，采样过程更便捷。

    关键词：农业地质；土壤样品；采样

    前言：农业地质学是一门介于农业学和地质学之间的边缘学科，它是研究地质背景及其变化规律对农业发展影响程度的科学。它通过对有利于农业发展的地质背景的保护，对不利于农业发展的地质背景的改造和创新，使地质科学与农业科学密切结合，从而促进农业生产水平的提高。农业地质学的任务主要是开展农业地质背景的调查研究，并运用于国土整治和选择最优农业种植规划布局方案，以促进农业增产；开展农业水文地质工作，协助解决农业用水问题，指导节约用水与科学用水，改良盐碱地；开发应用矿物肥料和矿物饲料等。农业地质调查土壤样品采集艮据不同的方法，结果的精度不同，因此，研究不同的采集方法对农业地质调查中土壤样品的采集有一定的现实意义。

    1、土壤地球化学样品采集工作方法

    土壤地球化学样品包括表层土壤和深层土壤两类样品。

    1.1 表层土壤采集方法

    表层土壤样品采样密度为1个点/km2。城区及周边地区，可加密到平均1～2个点/km2。滩涂（含潮间带）一般采样密度为1个点/4km2。西部景观单一，以草原为主地区采样密度可放稀为1个点/4km2。采样点要均匀分布，按采样格子布点。采样小格（1km2）中一般均应布点，点位尽量布置在格子中间部位。表层土壤样品的采样深度为0～20cm。以土壤学中对表层土壤样品的采集方法为主，采样点应正确地标绘在地形图手图上。使用GPS并结合地形图定点，并在显眼处用红油漆作标记。采样记录统一使用标准化的土壤地球化学采样记录卡。

    深层土壤样品编号以16 km2为单位格子（大格），事先在地形图上以偶数方里网为界将单位格子编号。编号顺序自左向右再自上而下。在每个单位格子中划出4个小格（每个小格为4 km2），标号顺序自左至右再自上而下为A、B、C、D。采样深度应达到150cm以下，人工填土地区应加大采样深度或移动点位。 但地质调查中的深层土壤剖面采集主要考虑到方便工作，未按土壤学中关于土壤剖面的划分对剖面进行分层划分，所以对土壤类型的划分缺乏一定的科学指导。

    2、农业生产中土壤样品采集研究

    2.1 基于遥感数据的土壤样品采集

    陈天恩等（2012）采用江苏省宝应县的农田空间数据及筛选的环境数据，分别从给定采样点数量条件下寻求最佳采样点分布方案，以及在满足采样精度和代表性的前提下确定最小采样点数量等2个角度进行了模型的分析验证工作；结果表明该模型可适用于解决县域范围大量分散耕作农田的土壤养分统一采样规划问题，为采样点的合理分布提供了一种定量优化分析手段。韩宗伟等（2015）以湖北省钟祥市东部的土壤有机质为研究对象，研究表明利用道路网制定土壤采样方案是可行的，优化后的采样点布局能够准确获取土壤景观知识，并且优于原始样点的精度。权全等（2010）根据陕西省卤泊滩盐碱地改良区土壤含盐量的实测资料和相应的遥感图片数据，并结合土壤属性空间分布特性，提出一种新的土壤水盐含量采集方案。结果表明，用33个已知点的实测数据可以估算出101个未测点的含量并最终构成插值343个点的空间分布图，且水分与盐分含量预测结果相关的确定系数分别为0.869和0.817。在此基础上进而对工程改良措施下的卤泊滩盐渍土表层水盐空间变异性进行研究。

    2.2 基于计算机插值的土壤样品采集

    王秀等（2005）通过对一个地块土壤养分进行详细栅格采样分析，利用计算机插值的方法对土壤中各种营养元素和微量元素进行了分析。在采样栅格大小不同的条件下，随机选择5个采样点进行插值，分析了5个采样点在不同栅格采样条件下的插值结果。通过插值计算得到土壤中的全氮、速效氮和速效磷，随着采样栅格的加大，插值点处的插值误差呈现出加大的趋势，但对于速效钾和其他的微量元素则呈现出与之不同的结论，采样点在田间的分布将直接影响计算机插值计算的分析结果。任振辉等（2006）通过对试验田土壤密集采样，测定其N、P、K、OM等成分的含量，利用经典的数理统计、地学统计及分形理论与方法，对数据变化规律进行分析，最终确定出能够保证以足够精度反映出土壤肥力分布空间差异性的最大采样间距。齐文虎等（2003）在评价多种插值方法的基础上，对中国科学院上海精准农业示范基地每公顷3个样本、等距离系统抽样的280个土壤有机质样本采用克立格方法进行插值，估算样本之间土壤有机质含量和分析估算的可靠性，并与距离倒数函数插值法进行对比。对几个减少样本数量的方案进行分析，提出在满足精准水稻种植管理分区要求前提下可减少1/2原有土壤采样样本，并给出适于水稻精准种植土壤采样设计的逐步优化方法。王宏斌等（2006）为了解决土壤采样中精度与经济性的平衡问题，利用计算机模拟采样研究了规则网格土壤采样时合理的采样点密度。首先构造了一个数学扩散模型，设置2～4个种子在一个100×100网格（1×1单位）的不同地方，根据扩散模型进行扩散和叠加，生成模拟的土壤属性分布地图，其结果可很好地模拟某些土壤属性的分布。合理的采样密度可以根据允许的采样误差及要求的属性地图输出栅格单元尺寸而定。王秀等（2005）针对不同土壤采樣方法，确定了不同采样和插值栅格尺度条件下，对于处方图生成结果的影响。变量施肥处方图的制作过程中，土壤采样方法对整个地块的施肥量会产生影响，在变量施肥处方图生成过程中，土壤采样点的确定对于处方图的生成尤为重要。

    2.3 基于改进土壤采样器的土壤采样方法

    土壤采样器是农田土壤采样的重要设备，获取和松放土壤的能力是评价其采样性能的重要指标。赵新等（2011）通过试验，从土壤样品长度和土壤松放后残余土壤质量两个方面分析自行设计的5种土壤采样器的采样能力，指出了1号土壤采样器设计综合采样性能较好。土壤采样技术是精准农业规模化的必要基础，而土壤采样装备日趋多元化。为了更好地开展土壤采样工作， 邵睿等（2013）在分析中科院水保所土壤采样器的基础上，结合现有电动螺旋压力机传动形式，将原有采集器由重力锤击式改为螺旋传动与齿轮传动相结合，从而实现了手动操作到电机驱动的转变，既省时又省力。为完善采集工作，在刮土清理和定位方式上加以改进，提高了整机工作可靠性。分析了设计过程中遇到的结构问题，并进行讨论，从而为土壤采样器相关结构改进工作提供参考。

    结论：综上所述，农业地质调查中对土壤样品的采集方法主要结合调查和土壤学的知识进行，但在具体采样过程中，根据实际情况，需要结合相关学者关于土壤样品采集的研究，结合遥感图片、计算机插值和改进土壤采样器等方法，以便农业地质调查数据更科学，采样过程更便捷。

    参考文献

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    [4] 韩宗伟，黄魏，罗云.基于路网的土壤采样布局优化—模拟退火神经网络算法， 应用生态学报， 2015，03

    [5] 权全， 解建仓，沈冰.基于实测数据及遥感图片的土壤采样方法， 农业工程学报，2010，12

    [6] 王秀，赵春江， 孟志军等. 精准农业土壤采样栅格划分方法的研究， 土壤学报，2005，2

    [7] 任振辉，吴宝忠.精细农业中最佳土壤采样间距确定方法的研究， 农机化研究，2006，6

    [8] 齐文虎，；谢高地，丁贤忠等.精准农业土壤采样密度研究—以上海精准农业试验示范基地为例， 中国生态农业学报，2003

    [9] 赵新，黄树培.土壤采样器采样性能试验研究，农业工程，2011[10] 邵睿； 张炜； 海江波等.农田土壤采样器的改进设计，农机化研究，2013

    [11] 王宏斌；杨青； 刘志杰等.利用计算机模拟采样确定合理的土壤采样密度（英文）， 农业工程学报，2006