環(huán)境土壤樣品采樣的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制研究

胡建國

（天津市河北區(qū)環(huán)境保護(hù)局天津300142）

環(huán)境土壤樣品采樣的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制研究

胡建國

（天津市河北區(qū)環(huán)境保護(hù)局天津300142）

土壤污染危害巨大，它直接關(guān)系到人體健康、生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。目前中國土壤污染狀況形勢嚴(yán)峻，對全國各地土壤污染狀況進(jìn)行調(diào)查是一件意義重大而且勢在必行的事情。土壤樣品采集是土壤污染狀況調(diào)查工作的重要組成部分，所采集的樣品的代表性直接關(guān)系到調(diào)查工作的成效。質(zhì)量保證對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、精密性、可靠性和代表性有著十分重要的意義，因此土壤樣品采集過程中應(yīng)嚴(yán)格按照質(zhì)量保證程序進(jìn)行全過程質(zhì)量控制。

可持續(xù)發(fā)展；土壤采樣；質(zhì)量保證；質(zhì)量控制

1 土壤的性質(zhì)

自然界三相是固相、液相和氣相，這三相也存在于土壤之中；其中固相構(gòu)成土壤骨架[1]。土壤是多相的、非均質(zhì)的、分散的、多孔的系統(tǒng)。土壤中三類物質(zhì)互相聯(lián)系，互相制約，為作物提供必需的生長條件。土壤是對植物和土壤動(dòng)物都非常重要的生態(tài)因子。土壤和植物的根系有較大的接觸面積，根系為植物從土壤中汲取營養(yǎng)提供必要條件，它們彼此影響，因此通常情況下通過控制土壤因素來影響植物的正常生長。對土壤植物來說，土壤為其提供更為穩(wěn)定的生活環(huán)境，與大氣環(huán)境相比，土壤環(huán)境的溫度和濕度變化幅度較小，所以以土壤為載體的動(dòng)物有非常好的隱蔽場所，它們可以避開高溫、大風(fēng)等環(huán)境影響。

土壤中有害物質(zhì)超標(biāo)后，由于其含量遠(yuǎn)超過土壤的自我凈化能力，所以會直接的引起土壤的“變性”，具體表現(xiàn)為其組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，同時(shí)土壤微生物的活動(dòng)會相應(yīng)的受到抑制，進(jìn)而有害物質(zhì)分解受阻并逐漸在土壤中積累，并通過一系列的連鎖關(guān)系進(jìn)入人體，如：“土壤→植物→人體”或“土壤→水→人體”[2]。有害物質(zhì)被人體吸收后達(dá)到危害身體健康的程度，就是土壤污染[3]。

土壤是地球環(huán)境的重要因素之一，同時(shí)也是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)交換與循環(huán)過程不可缺少的環(huán)節(jié)。它是廢棄污染物的自然收容所和凈化所。土壤被有毒化學(xué)物質(zhì)污染后，都會間接對人體產(chǎn)生影響，主要是通過地表水、地下水或農(nóng)作物。同時(shí)，被污染的土壤還可能會腐敗分解，污染大氣。隨著工業(yè)農(nóng)用化學(xué)品種類和數(shù)量的增加，工業(yè)和城市污染對土壤的影響日趨嚴(yán)重，污染面積和污染程度不斷擴(kuò)大[4]。

2 我國土壤現(xiàn)狀

目前我國受Cd、As、Cr、Pb等重金屬污染的耕地面積約為2000×104ha，占我國總耕地面積的1/5左右，多數(shù)集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)。其中一半為工業(yè)“三廢”污染，污水灌溉的農(nóng)田面積已達(dá)330多萬公頃。我國每年受重金屬污染的糧食可達(dá)l200×104t，導(dǎo)致糧食減產(chǎn)可達(dá)1000多萬噸，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失至少200億元。

3 質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的方法與意義

環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證是在環(huán)境監(jiān)測過程中非常重要的技術(shù)方面和管理方面的工作[5,6]。質(zhì)量保證和控制是一種可以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的方法。

3.1 采樣質(zhì)量保證

采樣過程的實(shí)踐性很強(qiáng)，在理論原則上對質(zhì)量保證工作有一定要求，但涉及到具體的采樣情況時(shí)，仍需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對性的質(zhì)量保證。空氣、水體、土壤和生物采樣至今都有明確的技術(shù)規(guī)定[7]。比如，水樣的采集包括采樣位置的選取，采樣儀器和設(shè)備的預(yù)洗滌及采樣后的保存和運(yùn)輸?shù)萚8]；空氣樣品的采集包括采樣器流量的校準(zhǔn)，采樣前后吸收液、濾膜的保存等[9,10]。對于諸如溶解氧、油類等特殊采樣項(xiàng)目也有相關(guān)的采樣質(zhì)量保證[11]。

3.2 采樣質(zhì)量控制

從環(huán)境樣品的采集到實(shí)驗(yàn)室分析的每個(gè)中間環(huán)節(jié)都必將會引入誤差，其中采樣過程也不例外。相關(guān)研究表明，采樣誤差往往這一系列過程中最易且最大最重要的誤差。為了盡量避免或減小采樣過程中產(chǎn)生的誤差，可在現(xiàn)場采樣時(shí)加入采質(zhì)量控制樣品，借此來判斷誤差的來源[12]。即在同一采樣點(diǎn)上需同時(shí)采集兩份平行樣，按保密原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析。這種方法雖簡單易行，但其缺點(diǎn)也很多，它只能判斷采樣過程和分析過程的精密度，卻無法估計(jì)采樣誤差，更無法判斷誤差的主要來源究竟是采樣過程中還是實(shí)驗(yàn)室分析過程。但平行樣質(zhì)量控制的思想?yún)s被廣泛采用。

3.3 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的制定

分析質(zhì)量控制有很多步驟，每個(gè)步驟都有相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，如空白值、檢出限、靈敏度的限值、測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的允許誤差、多次測定值間的允許誤差等。最初，采用的是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、需要和可能，給分析誤差定出一套允許的絕對誤差和相對誤差范圍的方法。但由于此種方法沒有嚴(yán)格的定義和計(jì)算方法，所以此種方法來判定是否受到質(zhì)量控制的可信度較低。近年來，大多采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來制定各種控制標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用最為普遍的是利用協(xié)作實(shí)驗(yàn)的方法制定各種分析允許差。

采樣過程和分析測試過程相比較來制定質(zhì)量控制評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究。環(huán)境分析過程的總標(biāo)準(zhǔn)偏差(Smeasurement)不但與取樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Ss)有關(guān)，也和分析操作的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sa)有關(guān)，即Smeasurement=Ss+Sa。當(dāng)分析的不確定度降低到樣本不確定度的1/3或更少時(shí)，再進(jìn)一步降低分析不確定度就會失去意義。

4 環(huán)境土壤樣品采樣原則

4.1 采樣的概念

環(huán)境實(shí)地調(diào)查的質(zhì)量保證系統(tǒng)，環(huán)境化學(xué)分析樣品的采樣，仍然處于發(fā)展的初級階段。因此，往往采樣是環(huán)境分析的最薄弱環(huán)節(jié)。采樣的環(huán)境質(zhì)量控制中主要問題是采樣往往不能被重復(fù)，獨(dú)立控制措施的參考方法并不適用。

采樣一般就意味著獲得一個(gè)適合在形式和數(shù)量分析的樣品,它代表的是加以分析整體材料。這就意味著,樣品必須對研究總體表現(xiàn)出最大的相似性。質(zhì)量保證的第一個(gè)要求就是確保樣品具有代表性。污染、損耗、代謝或其他任何變更的樣本性質(zhì)和組成所導(dǎo)致的誤差必須最小化。這已經(jīng)涉及大量的一般要求。在技術(shù)領(lǐng)域,大量的原則、規(guī)則和技術(shù)已經(jīng)制定出優(yōu)化采樣質(zhì)量(GDMB,1980),這通常在環(huán)境采樣中同樣重要。但也有一些其他的問題需要解決,如果樣品必須采取以獲得環(huán)境特定部分的質(zhì)量信息。質(zhì)量保證的主要問題在環(huán)境抽樣是如何保證生物、生態(tài)和地域代表性的樣品。樣品必須選擇和采取以給出相關(guān)的信息是關(guān)于特定的一個(gè)區(qū)域,時(shí)段,環(huán)境區(qū)段、物種、人口等等。

4.2 采樣方法

4.2.1 采樣單元

土壤類型的確定是土壤采樣前要做的第一個(gè)步驟，并劃分確定采樣單元，各采樣單元的土壤保持均勻一致，平均每個(gè)采樣單元為100畝(平原區(qū)大田作物每200～300畝采一個(gè)混合樣，丘陵區(qū)園藝作物每30～80畝采一個(gè)混合樣，視具體實(shí)際情況進(jìn)行確定)。

4.2.2 采樣時(shí)間

一般在作物收獲后或播種施肥前，秋后采樣情況較普遍；第一次施肥前采集，進(jìn)行氮肥追肥的情況，應(yīng)在追肥前或作物生長的關(guān)鍵時(shí)期進(jìn)行采樣。

4.2.3 采樣周期

常規(guī)土壤分析監(jiān)測每2～3年采集1次。

4.2.4 采樣點(diǎn)定位

采樣點(diǎn)參考農(nóng)場地號圖，采用GPS定位，記錄經(jīng)緯度，精確到0.1。土壤樣品采集使用GPS定位，可以使采樣點(diǎn)的空間分布相對均勻。采樣過程中先在地號圖上大致確定采樣位置，再在標(biāo)記位置附近采集多點(diǎn)混合土樣。

4.2.5 采樣深度

采樣深度一般為20cm以下，主要是土壤硝態(tài)氮或無機(jī)氮含量的測定。實(shí)際采樣過程中，采樣深度應(yīng)根據(jù)不同種類作物、不同生長期的主要根系分布深度來確定。

4.2.6 采樣點(diǎn)的設(shè)置

（1）面積小、地勢平、肥力均勻的地塊：采用“對角線”采樣法，布置5~10個(gè)點(diǎn)，取一個(gè)混合樣。（2）面積中等，地勢整齊，有些肥力差異的地塊：采用“棋盤式”采樣法，布置10~15個(gè)點(diǎn)，取一個(gè)混合土樣。（3）面積大、地勢很不平坦、肥力不均的地塊：采用“蛇形線”采樣法、布置15～20個(gè)點(diǎn)，取一個(gè)混合土樣。

4.2.7 樣品量

一個(gè)混和土樣以取土1kg左右為宜。如果一個(gè)混合樣品的數(shù)量太大，可用四分法把不需要的土壤棄掉。四分法的具體操作為：將采到的土壤樣品平鋪在塑料布上，弄碎混勻并鋪成四方形，利用對角線劃分土壤成等量4份，將對角的兩份分別合并成，保留其中任意一份。如果所得的樣品依然較多，可再用四分法。

[1]王月玲,蔡進(jìn)軍,張?jiān)礉?董立國,季波.半干旱退化山區(qū)不同生態(tài)恢復(fù)與重建措施下土壤理化性質(zhì)的特征分析.水土保持研究,14, 11,2007.

[2]王志平.土壤污染與防治.山西能源與節(jié)能,3,48,2007.

[3]孫鐵珩,李培軍,周啟星.土壤污染形成機(jī)理與修復(fù)技術(shù).科學(xué)出版社,2005.

[4]俄勝哲,楊思存,崔云玲,王成寶,郭永杰.我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀及生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),37,9104,2009.

[5]吳邦燦,費(fèi)龍.現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測技術(shù).中國環(huán)境科學(xué)出版社,2005.

[6]單莉莎,郭娟,王彥軍.淺談環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量保證.黑龍江環(huán)境通報(bào),2,034,2001.

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[8]吳建寧.連續(xù)監(jiān)測中的TSP大流量采樣器的質(zhì)量控制方法.環(huán)境保護(hù)科學(xué),21,33,1995.

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[11]姚靜華.淺議氣相色譜法測定有機(jī)污染物的質(zhì)量保證.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)8,25,1996.

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[13]肖麗華.測土配方施肥土壤樣品采集方法.農(nóng)村科學(xué)實(shí)驗(yàn),22, 2004.

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