土壤污染环境监测的质量控制和评价方法

刘维雄

（中国建材检验认证集团厦门宏业有限公司，福建 厦门 361000）

引言

在城市化进程加快、工业规模扩大、群众生活水平提高等因素的影响下，各地区的土壤环境均受到不同程度的影响，出现土壤污染、变质等不利于生态平衡的问题。在这样的背景下，各地区需要根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）[1]等土壤环境保护规范要求，采取抽样调查及实验室检测等方式，对土壤环境进行质量控制及评价，从客观角度分析土壤资源的实际状况，为环境管理及土地资源开发利用的可持续化奠定坚实基础。

1 土壤污染环境监测的质量控制及评价作业分析

1.1 作业内容分析

土壤监测质量控制及评价工作内容的设计应围绕土壤实验分析，其目的在于通过实验分析观察土壤中的微量元素组成情况，以及是否存在土壤污染的隐患，最终对土壤的实际状况得出审核分析结果，以便采取相应措施实现质量控制。首先，从质量控制的工作内容来看，在工作过程中需要严格控制土壤样品、仪器设备及实验室分析过程的整体质量，如一些土壤环境监测实验室通常在监测过程中严格控制采样点位、采样深度、采样设备清洁等因素，从而获得最具实验代表性的土壤样品进行质量检测分析，实现采样与监测全过程的质量控制[2]。其次，评价工作的内容与各项土壤监测指标有所关联，根据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166-2004）[3]等技术规范标准，针对土壤监测应采取的典型评价指标包括：土壤污染物指标（包括重金属、有机污染物）、土壤理化性质指标（包括土壤地质、土壤有机质含量、土壤pH值、土壤湿润程度）、土壤营养元素指标（包括土壤中的氮、磷、钾等易于生物生长的营养元素含量）等，通过围绕各项评价指标实施土壤监测的评价工作，能够得出真实且完善的土壤状态数据，这对于后续的土壤环境改善工作具有重要的参考作用。

1.2 作业目标分析

土壤污染环境监测的质量控制及评价工作由地区环保部门或卫生部门等负责落实，该工作以“保障土壤污染环境监测的科学性与可行性”为总目标，并需要根据土壤环境监测工作的分项内容来确定次要目标，最终才能有序实施质量控制及评价工作。以某环保技术部门开展的土壤污染环境监测工作为例：首先，为了能够精准获取影响地区土壤生态的主要因素，该部门将“保障采样与质量分析准确性”作为质量控制与评价工作的首要目标，有序指挥土壤采样分析与过程质量管控工作的执行。其次，应确保监测的代表性、数据分析结果的一致性、监测方法具备高灵敏度及数据结果的可比性等，作为土壤污染环境监测的质量控制及评价工作目标，并依靠完善的工作目标体系，为地方土壤环境管理工作提供科学的决策依据[4]。

2 新时期提高土壤环境监测质量控制效率的工作策略

2.1 完善采样地区的资料数据

在监测某一地区的土壤环境时，监测部门必须提前了解并收集该地区的土壤环境资料及数据，这一类数据大致能够反馈出影响地区土壤环境生态的主要原因，并可以作为验证土壤环境质量情况的重要根据。以某地区生态环保部门在土壤监测工作中的做法为例：首先，为了便于对照后续的土壤采样试验分析结果，该部门提前对该地区的土壤类型特征、地质条件、土地资源开发使用现况、地表植物覆盖率及覆盖类型等数据资料进行现场采集，这些数据能够综合反馈出能够用于环境监测的工作数据，包括存在污染源的可能性数据、土壤污染系数等。其次，该部门在收集土壤环境资料的同时，综合考虑人口分布、产业情况等因素，计算得出靠近居住区域的一处近1 436 m2的位置，其土壤污染系数达到23.7%，而该位置对应的是当地居民设置的一处畜牧养殖场所。由此可见，通过完善土壤环境资料及数据信息，能够帮助土壤污染环境监测工作更好地定位污染源位置，明确造成土壤污染的主要原因，并保障监测工作的实施质量[5]。

2.2 明确土壤污染环境监测的工作顺序

在某些地区开展的土壤污染环境监测工作中，由于缺少核心的管理工作制度及体系支持，导致监测人员无法按照标准的工作顺序进行土壤采样与监测，严重影响了土壤污染环境监测工作的实施效果。对此，负责管理地区环境生态的部门应当针对土壤污染环境监测工作，制定详细的工作方针及作业体系，以此明确监测工作的具体顺序。如某地区环境卫生部门针对土壤污染环境监测工作制定如表1所示的工作计划，根据工作计划要求实施的作业顺序，该部门能够在各个季度完善环境监测工作的监测数据，并将其作为环保战略决策的数据依据。而从该部门打造的工作计划来看，其最大的优势在于能够有效协调土壤污染环境监测中的资源配置，从而按期完成各项工序中的作业内容。

表1 土壤污染环境监测工序设计

2.3 保障土壤采样质量

监测人员通过采集具有代表性的土壤样品，能够从中分析出整个区域的土壤污染环境状况，从而制定相应的策略来改善土壤环境。所以，为了大幅度改善现阶段土壤污染环境质量控制效果，采样人员需优先保障采集样品的质量，为后续的样品分析与决策制定奠定基础。首先，在采样点的定位上，采样人员需优先根据监测区域的板块大小，来确定采样点设置的实际密度。例如，某环境监测部门针对土壤样品的采集过程，根据《土壤采样技术指南》（GB/T 36197-2018）[6]的规范要求，确定采样点的布局控制为：每3.75%土地板块中，设置至少一个土壤采样点，即监测区域内，每96.7 m2的区域范围内设置一个土壤采样点，避免采样密度过低致使土壤样本不足。其次，在采样深度与位置的控制上，为了确保通过分析土壤样品能够发现该地区是否存在潜在污染源，在采样过程中，土壤采样深度至少应为地下300 mm，并从历史数据中分析该地区的土壤污染指数，污染指数越高则采样深度越深，从而确保采集的土壤样本有一定的研究及分析价值。

2.4 实验室土壤样本测定质量控制

为了获得土壤样本的状态及情况，监测部门需对土壤样本进行实验室测定，检测土壤的各项指标是否合格。而为了保障测定结果的精度，相关部门需对测定方法及测定流程进行有效控制，确保最终的测试结果具备较高的可信度[7]。例如，某部门对土壤样本实施的实验室测定方法：首先，在精密度控制方面，该部门共收集1 356项土壤测定样本，为了能够充分发挥这批样本的使用价值，该部门采用平行样本测定方案进行取样测定。这种测定方法的优势在于：通过反复测定土壤样本，并随着测定次数的增加来不断加入新的土壤样本，最终获得的测定结果能够最接近测定合格率的平均值，并且有效避免多件样本测定误差对最终测定结果造成的干扰。其次，在准确度的控制方面，该部门选择20%的试样进行加标回收检测，样本加标至55%时，该部门检测人员测定得出这批土壤样本最具可信度的检测数据，其结果如表2所示。在这种检测质量控制方法的作用下，经过多次加标检验，最终获取的检测数据与先前测试的结果偏差更小，能够更好地反馈出土壤污染环境状况。

表2 加标至55%时的土壤样本测定结果单位：mg/kg

3 土壤污染环境监测的评价方法

3.1 采用空白值评价法进行土壤污染环境评价

为了能够具体分析出土壤样本存在的异常污染状况，监测部门可以采用空白值评价的方式，选取空白样本作为参考，再对比需要检测的土壤样本，以获取土壤污染监测的精细数据。参考某部门在土壤污染环境监测工作中的做法：首先，在现场采集土壤样本的同时，该部门于采样现场挑选十项空白土壤样本，并在实验过程中将两样本进行混合研磨，采用GC气相色谱仪检验空白样本与土壤样本的重金属、有机污染物含量指数。其次，在评价方式的选择上，检测人员对试验过程中的169例土壤样本与空白样本一一进行对比，将其中污染物含量值高于空白样本的土壤样本评价作为存在污染的土壤样本。最终，由空白值评价法得出的评价结果为：共有147项（86.98%）土壤样本的污染物含量高于空白样本，且超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）[1]制定的标准界限值，且具体的污染物指数也由对比空白样本的评价过程获得。

3.2 采用精密度评价法进行土壤污染环境评价

在针对众多土壤样本进行评价分析的过程中，检测人员通常需要选取其中具有代表性的样本进行评价检测，得出其中可信度较高的评估结果作为最终结果。而在这种背景下，精密度评价法作为适用于土壤样品评价的工作方法之一，能够保障实验结果的一致性与准确性。例如，某部门使用精密度评价方法，对土壤样本进行评价分析：首先，该项目的评价工作针对310组土壤样本进行污染度评价分析，将310组土壤样本划分为十组平行样本，并由检测人员对同一组平行样本进行重复检测，且控制检测频率≥3次，得出平行样本之间的绝对偏差、总量偏差等数据。其次，通过精密度计算方法，检测人员对各组平行样本的实际检测结果进行分层计算，在保障数据离散程度合规，且评价数据合格性达标的情况下，获得最终的精密度标准偏差结果，其计算方法如式（1）所示。最后，在精密度评估方面，检测人员根据计算获得的平均值及标准偏差结果，将标准偏差较小的实验数据视为重复性较好、实验结果可信度较高的数据，反之则表示实验结果重复性较差。

式（1）中，σ为样本标准偏差值；n为数据点的总数量；xi为第i个数据点；xb为数据集的平均值。

3.3 采用综合指数评价法进行土壤污染环境评价

在了解地区土壤污染特征的情况下，土壤污染环境监测适合采用综合指数评价法的方式，全面反映出某一项污染指标在地区土壤环境中的实际情况，并借助综合指数评价法中的归一化处理，评估各种污染指标的实际权重。而为了发挥出综合指数评价法的优势，检测人员需关注的评价工作要点包含以下几方面：首先，各个地区土壤的污染特征各不相同，而综合指数评价法的使用需建立在完全了解地区土壤污染状况的基础上，因此，相关部门应对目标地区的某一项关键的污染指标进行统计分析，其中包括土壤有机质含量、pH值等。其次，检测人员应当对土壤污染指标目标进行归一化处理，即将该指标对应的权重值转化为0至1之间的数值，使其与其他的土壤污染指标有统一化的量纲单位。在此之后，综合指数评价法可以采用综合指数计算的方式，对土壤污染指标目标进行加权求和计算，得出的综合指数结果能够同时反映出该污染指标的严峻程度、风险情况等，综合指数计算方法如式（2）所示。最后，根据评价得出的综合指数结果，相关部门便可将目标区域的土壤进行污染程度的划分，再根据其污染程度来制定相应的解决对策，以此发挥土壤污染环境监测工作的指导效果。

式（2）中，I表示综合指数结果；wi表示第i个污染指标的权重；xi表示第i个污染指标的归一化值；n表示污染物指标的数量。

3.4 采用准确度评价法进行土壤污染环境评价

在土壤污染环境监测工作中，准确度评价法是一种能够根据土壤污染监测数据及真实值偏差，计算出土壤污染系数并且分析误差来源的评价方法，由该方法获取的绝对误差值及相对误差值等数据信息，能够作为判断土壤污染现况的根本依据，在土壤环境污染分析中具有显著的参考价值。而准确度评价法在土壤污染环境监测中大致分为以下评价步骤：首先，相关部门需确定土壤环境污染的参考样本，参考样本可以选择地区内靠近污染源的土壤样本，以便获取最精确的参考值数据。其次，为了评价得出最精确的土壤污染环境结果，评价过程中，需要由监测人员计算出相应的准确度指标，并根据指标的对比结果来获取相对偏差值、均方根误差值，计算方法如式（3）所示。而从准确度指标的使用意义来看，当获取的准确度指标值较小时，表示土壤污染环境监测的数据与参考值之间只存在较小的偏差，且能够作为代表整片区域土壤污染环境情况的监测数值，这对于保障土壤污染监测数据的可靠性与科学性具有重要作用。

式（3）中，RMSE表示均方根误差；n表示数据点数量；yi表示第i个评价观测值；xi表示第i个评价参考值。

4 结语

综上，在新时期，我国应当继续加大土壤环境管理工作的实施力度，才能降低环境的污染率、提高土壤环境质量，为土地开发利用及社会生产提供有利的资源条件。所以，在落实土壤污染环境监测工作时，相关部门应当打造完善的质量控制及评价工作体系，确保每一位管理人员都能树立完善的土壤环境质量控制及评价工作意识，在合理应用土壤质量控制及评价技术的基础上，使土壤污染环境监测及改善工作保持常态化的实施进程。