土壤污染環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量控制和評價方法

劉維雄

（中國建材檢驗認證集團廈門宏業(yè)有限公司，福建 廈門 361000）

引言

在城市化進程加快、工業(yè)規(guī)模擴大、群眾生活水平提高等因素的影響下，各地區(qū)的土壤環(huán)境均受到不同程度的影響，出現(xiàn)土壤污染、變質(zhì)等不利于生態(tài)平衡的問題。在這樣的背景下，各地區(qū)需要根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準（試行）》（GB 15618-2018）[1]等土壤環(huán)境保護規(guī)范要求，采取抽樣調(diào)查及實驗室檢測等方式，對土壤環(huán)境進行質(zhì)量控制及評價，從客觀角度分析土壤資源的實際狀況，為環(huán)境管理及土地資源開發(fā)利用的可持續(xù)化奠定堅實基礎(chǔ)。

1 土壤污染環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量控制及評價作業(yè)分析

1.1 作業(yè)內(nèi)容分析

土壤監(jiān)測質(zhì)量控制及評價工作內(nèi)容的設(shè)計應(yīng)圍繞土壤實驗分析，其目的在于通過實驗分析觀察土壤中的微量元素組成情況，以及是否存在土壤污染的隱患，最終對土壤的實際狀況得出審核分析結(jié)果，以便采取相應(yīng)措施實現(xiàn)質(zhì)量控制。首先，從質(zhì)量控制的工作內(nèi)容來看，在工作過程中需要嚴格控制土壤樣品、儀器設(shè)備及實驗室分析過程的整體質(zhì)量，如一些土壤環(huán)境監(jiān)測實驗室通常在監(jiān)測過程中嚴格控制采樣點位、采樣深度、采樣設(shè)備清潔等因素，從而獲得最具實驗代表性的土壤樣品進行質(zhì)量檢測分析，實現(xiàn)采樣與監(jiān)測全過程的質(zhì)量控制[2]。其次，評價工作的內(nèi)容與各項土壤監(jiān)測指標有所關(guān)聯(lián)，根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166-2004）[3]等技術(shù)規(guī)范標準，針對土壤監(jiān)測應(yīng)采取的典型評價指標包括：土壤污染物指標（包括重金屬、有機污染物）、土壤理化性質(zhì)指標（包括土壤地質(zhì)、土壤有機質(zhì)含量、土壤pH值、土壤濕潤程度）、土壤營養(yǎng)元素指標（包括土壤中的氮、磷、鉀等易于生物生長的營養(yǎng)元素含量）等，通過圍繞各項評價指標實施土壤監(jiān)測的評價工作，能夠得出真實且完善的土壤狀態(tài)數(shù)據(jù)，這對于后續(xù)的土壤環(huán)境改善工作具有重要的參考作用。

1.2 作業(yè)目標分析

土壤污染環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量控制及評價工作由地區(qū)環(huán)保部門或衛(wèi)生部門等負責(zé)落實，該工作以“保障土壤污染環(huán)境監(jiān)測的科學(xué)性與可行性”為總目標，并需要根據(jù)土壤環(huán)境監(jiān)測工作的分項內(nèi)容來確定次要目標，最終才能有序?qū)嵤┵|(zhì)量控制及評價工作。以某環(huán)保技術(shù)部門開展的土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作為例：首先，為了能夠精準獲取影響地區(qū)土壤生態(tài)的主要因素，該部門將“保障采樣與質(zhì)量分析準確性”作為質(zhì)量控制與評價工作的首要目標，有序指揮土壤采樣分析與過程質(zhì)量管控工作的執(zhí)行。其次，應(yīng)確保監(jiān)測的代表性、數(shù)據(jù)分析結(jié)果的一致性、監(jiān)測方法具備高靈敏度及數(shù)據(jù)結(jié)果的可比性等，作為土壤污染環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量控制及評價工作目標，并依靠完善的工作目標體系，為地方土壤環(huán)境管理工作提供科學(xué)的決策依據(jù)[4]。

2 新時期提高土壤環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制效率的工作策略

2.1 完善采樣地區(qū)的資料數(shù)據(jù)

在監(jiān)測某一地區(qū)的土壤環(huán)境時，監(jiān)測部門必須提前了解并收集該地區(qū)的土壤環(huán)境資料及數(shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)大致能夠反饋出影響地區(qū)土壤環(huán)境生態(tài)的主要原因，并可以作為驗證土壤環(huán)境質(zhì)量情況的重要根據(jù)。以某地區(qū)生態(tài)環(huán)保部門在土壤監(jiān)測工作中的做法為例：首先，為了便于對照后續(xù)的土壤采樣試驗分析結(jié)果，該部門提前對該地區(qū)的土壤類型特征、地質(zhì)條件、土地資源開發(fā)使用現(xiàn)況、地表植物覆蓋率及覆蓋類型等數(shù)據(jù)資料進行現(xiàn)場采集，這些數(shù)據(jù)能夠綜合反饋出能夠用于環(huán)境監(jiān)測的工作數(shù)據(jù)，包括存在污染源的可能性數(shù)據(jù)、土壤污染系數(shù)等。其次，該部門在收集土壤環(huán)境資料的同時，綜合考慮人口分布、產(chǎn)業(yè)情況等因素，計算得出靠近居住區(qū)域的一處近1 436 m2的位置，其土壤污染系數(shù)達到23.7%，而該位置對應(yīng)的是當?shù)鼐用裨O(shè)置的一處畜牧養(yǎng)殖場所。由此可見，通過完善土壤環(huán)境資料及數(shù)據(jù)信息，能夠幫助土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作更好地定位污染源位置，明確造成土壤污染的主要原因，并保障監(jiān)測工作的實施質(zhì)量[5]。

2.2 明確土壤污染環(huán)境監(jiān)測的工作順序

在某些地區(qū)開展的土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作中，由于缺少核心的管理工作制度及體系支持，導(dǎo)致監(jiān)測人員無法按照標準的工作順序進行土壤采樣與監(jiān)測，嚴重影響了土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作的實施效果。對此，負責(zé)管理地區(qū)環(huán)境生態(tài)的部門應(yīng)當針對土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作，制定詳細的工作方針及作業(yè)體系，以此明確監(jiān)測工作的具體順序。如某地區(qū)環(huán)境衛(wèi)生部門針對土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作制定如表1所示的工作計劃，根據(jù)工作計劃要求實施的作業(yè)順序，該部門能夠在各個季度完善環(huán)境監(jiān)測工作的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其作為環(huán)保戰(zhàn)略決策的數(shù)據(jù)依據(jù)。而從該部門打造的工作計劃來看，其最大的優(yōu)勢在于能夠有效協(xié)調(diào)土壤污染環(huán)境監(jiān)測中的資源配置，從而按期完成各項工序中的作業(yè)內(nèi)容。

表1 土壤污染環(huán)境監(jiān)測工序設(shè)計

2.3 保障土壤采樣質(zhì)量

監(jiān)測人員通過采集具有代表性的土壤樣品，能夠從中分析出整個區(qū)域的土壤污染環(huán)境狀況，從而制定相應(yīng)的策略來改善土壤環(huán)境。所以，為了大幅度改善現(xiàn)階段土壤污染環(huán)境質(zhì)量控制效果，采樣人員需優(yōu)先保障采集樣品的質(zhì)量，為后續(xù)的樣品分析與決策制定奠定基礎(chǔ)。首先，在采樣點的定位上，采樣人員需優(yōu)先根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的板塊大小，來確定采樣點設(shè)置的實際密度。例如，某環(huán)境監(jiān)測部門針對土壤樣品的采集過程，根據(jù)《土壤采樣技術(shù)指南》（GB/T 36197-2018）[6]的規(guī)范要求，確定采樣點的布局控制為：每3.75%土地板塊中，設(shè)置至少一個土壤采樣點，即監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，每96.7 m2的區(qū)域范圍內(nèi)設(shè)置一個土壤采樣點，避免采樣密度過低致使土壤樣本不足。其次，在采樣深度與位置的控制上，為了確保通過分析土壤樣品能夠發(fā)現(xiàn)該地區(qū)是否存在潛在污染源，在采樣過程中，土壤采樣深度至少應(yīng)為地下300 mm，并從歷史數(shù)據(jù)中分析該地區(qū)的土壤污染指數(shù)，污染指數(shù)越高則采樣深度越深，從而確保采集的土壤樣本有一定的研究及分析價值。

2.4 實驗室土壤樣本測定質(zhì)量控制

為了獲得土壤樣本的狀態(tài)及情況，監(jiān)測部門需對土壤樣本進行實驗室測定，檢測土壤的各項指標是否合格。而為了保障測定結(jié)果的精度，相關(guān)部門需對測定方法及測定流程進行有效控制，確保最終的測試結(jié)果具備較高的可信度[7]。例如，某部門對土壤樣本實施的實驗室測定方法：首先，在精密度控制方面，該部門共收集1 356項土壤測定樣本，為了能夠充分發(fā)揮這批樣本的使用價值，該部門采用平行樣本測定方案進行取樣測定。這種測定方法的優(yōu)勢在于：通過反復(fù)測定土壤樣本，并隨著測定次數(shù)的增加來不斷加入新的土壤樣本，最終獲得的測定結(jié)果能夠最接近測定合格率的平均值，并且有效避免多件樣本測定誤差對最終測定結(jié)果造成的干擾。其次，在準確度的控制方面，該部門選擇20%的試樣進行加標回收檢測，樣本加標至55%時，該部門檢測人員測定得出這批土壤樣本最具可信度的檢測數(shù)據(jù)，其結(jié)果如表2所示。在這種檢測質(zhì)量控制方法的作用下，經(jīng)過多次加標檢驗，最終獲取的檢測數(shù)據(jù)與先前測試的結(jié)果偏差更小，能夠更好地反饋出土壤污染環(huán)境狀況。

表2 加標至55%時的土壤樣本測定結(jié)果單位：mg/kg

3 土壤污染環(huán)境監(jiān)測的評價方法

3.1 采用空白值評價法進行土壤污染環(huán)境評價

為了能夠具體分析出土壤樣本存在的異常污染狀況，監(jiān)測部門可以采用空白值評價的方式，選取空白樣本作為參考，再對比需要檢測的土壤樣本，以獲取土壤污染監(jiān)測的精細數(shù)據(jù)。參考某部門在土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作中的做法：首先，在現(xiàn)場采集土壤樣本的同時，該部門于采樣現(xiàn)場挑選十項空白土壤樣本，并在實驗過程中將兩樣本進行混合研磨，采用GC氣相色譜儀檢驗空白樣本與土壤樣本的重金屬、有機污染物含量指數(shù)。其次，在評價方式的選擇上，檢測人員對試驗過程中的169例土壤樣本與空白樣本一一進行對比，將其中污染物含量值高于空白樣本的土壤樣本評價作為存在污染的土壤樣本。最終，由空白值評價法得出的評價結(jié)果為：共有147項（86.98%）土壤樣本的污染物含量高于空白樣本，且超過《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準（試行）》（GB15618-2018）[1]制定的標準界限值，且具體的污染物指數(shù)也由對比空白樣本的評價過程獲得。

3.2 采用精密度評價法進行土壤污染環(huán)境評價

在針對眾多土壤樣本進行評價分析的過程中，檢測人員通常需要選取其中具有代表性的樣本進行評價檢測，得出其中可信度較高的評估結(jié)果作為最終結(jié)果。而在這種背景下，精密度評價法作為適用于土壤樣品評價的工作方法之一，能夠保障實驗結(jié)果的一致性與準確性。例如，某部門使用精密度評價方法，對土壤樣本進行評價分析：首先，該項目的評價工作針對310組土壤樣本進行污染度評價分析，將310組土壤樣本劃分為十組平行樣本，并由檢測人員對同一組平行樣本進行重復(fù)檢測，且控制檢測頻率≥3次，得出平行樣本之間的絕對偏差、總量偏差等數(shù)據(jù)。其次，通過精密度計算方法，檢測人員對各組平行樣本的實際檢測結(jié)果進行分層計算，在保障數(shù)據(jù)離散程度合規(guī)，且評價數(shù)據(jù)合格性達標的情況下，獲得最終的精密度標準偏差結(jié)果，其計算方法如式（1）所示。最后，在精密度評估方面，檢測人員根據(jù)計算獲得的平均值及標準偏差結(jié)果，將標準偏差較小的實驗數(shù)據(jù)視為重復(fù)性較好、實驗結(jié)果可信度較高的數(shù)據(jù)，反之則表示實驗結(jié)果重復(fù)性較差。

式（1）中，σ為樣本標準偏差值；n為數(shù)據(jù)點的總數(shù)量；xi為第i個數(shù)據(jù)點；xb為數(shù)據(jù)集的平均值。

3.3 采用綜合指數(shù)評價法進行土壤污染環(huán)境評價

在了解地區(qū)土壤污染特征的情況下，土壤污染環(huán)境監(jiān)測適合采用綜合指數(shù)評價法的方式，全面反映出某一項污染指標在地區(qū)土壤環(huán)境中的實際情況，并借助綜合指數(shù)評價法中的歸一化處理，評估各種污染指標的實際權(quán)重。而為了發(fā)揮出綜合指數(shù)評價法的優(yōu)勢，檢測人員需關(guān)注的評價工作要點包含以下幾方面：首先，各個地區(qū)土壤的污染特征各不相同，而綜合指數(shù)評價法的使用需建立在完全了解地區(qū)土壤污染狀況的基礎(chǔ)上，因此，相關(guān)部門應(yīng)對目標地區(qū)的某一項關(guān)鍵的污染指標進行統(tǒng)計分析，其中包括土壤有機質(zhì)含量、pH值等。其次，檢測人員應(yīng)當對土壤污染指標目標進行歸一化處理，即將該指標對應(yīng)的權(quán)重值轉(zhuǎn)化為0至1之間的數(shù)值，使其與其他的土壤污染指標有統(tǒng)一化的量綱單位。在此之后，綜合指數(shù)評價法可以采用綜合指數(shù)計算的方式，對土壤污染指標目標進行加權(quán)求和計算，得出的綜合指數(shù)結(jié)果能夠同時反映出該污染指標的嚴峻程度、風(fēng)險情況等，綜合指數(shù)計算方法如式（2）所示。最后，根據(jù)評價得出的綜合指數(shù)結(jié)果，相關(guān)部門便可將目標區(qū)域的土壤進行污染程度的劃分，再根據(jù)其污染程度來制定相應(yīng)的解決對策，以此發(fā)揮土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作的指導(dǎo)效果。

式（2）中，I表示綜合指數(shù)結(jié)果；wi表示第i個污染指標的權(quán)重；xi表示第i個污染指標的歸一化值；n表示污染物指標的數(shù)量。

3.4 采用準確度評價法進行土壤污染環(huán)境評價

在土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作中，準確度評價法是一種能夠根據(jù)土壤污染監(jiān)測數(shù)據(jù)及真實值偏差，計算出土壤污染系數(shù)并且分析誤差來源的評價方法，由該方法獲取的絕對誤差值及相對誤差值等數(shù)據(jù)信息，能夠作為判斷土壤污染現(xiàn)況的根本依據(jù)，在土壤環(huán)境污染分析中具有顯著的參考價值。而準確度評價法在土壤污染環(huán)境監(jiān)測中大致分為以下評價步驟：首先，相關(guān)部門需確定土壤環(huán)境污染的參考樣本，參考樣本可以選擇地區(qū)內(nèi)靠近污染源的土壤樣本，以便獲取最精確的參考值數(shù)據(jù)。其次，為了評價得出最精確的土壤污染環(huán)境結(jié)果，評價過程中，需要由監(jiān)測人員計算出相應(yīng)的準確度指標，并根據(jù)指標的對比結(jié)果來獲取相對偏差值、均方根誤差值，計算方法如式（3）所示。而從準確度指標的使用意義來看，當獲取的準確度指標值較小時，表示土壤污染環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)與參考值之間只存在較小的偏差，且能夠作為代表整片區(qū)域土壤污染環(huán)境情況的監(jiān)測數(shù)值，這對于保障土壤污染監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性與科學(xué)性具有重要作用。

式（3）中，RMSE表示均方根誤差；n表示數(shù)據(jù)點數(shù)量；yi表示第i個評價觀測值；xi表示第i個評價參考值。

4 結(jié)語

綜上，在新時期，我國應(yīng)當繼續(xù)加大土壤環(huán)境管理工作的實施力度，才能降低環(huán)境的污染率、提高土壤環(huán)境質(zhì)量，為土地開發(fā)利用及社會生產(chǎn)提供有利的資源條件。所以，在落實土壤污染環(huán)境監(jiān)測工作時，相關(guān)部門應(yīng)當打造完善的質(zhì)量控制及評價工作體系，確保每一位管理人員都能樹立完善的土壤環(huán)境質(zhì)量控制及評價工作意識，在合理應(yīng)用土壤質(zhì)量控制及評價技術(shù)的基礎(chǔ)上，使土壤污染環(huán)境監(jiān)測及改善工作保持常態(tài)化的實施進程。