环境土壤样品采样的质量保证与质量控制研究

2015-01-28胡建国

资源节约与环保 2015年12期

关键词：质量保证误差污染

胡建国

（天津市河北区环境保护局天津300142）

环境土壤样品采样的质量保证与质量控制研究

胡建国

（天津市河北区环境保护局天津300142）

土壤污染危害巨大，它直接关系到人体健康、生态安全和农业可持续发展。目前中国土壤污染状况形势严峻，对全国各地土壤污染状况进行调查是一件意义重大而且势在必行的事情。土壤样品采集是土壤污染状况调查工作的重要组成部分，所采集的样品的代表性直接关系到调查工作的成效。质量保证对数据的准确性、精密性、可靠性和代表性有着十分重要的意义，因此土壤样品采集过程中应严格按照质量保证程序进行全过程质量控制。

可持续发展；土壤采样；质量保证；质量控制

1 土壤的性质

自然界三相是固相、液相和气相，这三相也存在于土壤之中；其中固相构成土壤骨架[1]。土壤是多相的、非均质的、分散的、多孔的系统。土壤中三类物质互相联系，互相制约，为作物提供必需的生长条件。土壤是对植物和土壤动物都非常重要的生态因子。土壤和植物的根系有较大的接触面积，根系为植物从土壤中汲取营养提供必要条件，它们彼此影响，因此通常情况下通过控制土壤因素来影响植物的正常生长。对土壤植物来说，土壤为其提供更为稳定的生活环境，与大气环境相比，土壤环境的温度和湿度变化幅度较小，所以以土壤为载体的动物有非常好的隐蔽场所，它们可以避开高温、大风等环境影响。

土壤中有害物质超标后，由于其含量远超过土壤的自我净化能力，所以会直接的引起土壤的“变性”，具体表现为其组成、结构和功能发生变化，同时土壤微生物的活动会相应的受到抑制，进而有害物质分解受阻并逐渐在土壤中积累，并通过一系列的连锁关系进入人体，如：“土壤→植物→人体”或“土壤→水→人体”[2]。有害物质被人体吸收后达到危害身体健康的程度，就是土壤污染[3]。

土壤是地球环境的重要因素之一，同时也是生态系统物质交换与循环过程不可缺少的环节。它是废弃污染物的自然收容所和净化所。土壤被有毒化学物质污染后，都会间接对人体产生影响，主要是通过地表水、地下水或农作物。同时，被污染的土壤还可能会腐败分解，污染大气。随着工业农用化学品种类和数量的增加，工业和城市污染对土壤的影响日趋严重，污染面积和污染程度不断扩大[4]。

2 我国土壤现状

目前我国受Cd、As、Cr、Pb等重金属污染的耕地面积约为2000×104ha，占我国总耕地面积的1/5左右，多数集中在经济较发达的地区。其中一半为工业“三废”污染，污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。我国每年受重金属污染的粮食可达l200×104t，导致粮食减产可达1000多万吨，合计经济损失至少200亿元。

3 质量保证和质量控制的方法与意义

环境监测质量保证是在环境监测过程中非常重要的技术方面和管理方面的工作[5,6]。质量保证和控制是一种可以保证监测数据准确可靠的方法。

3.1 采样质量保证

采样过程的实践性很强，在理论原则上对质量保证工作有一定要求，但涉及到具体的采样情况时，仍需根据实际情况进行针对性的质量保证。空气、水体、土壤和生物采样至今都有明确的技术规定[7]。比如，水样的采集包括采样位置的选取，采样仪器和设备的预洗涤及采样后的保存和运输等[8]；空气样品的采集包括采样器流量的校准，采样前后吸收液、滤膜的保存等[9,10]。对于诸如溶解氧、油类等特殊采样项目也有相关的采样质量保证[11]。

3.2 采样质量控制

从环境样品的采集到实验室分析的每个中间环节都必将会引入误差，其中采样过程也不例外。相关研究表明，采样误差往往这一系列过程中最易且最大最重要的误差。为了尽量避免或减小采样过程中产生的误差，可在现场采样时加入采质量控制样品，借此来判断误差的来源[12]。即在同一采样点上需同时采集两份平行样，按保密原则进行实验室分析。这种方法虽简单易行，但其缺点也很多，它只能判断采样过程和分析过程的精密度，却无法估计采样误差，更无法判断误差的主要来源究竟是采样过程中还是实验室分析过程。但平行样质量控制的思想却被广泛采用。

3.3 质量控制标准的制定

分析质量控制有很多步骤，每个步骤都有相应的控制标准，如空白值、检出限、灵敏度的限值、测定标准物质的允许误差、多次测定值间的允许误差等。最初，采用的是根据经验、需要和可能，给分析误差定出一套允许的绝对误差和相对误差范围的方法。但由于此种方法没有严格的定义和计算方法，所以此种方法来判定是否受到质量控制的可信度较低。近年来，大多采用数理统计的方法来制定各种控制标准。应用最为普遍的是利用协作实验的方法制定各种分析允许差。

采样过程和分析测试过程相比较来制定质量控制评价标准的研究。环境分析过程的总标准偏差(Smeasurement)不但与取样的标准偏差(Ss)有关，也和分析操作的标准偏差(Sa)有关，即Smeasurement=Ss+Sa。当分析的不确定度降低到样本不确定度的1/3或更少时，再进一步降低分析不确定度就会失去意义。

4 环境土壤样品采样原则

4.1 采样的概念

环境实地调查的质量保证系统，环境化学分析样品的采样，仍然处于发展的初级阶段。因此，往往采样是环境分析的最薄弱环节。采样的环境质量控制中主要问题是采样往往不能被重复，独立控制措施的参考方法并不适用。

采样一般就意味着获得一个适合在形式和数量分析的样品,它代表的是加以分析整体材料。这就意味着,样品必须对研究总体表现出最大的相似性。质量保证的第一个要求就是确保样品具有代表性。污染、损耗、代谢或其他任何变更的样本性质和组成所导致的误差必须最小化。这已经涉及大量的一般要求。在技术领域,大量的原则、规则和技术已经制定出优化采样质量(GDMB,1980),这通常在环境采样中同样重要。但也有一些其他的问题需要解决,如果样品必须采取以获得环境特定部分的质量信息。质量保证的主要问题在环境抽样是如何保证生物、生态和地域代表性的样品。样品必须选择和采取以给出相关的信息是关于特定的一个区域,时段,环境区段、物种、人口等等。

4.2 采样方法

4.2.1 采样单元

土壤类型的确定是土壤采样前要做的第一个步骤，并划分确定采样单元，各采样单元的土壤保持均匀一致，平均每个采样单元为100亩(平原区大田作物每200～300亩采一个混合样，丘陵区园艺作物每30～80亩采一个混合样，视具体实际情况进行确定)。

4.2.2 采样时间

一般在作物收获后或播种施肥前，秋后采样情况较普遍；第一次施肥前采集，进行氮肥追肥的情况，应在追肥前或作物生长的关键时期进行采样。

4.2.3 采样周期

常规土壤分析监测每2～3年采集1次。

4.2.4 采样点定位

采样点参考农场地号图，采用GPS定位，记录经纬度，精确到0.1。土壤样品采集使用GPS定位，可以使采样点的空间分布相对均匀。采样过程中先在地号图上大致确定采样位置，再在标记位置附近采集多点混合土样。

4.2.5 采样深度

采样深度一般为20cm以下，主要是土壤硝态氮或无机氮含量的测定。实际采样过程中，采样深度应根据不同种类作物、不同生长期的主要根系分布深度来确定。

4.2.6 采样点的设置