基層生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中土壤樣品采集技術(shù)分析

劉新榮

（中科泰檢測（江蘇）有限公司，江蘇 泰州 225700）

引言

基層生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是國家各類生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的主要來源，而土壤樣品采集在基層生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中扮演著至關(guān)重要的角色，是獲取土壤生態(tài)環(huán)境信息的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行科學(xué)研究和決策的重要依據(jù)。因此，土壤樣品采集技術(shù)在近年來逐漸發(fā)展成為了解和評估一個(gè)地區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境狀況的重要手段。

1 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及其重要性

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是指通過一定的技術(shù)手段和科學(xué)方法，對影響和可能影響人類以及動(dòng)植物生存發(fā)展的環(huán)境質(zhì)量狀況、影響環(huán)境質(zhì)量的因素代表值進(jìn)行監(jiān)視性調(diào)查、測定，從而掌握、研究、預(yù)測和確定環(huán)境受污染、受破壞等質(zhì)量狀況及其變化趨勢的行為和過程。

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測可以幫助人們?nèi)媪私庀嚓P(guān)區(qū)域的環(huán)境情況，因地制宜開展環(huán)境保護(hù)以及生態(tài)環(huán)境改善工作，正確協(xié)調(diào)人與環(huán)境之間的關(guān)系，從而提高環(huán)境保護(hù)工作的效率和質(zhì)量。通過生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，人們可以了解自然資源的利用狀況和變化趨勢，為制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)[1]。同時(shí)，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境問題，保障生態(tài)環(huán)境的健康和可持續(xù)發(fā)展。

2 土壤樣品采集在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的地位與作用

土壤樣品采集在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中具有非常重要的地位和作用。

首先，土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，土壤質(zhì)量直接影響生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定。通過對土壤進(jìn)行采樣和分析，可以了解土壤的理化性質(zhì)、污染狀況、養(yǎng)分狀況等，從而對土壤質(zhì)量進(jìn)行評估和預(yù)測，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

其次，土壤樣品采集是進(jìn)行土壤污染調(diào)查和評價(jià)的基礎(chǔ)。隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，土壤污染問題日益突出，通過對土壤樣品進(jìn)行采集和分析，可以了解土壤污染的狀況和來源，評估土壤污染對環(huán)境和人類健康的影響，為制定土壤污染防治政策和措施提供科學(xué)依據(jù)。

最后，土壤樣品采集也是進(jìn)行土地利用規(guī)劃、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤資源保護(hù)等工作的基礎(chǔ)。通過對土壤樣品進(jìn)行分析，可以了解土壤的適宜性、肥力狀況、質(zhì)地結(jié)構(gòu)等信息，為土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)土壤資源的可持續(xù)利用[2]。

3 土壤樣品采集技術(shù)概述

3.1 土壤樣品的類型和采集目的

土壤樣品的類型和采集目的主要取決于監(jiān)測或調(diào)查的需求和目標(biāo)。

一般來說，根據(jù)采樣點(diǎn)的位置和深度，可以將土壤樣品分為表層樣品和剖面樣品。表層樣品通常在土壤表面進(jìn)行采集，而剖面樣品則需要挖掘一個(gè)剖面，以觀察并采集不同深度的土壤樣品。

根據(jù)采樣時(shí)是否擾動(dòng)土壤，可以將土壤樣品分為原狀土樣和擾動(dòng)土樣。原狀土樣是指在采樣過程中不擾動(dòng)土壤，盡可能保持其自然狀態(tài)，而擾動(dòng)土樣則是指在采樣過程中會(huì)擾動(dòng)土壤，如通過挖掘、破碎等方式獲取的樣品。

根據(jù)采樣時(shí)是否改變土壤的水分狀態(tài)，可以將土壤樣品分為干燥土樣和新鮮土樣。干燥土樣是指采樣后進(jìn)行干燥處理的樣品，而新鮮土樣則是指采樣后保持其自然水分狀態(tài)的樣品。

3.2 土壤樣品采集的方法和技術(shù)

3.2.1 土壤樣品采集的方法和技術(shù)步驟

規(guī)劃和準(zhǔn)備。要明確采樣工作的目標(biāo)和要求，并為此做好詳細(xì)的規(guī)劃。要了解并遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)操作流程。組建一個(gè)由專業(yè)人員組成的團(tuán)隊(duì)，包括野外調(diào)查經(jīng)驗(yàn)豐富、熟悉土壤采樣技術(shù)的人員。在采樣前，進(jìn)行必要的培訓(xùn)和文件學(xué)習(xí)，以熟悉整個(gè)采樣流程。

信息收集。收集關(guān)于采樣區(qū)域的各種信息，包括地圖、土壤類型、地質(zhì)信息、土地利用情況、植被分布、環(huán)境敏感點(diǎn)和歷史土壤狀況等。這些信息將有助于確定合適的采樣點(diǎn)位和深度。

現(xiàn)場勘查和布點(diǎn)設(shè)計(jì)。在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察，驗(yàn)證初步布點(diǎn)的可行性，如用GPS校正定位。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整和優(yōu)化采樣點(diǎn)位。

采樣工具準(zhǔn)備。根據(jù)采樣需求，準(zhǔn)備相應(yīng)的工具和設(shè)備。包括各種采樣工具，如鍬、鏟、取土鉆、竹片等，以及用于記錄和保存樣品的樣品瓶、文具、標(biāo)簽等。還要考慮到安全防護(hù)用品和運(yùn)輸冷藏設(shè)備。

采樣實(shí)施。根據(jù)預(yù)定的方案和實(shí)際需要選擇合適的采樣方法。例如，對于表層土壤，可以在多個(gè)位置混合采集；對于深層土壤，可能需要鉆孔取樣。另外，還可以使用樣網(wǎng)或路徑進(jìn)行系統(tǒng)性采樣。

樣品處理和運(yùn)輸。在采樣完成后，對樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗捅４妫凑找?guī)定的方式進(jìn)行運(yùn)輸，以確保樣品的完整性和質(zhì)量。

數(shù)據(jù)記錄和處理。對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，包括點(diǎn)位、深度、時(shí)間等信息，并處理和分析這些數(shù)據(jù)，以得出所需的土壤信息。

3.2.2 根據(jù)不同目的和實(shí)際情況選擇采樣方法和技術(shù)

表層土壤采樣。表層土壤指土壤表面0～20 cm的范圍。這是最常見的采樣深度，適用于一般土壤測試和土壤肥力評估。采樣時(shí)可以使用小鏟子或鋤頭將土壤從多個(gè)位置混合采集，以保證樣品的代表性。

剖面土壤采樣。剖面土壤采樣是為了研究土壤的垂直分布情況。采樣時(shí)需選擇代表性的土壤剖面，并按照不同深度（如0～15 cm、15～30 cm、30～60 cm等）進(jìn)行采樣。這可以用于研究土壤性質(zhì)的變化和根系分布等。

樣網(wǎng)采樣。樣網(wǎng)采樣是將土壤樣品按照網(wǎng)格狀的布局進(jìn)行采集。這種采樣方法適用于大面積土壤調(diào)查和空間變異性研究。根據(jù)需要，樣網(wǎng)可以是正方形、矩形或六邊形的形狀，并根據(jù)采樣密度進(jìn)行土壤采樣。

路徑采樣。路徑采樣是沿著指定的路徑進(jìn)行采樣，適用于研究土壤污染物的分布情況。比如，在研究道路旁的土壤污染時(shí)，可以沿道路每隔一定距離采集土壤樣品。

鉆孔采樣。鉆孔采樣是通過鉆探設(shè)備將土壤樣品從較深的土層中獲取。

4 基層生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中土壤樣品采集技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 確定采樣點(diǎn)位和數(shù)量

采樣點(diǎn)位和數(shù)量是進(jìn)行土壤樣品采集的關(guān)鍵步驟之一。在選擇采樣點(diǎn)位時(shí)，為了確保采樣點(diǎn)能夠充分代表監(jiān)測區(qū)域的土壤類型、污染狀況、養(yǎng)分狀況等特征，需要考慮區(qū)域代表性和分布均勻性。首先，環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)需根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的地形、地貌、生態(tài)植被和人類活動(dòng)等特點(diǎn)，將整個(gè)監(jiān)測區(qū)域劃分為若干個(gè)小的子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域應(yīng)具有相似的地貌類型、生態(tài)植被和人類活動(dòng)特征。在每個(gè)子區(qū)域可以采用網(wǎng)格布點(diǎn)法或同心圓布點(diǎn)法等方式進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。網(wǎng)格布點(diǎn)法是將整個(gè)子區(qū)域劃分為若干個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)；同心圓布點(diǎn)法是以子區(qū)域的中心為圓心，設(shè)置不同半徑的同心圓，每個(gè)圓上設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)。其次，確定采樣點(diǎn)數(shù)量。采樣點(diǎn)的數(shù)量需要根據(jù)監(jiān)測目的、區(qū)域面積和地形等因素進(jìn)行合理設(shè)置。一般來說，采樣點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)足夠多，以便能夠充分代表子區(qū)域的土壤特征。

4.2 選擇合適的采樣工具和設(shè)備

選擇合適的采樣工具和設(shè)備需要考慮多種因素，包括土壤類型、地形條件、采樣深度、準(zhǔn)確性和可靠性、安全性和易用性等。根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的工具和設(shè)備可以確保采樣的代表性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)的樣品處理和分析提供可靠的基礎(chǔ)。如不同的土壤類型和質(zhì)地需要使用不同的采樣工具。例如，對于砂質(zhì)土壤，使用鐵鍬或鐵鏟等簡單工具可能會(huì)導(dǎo)致采樣不均勻或樣品質(zhì)量下降，因此需要使用取土器等專用工具。不同的地形條件也會(huì)影響采樣工具的選擇。同時(shí)，采樣深度需要參考具體的檢測目的和要求。較淺的采樣可以使用簡單的工具如鐵鍬或鐵鏟，而較深的采樣則需要使用鉆探設(shè)備或取土器等專用工具。為了確保采樣的代表性和可重復(fù)性，需要選擇準(zhǔn)確性和可靠性較高的采樣工具和設(shè)備。

4.3 制定詳細(xì)的采樣計(jì)劃和時(shí)間表

在制定采樣計(jì)劃和時(shí)間表之前，環(huán)境監(jiān)測部門需要明確監(jiān)測的目的和要求，如了解土壤污染狀況、養(yǎng)分狀況、生物多樣性等。這有助于確定需要采集的樣品類型、數(shù)量和監(jiān)測指標(biāo)等。需要同時(shí)收集與監(jiān)測區(qū)域相關(guān)的資料，如地形圖、土壤圖、植被圖、土地利用圖等，以及了解當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、農(nóng)業(yè)活動(dòng)等情況。這些資料有助于確定采樣點(diǎn)位和數(shù)量、采樣深度等。然后根據(jù)監(jiān)測目的和要求，制定詳細(xì)的采樣計(jì)劃。包括采樣點(diǎn)位的具體位置、采樣深度、采樣量、采樣時(shí)間等內(nèi)容。在制定采樣計(jì)劃和時(shí)間表時(shí)，需要確定樣品處理和保存的方式。包括樣品晾曬、過篩、裝袋等處理方式，以及使用標(biāo)簽或編碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)。對于不穩(wěn)定或易分解的樣品，需要進(jìn)行冷藏或冷凍保存，以確保樣品的質(zhì)量，還需要考慮安全性和防護(hù)措施。

4.4 實(shí)施采樣

采樣人員到達(dá)預(yù)先確定的采樣點(diǎn)位，根據(jù)地形、地貌、生態(tài)植被和人類活動(dòng)等特點(diǎn)，選擇合適的采樣點(diǎn)。同時(shí)，記錄采樣點(diǎn)的坐標(biāo)信息，以便后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析。結(jié)合監(jiān)測目的和要求，明確需要采樣的深度和數(shù)量，并使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆驮O(shè)備進(jìn)行采樣。如使用鐵鍬或鐵鏟挖掘表層土壤，使用鉆探設(shè)備或取土器采集較深層土壤。在實(shí)施采樣時(shí)，需要遵循規(guī)范和流程進(jìn)行操作，記錄相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)，如采樣點(diǎn)位坐標(biāo)、土壤類型、顏色、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)等信息，并拍攝現(xiàn)場照片以備后續(xù)使用。在采樣結(jié)束后，整理和記錄采樣的信息和數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供可靠的基礎(chǔ)。

4.5 樣品的處理和保存

采樣人員需在現(xiàn)場對采集的土壤樣品進(jìn)行處理和保存，以防止樣品變質(zhì)或污染，確保樣品的質(zhì)量和安全性。一般采取將樣品晾曬、過篩、裝袋等處理方式，并使用標(biāo)簽或編碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)。例如，對于較為干燥的土壤樣品，可以在現(xiàn)場進(jìn)行晾曬，以便去除多余的水分。晾曬時(shí)需要注意避免樣品受到污染或變質(zhì)。對于較大的土壤樣品，需要進(jìn)行過篩處理，以便將樣品過篩成較小的顆粒，方便后續(xù)處理和分析。對于不穩(wěn)定或易分解的樣品，需要進(jìn)行冷藏或冷凍保存，以確保樣品的質(zhì)量和安全性。冷藏或冷凍保存需要使用專門的設(shè)備，并嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行。

4.6 樣品的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)

采集好的土壤樣品需安全運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室或者指定的地點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析。在運(yùn)輸過程中要確保樣品的安全性和完整性，防止樣品破損或污染。要按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行樣品轉(zhuǎn)運(yùn)和交接，確保樣品的質(zhì)量可控。比如，工作人員需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的運(yùn)輸方式，如汽車、火車、飛機(jī)等，以確保樣品能夠安全、迅速地送達(dá)實(shí)驗(yàn)室或指定的地點(diǎn)。需根據(jù)運(yùn)輸方式準(zhǔn)備相應(yīng)的運(yùn)輸工具，如箱子、袋子、泡沫盒等，以確保樣品在運(yùn)輸過程中能夠得到充分的保護(hù)。在裝載樣品時(shí)，要確保樣品不會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)、碰撞等原因而破損或污染。對于易碎或敏感的樣品，要采取特別的保護(hù)措施。在運(yùn)輸前，要對樣品進(jìn)行標(biāo)記和記錄，包括樣品名稱、編號、采集時(shí)間等信息，以便后續(xù)追蹤和管理。對于需要特殊保存條件的樣品（如冷藏或冷凍），要確保在運(yùn)輸過程中能夠保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸龋苑乐箻悠纷冑|(zhì)或損壞。待樣品到達(dá)實(shí)驗(yàn)室或指定地點(diǎn)后，要及時(shí)將樣品轉(zhuǎn)運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析。在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中要確保樣品的安全性和完整性，防止樣品破損或污染。同時(shí)，要按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行樣品交接，確保樣品的質(zhì)量可控。在轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)束后，要對轉(zhuǎn)運(yùn)過程進(jìn)行記錄和報(bào)告，包括運(yùn)輸方式、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸人員等信息，以便后續(xù)追蹤和分析。

5 典型案例介紹與分析

2019年，生態(tài)環(huán)境部會(huì)同相關(guān)部門組織開展了全國農(nóng)用地土壤污染狀況詳查。這是中國首次針對農(nóng)用地開展的全面、系統(tǒng)、深入的土壤污染狀況詳查，旨在摸清農(nóng)用地土壤污染的種類、分布及其對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

在這次詳查中，采樣監(jiān)測人員對全國31個(gè)省（區(qū)、市）的6.3萬余個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行了采樣監(jiān)測。他們采用了統(tǒng)一規(guī)范的采樣設(shè)備、標(biāo)簽、編碼等手段，確保樣品的代表性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，對于采樣過程中可能產(chǎn)生的誤差，也通過多點(diǎn)混合采樣、質(zhì)量控制等措施進(jìn)行了有效控制。

在樣品處理和保存階段，采樣人員將樣品進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶幚砗蜆?biāo)識(shí)，并采用冷藏或冷凍保存的方式，以確保樣品的質(zhì)量和安全性。同時(shí)，在樣品運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，也采取了有效的保護(hù)措施，防止樣品破損或污染。

通過這次詳查，發(fā)現(xiàn)我國農(nóng)用地土壤污染狀況總體穩(wěn)定，但仍有部分點(diǎn)位存在超標(biāo)現(xiàn)象。其中，重金屬是主要的污染物之一，如鎘、鉛等元素在部分地區(qū)存在超標(biāo)現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)也為我國農(nóng)用地土壤污染防治提供了科學(xué)依據(jù)。

6 發(fā)展趨勢與未來展望

6.1 監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步

隨著科技的不斷發(fā)展，土壤重金屬污染監(jiān)測技術(shù)也將不斷進(jìn)步。未來，將有更先進(jìn)的儀器設(shè)備和檢測方法出現(xiàn)，如高靈敏度、高分辨率的質(zhì)譜儀和光譜儀等，能夠更準(zhǔn)確地檢測土壤中的重金屬元素及其含量。同時(shí)，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的普及，土壤重金屬污染監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理和分析能力也將得到提升。

6.2 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的完善

為了更好地掌握土壤重金屬污染的分布和動(dòng)態(tài)變化情況，需要建立更加完善的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。未來，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)將覆蓋更多的地區(qū)和類型，包括城市、農(nóng)村、工業(yè)區(qū)、農(nóng)田等，實(shí)現(xiàn)對各類土地資源的全面監(jiān)測。同時(shí)，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的智能化水平也將得到提升，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理。

6.3 監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的更新

隨著人們對土壤重金屬污染的認(rèn)識(shí)不斷深入，監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)也將不斷更新。未來，監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)將更加注重土壤類型、土地利用方式等因素對土壤重金屬污染的影響，制定更加科學(xué)、細(xì)致的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

6.4 監(jiān)測結(jié)果的應(yīng)用

土壤重金屬污染監(jiān)測結(jié)果的應(yīng)用也將更加廣泛和深入。未來，監(jiān)測結(jié)果將為政府決策、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域提供更加準(zhǔn)確、全面的依據(jù)。同時(shí)，隨著公眾環(huán)保意識(shí)的提高，公眾也將更加關(guān)注和參與土壤重金屬污染的監(jiān)測和治理過程。

7 結(jié)語

基層生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的土壤樣品采集技術(shù)是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)而重要的工作。通過科學(xué)合理的采樣方法，人們可以獲取到準(zhǔn)確、可靠的土壤數(shù)據(jù)，為環(huán)境保護(hù)、生態(tài)修復(fù)和土地利用規(guī)劃等工作提供有力的支持。在未來的工作中，人們?nèi)孕枰粩鄬W(xué)習(xí)和探索，提高土壤樣品采集技術(shù)的水平，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)加強(qiáng)公眾對土壤環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，共同推動(dòng)基層生態(tài)環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的發(fā)展。