土壤測試計量及其環境監測研究綜述

王淑紅

（山東省濰坊生態環境監測中心，山東 濰坊 261000）

土壤是構成生態環境的基本要素之一，是人類賴以生存的基礎條件。但是隨著工農業的發展、人口的快速增長、城市的擴張，以及人們無節制開發、索取各種自然資源，最終造成嚴重的土壤污染，阻礙了生態環境的可持續發展。土壤測試計量是利用科學的檢測手段對土壤成分進行全面檢測，分析并確定土壤中污染成分，為制定科學的防治對策提供數據資料。

1 土壤環境污染的主要來源

土壤具有開放性的特點，時刻受到其他環境的影響，不斷完善物質交換與能量交換，因此也決定了土壤環境污染來源非常廣泛，總體上可以分為兩個大類：工業污染和農業污染。

1.1 工業污染

隨著我國工業化進程的逐步加快，工業生產過程中產生大量廢水、廢氣、固體廢棄物，在以前粗放管理模式下存在嚴重的亂排亂放問題，各種污染物直接排放到自然環境中，對土壤環境造成嚴重的破壞。重金屬污染主要來自工業生產，當沉積到土壤環境中后具有非常頑固的特點，很難進行有效治理。常見重金屬元素主要有銅、鋅、鉛、鎘、砷、鉻、鎳和汞等，這些重金屬長期在土壤中累積，通過水源、植物進入到人們的食物鏈中，就會引起各種疾病，威脅到人們的健康安全。比如有些化工企業在生產過程中會排放大量含汞廢水，當進入土壤后會以無機汞鹽、金屬汞或汞離子的狀態存在，危害非常大；部分企業在生產過程中產生大量含氮、磷元素的廢水，會造成土壤板結、酸化；還有些礦產企業、熱電廠，會產生較多放射性物質，當進入土壤環境后會被快速吸附，在土壤中累積時間較長，嚴重影響到土壤的生態環境。

1.2 農業污染

長期以來，我國農業生產處在較為嚴重的粗放式管理模式下，為了提高農作物產量、應對病蟲害，往往會使用大量化肥、農藥。肥料與農藥中多余的氮磷鉀元素會進入土壤環境中，達到一定程度就會出土壤退化、保水能力差等問題，不僅影響到農作物的生長，也是對土壤環境的一種破壞。土壤中的污染物質還會隨著地下徑流或在風力作用下快速轉移，導致土壤污染面積擴大。在農業生產中過量使用化肥會引起土壤硝酸鹽含量上升，牲畜中毒死亡。農藥的過量使用，其有毒成分也會在土壤中長期存留，在農作物吸收后進入食物鏈，引發食品安全問題。

2 土壤測試計量工作的開展

為確定土壤污染程度及污染物的來源，需要通過技術手段進行勘察采樣，完成土壤檢測分析，為做好土壤環境監測工作提供詳實的資料[1]。

2.1 土壤采樣

2.1.1 采樣前的準備工作

采樣工作必須由專業的技術人員完成，熟悉監測技術規范。采樣前應對土壤現場進行實際勘察，收集相關的資料，包括監測區域內的各種地圖、水文地質資料、遙感影像資料、工農業生產排污資料、建設項目資料、土壤污染事故資料等等。采樣前準備好所需器具，包括GPS、數碼相機、采樣專用工具等等。

2.1.2 采樣點的布設

采樣環境的不同采樣點的布設也不一樣，各環境下采樣點的布設按表1標準進行：

表1 不同土壤環境采樣點布設標準

2.1.3 采樣方法

根據采樣需求可分為混合樣、剖面樣、單獨樣、分層樣四種。

混合樣最為普遍，多采用四分法取樣：清除土壤表層雜物，用鐵鏟挖出20 cm深土方，用鐵鏟清除土方上面、側面與鐵鏟接觸的表層土，用鐵鏟將土方平鏟出，倒放在準備好的牛皮紙上，然后再清除剛剛與鐵鏟接觸部位表層土。將土方拍碎并混合均勻后攤平成四方形，按照對角線劃分為四份，取對角兩份再攤平成四方形，再按照對角線劃分為四份，再對角兩份，直到達到需要采樣的數量即可。

對于目前漢語依存的發展，研究要結合漢語自身的特點。就目前而言，統計方法已成為主流技術，盡管英語方面出現許多較為成熟的統計模型，可以為漢語分析所借鑒，但漢語的語言特點使得研究人員在借鑒其優點的同時，還應該結合漢語特點進行特殊處理，比如漢語中特殊語法結構（排比句、疊詞等）的處理。利用語法、語義等方面知識構建聯合模型來提高依存分析的正確率，構建的詞義、詞性標注和依存分析的聯合模型。聯合模型開辟了一種新的思路，可以成為我們研究的一種方向。

剖面樣通常用于需要了解污染物在土壤中垂直分布的情況。剖面的長、寬、深基本控制在1.5 m、0.8 m、1.2 m。挖掘出土壤剖面要面向陽光，表土與底土分放兩側。如果地下水位較高，則剖面應挖至地下水露出，如果是山地丘陵地貌，應挖至風化層。

單獨樣通常用于大氣沉降污染、固體物污染等類型的土壤監測，還可用于揮發性與半揮發性污染物的測定。采樣時以污染地塊為中心布置采樣點，首先清除表面雜物，當使用鐵鏟采樣時需要挖出25 cm×25 cm，深度在0～20 cm的土方，如果污染物具有揮發性，則需要將樣品直接采集到帶聚四氟乙烯襯墊的棕色磨口玻璃瓶中，或者是帶有密封墊的螺口玻璃瓶中，裝滿為止。其他樣品則采集到密實袋中。

分層采樣多適用于耕作土壤，一般分為耕作層、犁底層、潴育層、潛育層、母質層，按照自下而上的順序采樣，在挖出剖面層后先采集底層樣品，然后是中層樣品，最后是上層樣品，防止在上次采樣過程中污染下層土壤。需要測定重金屬的樣品應清除與金屬采樣器接觸部位土壤。

2.1.4 樣品運輸

在完成采樣后要保證樣品安全，運輸過程中防止出現混淆、沾污、損失等情況，安排專人負責將樣品運送到實驗室。在樣品轉接過程中雙方需要登記簽字確認，記錄由雙方各存留一份，以備查驗。

2.2 土壤檢測技術

土壤成分復雜，通過土壤檢測技術測定土壤環境中各質量因素的代表值，確定土壤環境的質量，為做好土壤環境質量監測提供專業數據。

2.2.1 電位分析法

采用電位法可以測定土壤的pH值。以通用pH值玻璃電極作為指示電極，以甘汞電極作為參照。將兩個電極插入制備好的土壤懸液中，構建起電池反應條件，兩個電極之間形成電位差。甘汞電極的電位是固定的，根據兩電極之間電位差數值確定土壤懸液中H+離子的活度或負對數pH大小。使用電位計測量土壤懸液電動勢，通過計算公式計pH值，通常使用酸度計可以直接讀取pH值。測定多個試樣時需要用蒸餾水清洗電極，并使用濾紙將電極上的水吸干。測定pH值的土壤懸液應固定土與水的比例，一般土水比為1∶1時測定酸性土和堿性土的pH值比較準確。

使用火焰原子吸收法可以測定土壤試樣中的銅、鋅、鉛、鎘、鎳等重金屬[2]。其原理是將待測元素利用火焰原子化裝置轉變為原子蒸氣，根據吸收分光光度的不同確定不同元素的含量。使用該方法時常用的火焰有空氣-乙炔、氧化亞氮-乙炔、空氣-氫氣、空氣-丙烷等。該方法操作簡便，不需要富集、萃取等工藝，通過一次檢測就可以完成對鉛、鎘等重金屬的測定，在較多土樣檢測中較為適用，測定結果準確性也非常高。有學者經過實驗室測試，使用火焰原子吸收法對土壤中重金屬含量進行檢測，其結果與使用國家標準分析法測定的結果相符，因此該方法可以直接應用于土壤重金屬測定，且方便快捷、精確度較高[3]。

2.2.3 氣相色譜法

關于土壤中有機氯農藥殘留，目前相關的研究并不是很多，在一些相關的研究成果中對于土壤中有機氯的檢測方法基本相同。目前常用的檢測方法主要有高效液相色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、生物傳感器技術等。由于多數農藥殘留成分都具有氣化的特征，因此在農藥殘留定量分析中常使用氣相色譜法進行。在進行氣相色譜定量分析中，通常使用選擇性檢測器，比如火焰光度檢測器、電子捕獲檢測器和氫火焰離子化檢測器。氣相色譜法的基本原理是，使用癸二酸二壬酯內標溶液溶解土壤樣品中的有機氯農藥殘留，通過不銹鋼柱和氫火焰離子化檢測器完成有機氯農藥殘留的分離，然后再內標法確定檢測結果，從而獲得土壤中有機氯農藥殘留的含量[4]。

2.2.4 高效液相色譜法

高效液相色譜法利用了高壓輸液系統，使用液體流動相，在高壓狀態下快速通過色譜柱，具有高速、高效、高靈敏度的優勢，應用范圍非常廣泛，目前超過70%的有機化合物都可以利用該方法進行分析，屬于一種全新的、高效的分離技術。運用高效液相色譜技術可快速完成土壤成分的檢測，結果準確性非常高，可以對土壤中農藥殘留進行有針對性的檢測，完成對土壤情況的分析。高效液相色譜檢測中使用到的色譜柱可反復使用，樣品可回收，但缺點也比較明顯，易產生“柱外效應”，引起色譜峰的加寬，影響到檢測效果。高效液相色譜法可與氣相色譜法配合使用，互為補充。

2.2.5 近紅外光譜法

土壤所含成分復雜，有機物中以烷烴、芳香族、含氮和含氧物質為主，而農田土壤的肥力也主要來自這些有機物質，利用近紅外光譜檢測技術可以有效分析其中所含的成分，了解土壤環境質量。近紅外光是波長介于780～2 526 nm的非可見光區，通過掃描土壤樣品的近紅外光譜，可獲取土壤中有機分子含氧基團的相關信息，確定土壤有機物含量。近紅外光譜法具有方便、快速、高效、準確的特點，光譜信號易獲取具圖譜穩定，檢測過程中不會對樣品造成破壞，不會污染環境，具有非常廣闊的應用前景。

3 我國土壤環境監測現狀

我國對于土壤環境質量越來越重視，農業、生態等相關部門都開展了不同程度的土壤調查工作，為保證土壤環境高質量發展，都制定了不同發展領域的國家標準與行業標準。自“十二五”以來，我國土壤環境監測工作日益受到重視，將工農業生產污染作為土壤環境監測的重點，監測區域主要包括農業生產用地、飲用水源地、重污染企業等，5年為一個監測周期，對于土壤污染高風險區域、重要敏感區域采取跟蹤監測的辦法。

3.1 農業土壤環境質量監測現狀

針對農業用地開展土壤監測工作，是為保障農產品質量與安全，對污染農業區和主要農業經濟區的土壤和農作物進行監測，了解土壤中污染物殘留的實際狀況，分析污染物對農業造成的影響，確定農產品的質量安全。監測區域內的耕地、林草地等，通過測試計量確定土壤中污染物的含量、分布以及空間上的變化，測定土壤中六六六、滴滴涕、多環芳烴等藥物殘留；測試農業用地土壤的肥力、鹽度、含水量；對本地的氣候及氣相信息進行監測，掌握溫度、濕度的變化，鹽度、液位等灌溉信息的變化；檢測土壤中重金屬、農藥殘留的污染物含量，評價對農業生產的影響；按照8 km×8 km劃定監測網格，采用網格布點法確定監測位置，定點跟蹤土壤環境質量變化與肥力變化情況，為科學評估輪作休耕提供參考。

3.2 工業土壤環境質量監測現狀

針對工業生產企業深入開展土壤環境污染專項調查工作。對監測區域內的重污染行業、污染企業進行全面排查，對于生產過程中已經影響水土環境或可能影響水土環境的企業納入重點關注企業名錄，重污染企業主要包括化工、礦產、冶煉與加工、發電、電鍍、電池、電子、紡織印染、皮革化纖等等，之后通過企業名錄逐一做好污染物處理與排放調查工作。調查工作一般分為初步調查、詳細調查與風險評估等幾個階段，明確污染企業生產場地的安全性，針對存在的污染問題提出有效地治理措施。嚴格按照土壤環境質量監測的要求做好土壤環境測試計量工作，測試項目主要包括土壤的pH值檢測、土壤中重金屬物質及含量測定，以及其他可能產生的污染物[5]。

4 土壤環境監測建議

近些年，我國自然資源管理部門針對土壤環境質量開展的監測工作主要涉及土壤化學組成，土壤中元素含量的變化趨勢等。筆者認為，要想做好土壤環境質量監測工作，現場調查應與測試計量工作結合起來，對土壤的地質條件、污染源的特征進行綜合性分析與評估，為土壤環境保護與治理提供有價值的參考。一是做好土壤背景資料更新。隨著時代變遷與工農業發展，土壤用地信息均發生了很大變化，各地職能部門應利用現有調查監測數據適時更新土壤背景資料，為合理用地、保護環境提供數據支持。二是完善監測標準體系。土壤成分復雜，任何污染物質進行土壤后都會引起相應的變化，影響生物生長，破壞自然平衡，因此土壤監測應結合檢測數據以及各行業的需求不斷完善監測標準體系，盡量做到全面監測，維護土壤環境質量。

5 結語

綜上所述，隨著我國工農業的發展土壤環境監測與保護工作越來越重要。目前我國針對土壤環境質量監測的相關研究明顯不足，在標準的制定、系統研究方面還有很長的路需要走。為了更好地開展土壤環境監測工作，本文首先分析土壤環境污染的主要來源，闡述了土壤測試計量工作的開展，結合我國土壤環境監測現狀提出建議，為下一步開展土壤環境監測工作提供參考。