土壤監測技術—土壤采樣如何減少誤差?

隨著《土壤污染防治行動計劃》(以下簡稱“土十條”)的發布，很多業內人士分析認為，未來5年我國的土壤檢測市場潛力巨大，可高達520億元。

土壤污染實際狀況的把握和風險管控的前提是采樣的代表性和檢測的準確性。但是筆者在考察中發現，實際操作時，土壤采樣的代表性、采樣密度以及檢測準確性等有時卻成為土壤檢測的技術瓶頸。

事實上，土壤本身是個高度不均勻的介質，采樣誤差遠遠大于分析誤差。

有研究對1畝地這樣一個土體性質變化不大的地塊隨機選取9 個樣點，分別采集9 個土樣，分析土壤有效磷含量。結果發現樣品間的方差是平行樣的6倍，是儀器讀數重復的73倍，足見采樣誤差比起儀器分析誤差大得多。

同樣，另一個案例對一個長40米寬32米的田塊進行8米×8米的網格采樣，對所采的20個樣品分析全氮發現，采樣誤差遠遠大于分析誤差。

因此土壤污染研究中的采樣問題可能成為時下土壤檢測行業的瓶頸。為此我們有必要說說土壤采樣如何減少誤差這一問題。

土壤是個開放體系。在生態系統中，土壤位于水圈、大氣圈、巖石圈和生物圈的核心圈。土壤圈本身是個開放體系，和4個圈層存在著物質和能量的交換。大氣圈和水圈的污染物質一部分會進入土壤，造成土壤污染。

根據進入途徑的不同，重金屬等污染物在空間分布上有著很大的差別。對于通過點源如冶煉廠的污染排放進入土壤的污染物，其以污染點為中心分布，同時，污染物的空間分布還受常年主導風向的影響顯著，點源的影響范圍和程度受到點源的排放量、煙囪高度、地形、氣象條件的影響。

對于水源污染，一般呈現沿著河流兩岸污染的線型分布特征，且受地形影響很大。由于土壤具有較大的吸附性能，進入稻田后，重金屬在田塊中非常不均勻。據日本科學家研究，一個54米長的田塊中，鎘、鋅、鉛等元素的濃度可以相差一倍，鎘分別是2.02毫克/千克和1.04毫克/千克，銅分別是348毫克/千克~168毫克/千克，鋅分別是101毫克/千克~53.1毫克/千克;且田塊左右兩側數值也不盡相同。

而在我國臺灣地區的研究數據顯示，一個50米的田塊進水口的鎘濃度可以高達7.0毫克/千克，而出水口可以低到0.2毫克/千克，相差高達35倍。如果沒有多點采樣，容易對田塊的污染狀況造成誤判。

在大氣、水、土壤等環境要素中，唯有土壤是最不均勻的介質。土壤是一個多相的疏松多孔體系，同時也是一個膠體體系、化學體系、生物體系，還是一個氧化還原體系。

所以污染物進入土壤后會發生各種各樣的物理、化學和生物學過程而重新分布。固然到達土壤表面的污染物主要分布于土壤的表面，但重金屬主要是被黏土礦物部分吸附，因此其之后的分布則受到黏土礦物分布的影響。

有研究測定土壤表層0~15厘米的土壤鎘含量為5.0毫克/千克，但如果分離出其黏土部分，測定到的鎘含量則高達18毫克/千克。由于土壤中鎘主要吸附在其中的黏粒上，所以采集土樣時主要土壤質地的差異將帶來顯著的影響。

因此，在耕作過程中，土壤顆粒的再分布容易造成土壤重金屬的分異。有日本科學家研究表明，在進行犁耙田后，由于土壤黏粒的上浮以及隨后其沉淀于土壤表層，水田表層3厘米土層的重金屬含量可以比其下的土層高出一倍以上。所以采樣時務必上下均勻取樣，否則容易帶來誤差。

在進行重金屬分析的采樣過程中，除了避免采樣工具和器具帶入的污染外，必須確定采樣方式(蛇形、對角線、梅花點等)，進行多點采樣(通常5點或以上)、采集混合樣;單點采樣則必須是上下均勻采樣。

而對其他有機污染物的采樣，考慮到污染物的性質(揮發性、光分解等)，更應該采取各種相對應的采樣對策，以確保采樣帶來的誤差降到最小。