農田土壤鎘污染的采樣布點方法研究

雷敏 羅杰 羅春林

摘要 目前，鎘污染大米現象嚴重，有必要對污染土壤中的鎘含量進行檢測。針對地勢平坦且鎘含量、分布、污染來源未知的試驗農田，進行采樣布點方法優化研究。試驗結果表明，通過對不同的采樣布點方法進行比較，選擇包含對角線的網格隨機法可靠性高、操作簡單方便，采樣點數為15～20個。此研究對后續土壤中鎘污染的研究具有先行作用，有利于實際操作過程中的鎘含量監測。

關鍵詞 采樣布點；方法研究；鎘污染；農田土壤

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）12-0181-03

Abstract At present，the phenomenon of rice polluted by cadmium is serious，and it′s necessary to detect the content of cadmium in contaminated soil. For the experimental farmland with flat terrain，where the content，distribution and pollution source of cadmium are unknown，the sampling distribution method was optimized and studied. Experimental results showed that through comparing the different sampling and placement methods，the selection of grid stochastic method containing diagonal lines was highly reliable，also simple and convenient in practical operation，and the number of sampling points was between 15 and 20. This study plays a leading role in the follow-up study of cadmium pollution in soil，which is beneficial to the monitoring of cadmium content in the actual operation process.

Key words sampling distribution；method study；cadmium pollution；farmland soil

大米鎘超標損害人體健康是一個長期、不可逆的過程，因涉及食品和農產品安全問題，如何抑制土壤中鎘含量向水稻遷移的問題是當務之急[1]。

該課題的研究對象是長沙市望城郊區的一片田地，素有“哺育之河”的湘江的一條支流流經此地，因湘江近幾年鎘污染嚴重[2-4]，引起此地的農田土壤和水受到鎘污染。此片區域田地的大米鎘含量嚴重超標，目前此片土地已被禁止種植水稻3年，有必要對此地的農田土壤和大米中鎘含量進行分析研究。該課題是建立在稻米營養劑的研究基礎上，在前期研究中[5-7]，已對抑鎘植物營養劑申請了發明專利，雖然可減少鎘含量，但仍未達到顯著性水平，若是大米中鎘超標，則會嚴重危害人體的健康，為了獲得健康、高品質的稻米，特對種植稻米的土壤鎘含量情況進行研究。

目前，在大米鎘污染研究中，對相關農田土壤和水稻采樣布點方法研究比較少，大多的研究[5，8]都是采用比較復雜的網格均等法，采樣點較多，耗時耗力。為了能快速實現農田中鎘污染的監測，需找到一種簡單方便、準確度高的布點方法。另一方面，針對土質比較均勻的田地，市場上也需要一種高效的、成本低廉、操作簡單的方法去解決鎘污染農田的采樣問題，通過研發采樣布點方法可以實現快速監測農田土壤中鎘污染的情況。

1 材料與方法

1.1 采樣布點

在長沙市望城郊區選取一片農田，采集0～20 cm耕作層土壤，用四分法棄取，最后留下1～2 kg，裝入樣品袋，貼好標簽編號記錄帶回實驗室，采樣布點見圖1。采樣布點方法包括對角線法、梅花形采樣法、網格布點法（均勻法、隨機法、隨機均勻法）。

1.2 土壤預處理

土壤預處理是挑出土壤中的雜物，首先將其平攤自然風干24 h，然后采用四分法取對角線將風干后的土壤放入托盤中，放入35 ℃的烘箱內烘24 h，直至恒重[9]。最后將土壤研磨過120目尼龍篩，篩下土壤用于測定鎘含量，篩上土壤用于測定pH值。

1.3 土壤消解與趕酸

稱取0.300 0 g土樣置于消解罐中，分別加入6 mL濃硝酸、2 mL氫氟酸、1 mL過氧化氫置于通風柜中反應30 min，然后轉移至高壓微波消解儀中。消解完成后置于140～190 ℃的趕酸裝置中，消解液清澈、無殘渣，剩約1 mL液體時，消解完全。冷卻后用0.2%的稀硝酸定容至50 mL比色管中，待測。同時，做空白實驗。

1.4 測定與數據分析

pH值測定方法依據《森林土壤pH值的測定》（LY/T 1239—1999）[10]；鎘含量采用直接火焰原子吸收法測定。可疑數據的取舍采用格魯布斯檢驗法，樣本均值與總體樣本的可信度采用均值置信區間和t檢驗法。

2 結果與分析

2.1 土壤pH值

對41個樣品按照《森林土壤pH值的測定》（LY/T 1239—1999）測定，測得土壤pH值在5.0～6.0之間。重金屬在酸性條件下，遷移活性較大。因此，土壤中的鎘含量容易遷移到水稻秸稈和大米中，造成鎘米的幾率更大。

2.2 各采樣布點方法結果

通過對41個樣品進行處理測定后，36#采樣點的鎘含量最大，為35.25 mg/kg，采用格魯布斯檢驗法可知，此數據為離群值，應剔除，同理還有5個數據也屬于離群值。因此，由圖2可知，35個采樣點中鎘含量在0.460～4.834 mg/kg之間，平均值為1.961mg/kg，遠遠超過農田土壤鎘含量限值（0.3 mg/kg）[11]。土壤鎘污染指數為6.5，土壤鎘污染超標率達到100%。

以35個樣品的平均值作為該區域內土壤鎘含量環境背景值，為0.972 mg/kg，則95%的置信區間為1.626～2.296 mg/kg。

由于在混合采樣中，并不知某一個采樣點的具體數值，因而在3種方法的比較中，保留41個采樣點。

2.2.1 對角線法。由田塊進水口引一對角線，在對角線上至少分5等分，以等分點為采樣分點。根據采樣布點分布圖可知，選取5種對角線布點方式，分別標記為A1—A5，結果見表1。

通過數據分析可知，A3均值為可疑離群均值，A5中4#為離群值。因此，數據比較正常的組別為A1、A2和A4 3組數據。將此3組數據與置信區間比較可知，A4組數據在置信區間內。

2.2.2 梅花形采樣。按照梅花形采樣方式選取5個亞位點。根據采樣布點分布圖可設置3組數據，分別用B1、B2和B3代表，結果見表2。B2組數據在置信區間內。

2.2.3 網格布點法。

（1）均勻法。在區域內以10 m×7 m的4個頂點和中心分別采樣，設置2組：C1采樣中心點分別為35#、28#、40#、23#；C2采樣中心點分別為35#、28#、39#、24#；C3采樣中心點分別為36#、27#、40#、23#。

由表3可知，此3組數據的標準偏差較大，說明3組數據中的均值不具代表性，且都不在置信區間內。因為涉及到5個采樣點的數據偏離平均值較大，在此法中并未去掉，故造成結果偏高，若是去掉此5個采樣點又會造成均值偏低。在實際過程中采用此方法采樣，采樣點數值均未知，混合后對數據的影響較大，因而不推薦此方法。

（2）隨機法。均勻隨機采取15～30個樣點，布點設置見表4。

由表4可知，C4、C5和C6的標準偏差都較小，均值具有代表性，樣品均值代表總體均值的可靠性高。3組數據的均值均在置信區間內。

（3）隨機均勻布點法。隨機均勻布點法設置2組，C7組分為4個單元區，單元20 m×14 m內設6個采樣點；C8組分為2個單元區，單元28 m×25 m內設12個采樣點，結果見表5。

此方法的均值不在置信區間內，說明其均值代表總體均值的可靠性較小。此均勻法也是涉及某些采樣點數值偏高，導致結果偏高。

2.3 采樣布點方法的比較

通過對對角線布點法、梅花形布點法和網格布點法進行比較，結果見表6。對角線布點法A4組，梅花形布點法B2組和網格隨機布點法C4—C6組的均值代表總體均值的可靠性較大，從表中可知，此5組數據的標準偏差除了B2外均較小，且隨著采樣布點數的增加，樣本均值越接近總體均值。由此可見，在對角線采樣布點的基礎上采用網格隨機布點法具有較高的可靠性，在實際操作中可選擇此方法，采樣點為15～20個。此結論與土壤環境監測技術規范中的農田土壤采樣具有一致性[12]。

3 結論

目前，鎘污染大米現象嚴重，有必要對大米中鎘的含量進行監測。為了提高稻米的口感與品質，在前期稻米營養劑的研究基礎上，對稻米與土壤中鎘的含量進行研究，但是農田土壤采樣布點方法大部分采用的網格布點法比較復雜。針對平坦的試驗農田，對采樣布點方法進行優化。通過對41個采樣點按照3種方法進行不同的組合，根據試驗結果可知，在不同的組合中對角線法、梅花形法都具有一定的優勢，但是在農田土壤鎘含量與分布是否均勻、污染來源多樣都未知的情況下，選擇網格隨機法更可靠；這種方法是建立在對角線采樣的基礎上進行的。因此，在對角線采樣布點的基礎上適當增加采樣點形成的網格布點法具有較高的可靠性，在實際操作本著簡單方便的原則可選擇此方法，采樣點為15～20個。此研究對后續土壤中鎘含量的研究具有先行作用，有利于實際操作過程中的鎘含量監測。

4 參考文獻

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