淺談土壤檢測項目結果計算

(廣州廣電計量檢測股份有限公司,廣州 510000)

2016年5月28日，國務院印發了《土壤污染防治行動計劃》，簡稱“土十條”，其中第一條為“開展土壤污染調查，掌握土壤環境質量狀況”。2016年12月23日，環境保護部辦公廳、國土資源部辦公廳和農業部辦公廳聯合發布《關于組織做好全國土壤污染狀況詳查實驗室篩選工作的通知》，意味著土壤污染詳查工作真正開始落實。2017年7月13日，《關于發布全國土壤污染狀況詳查質量控制實驗室和首批檢測實驗室名錄的通知》發布，接下來各入圍檢測實驗室將承擔大量土壤檢測工作[1]。

土壤水分含量是土壤檢測項目中大部分參數計算的基礎數據，是否正確理解土壤水分含量概念和選用合適分析標準，直接關系到其他參數計算的準確性，嚴重者將影響國家掌握土壤環境質量實際狀況。

1 概念

有關土壤水分含量相關的術語定義，筆者并未能在國家或行業標準、規范中查得明確的術語定義，以下概念解釋基于筆者所接觸到的標準或規范所整理[2-4]。

1.1 分析基水分

土壤樣品在105℃烘干至恒重，樣品中損失的質量占樣品烘干前質量的百分比。計算公式表示為公式(1)：

(1)

分析基水分根據用于測試時樣品狀態，可分為風干土樣分析基水分和新鮮土樣分析基水分。

1.2 干基水分

土壤樣品在105℃烘干至恒重，樣品中損失的質量占樣品烘干后質量的百分比。計算公式表示為公式(2)：

(2)

干基水分根據用于測試時樣品狀態，可分為風干土樣干基水分和新鮮土樣干基水分。

2 現行土壤檢測方法中幾類結果的計算方式

2.1 《土壤水分測定法》NY/T 52—1987(原GB 7172—87)

適用范圍：不適用于石膏性土壤和有機質20%以上的土壤。

烘干溫度：105℃±2℃。

恒重要求：烘烤規定時間后一次稱重即為“恒重”。

標準中計算公式給出了分析基(公式1)和干基的計算公式(公式2)。

2.2 《森林土壤含水量的測定》LY/T 1213—1999

適用范圍：只適用于森林土壤。

烘干溫度：105℃，沒有給出允許的溫度偏差。

恒重要求：稱樣20g時，前后兩次稱重相差不大于0.05g即為恒重。

概念指的是自然濕土，是烘干損失質量與烘干土質量比例再乘以1000，單位為g/kg。除單位換算，概念上相當于新鮮土樣干基水分。

2.3 《土壤 干物質和水分的測定 重量法》HJ 613—2011

適用范圍：適用于所有類型土壤。

烘干溫度：105±5℃。

恒重要求：以4h烘干時間間隔，兩次連續稱重前后差值不超過最終測定質量的0.1%。

此標準將“水分含量”定義為在105℃下從土壤中蒸發的水的質量占干物質質量的質量百分比。顯然這樣的定義與NY/T 52—1987的干基水分一致，但使用“水分含量”不能明顯與分析基水分區別開來。

此標準還有一個概念“干物質含量”，由定義和計算公式看可以看出干物質含量與分析基水分的關系：

干物質含量Wdm+W(分析基水分)=1

2.4 原子吸收類標準

《土壤質量 銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法》GB/T 17138—1997

《土壤質量 鎳的測定 火焰原子吸收分光光度法》GB/T 17139—1997

《土壤質量 鉛、鎘的測定 KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法》GB/T 17140—1997

《土壤質量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》GB/T 17141—1997

此類標準中，元素濃度計算公式涉及到土壤水分含量f(%)，標準中以附錄形式給出水分含量的簡單測試過程以及計算公式。該公式與分析基水分計算公式意義一致，即：

f(%)=W(分析基水分，%)。

2.5 《土壤質量 總汞、總砷、總鉛的測定 原子熒光法 第1部分 土壤中總汞的測定》GB/T 22105.1—2008

《土壤質量 總汞、總砷、總鉛的測定 原子熒光法 第2部分 土壤中總砷的測定》GB/T 22105.2—2008

《土壤 總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》HJ 491—2009

《中性土壤陽離子交換量和交換性鹽基的測定》NY/T 295—1995

此類標準中，元素濃度計算公式涉及到土壤水分含量f(%)，但標準中并未給出f(%)的測試方法或計算公式，這就需要分析人員自己判斷f(%)應該采用哪個測試方法。(NY/T 295—1995 用H表示風干土樣的含水率，意義與f相同。)

2.6 《土壤質量 氟化物的測定 離子選擇電極法》GB/T 22104—2008

此類標準，測試所用土壤樣品跟元素含量分析一樣選用風干并過100目篩的樣品。但其結果計算公式直接采用100目樣品的質量，并未對稱樣量進行水分扣除。

2.7 土壤沉積物測試

《土壤 氰化物和總氰化物的測定 分光光度法》HJ 745—2015

《土壤和沉積物 多環芳烴的測定 氣相色譜-質譜法》HJ 805—2016

《土壤和沉積物 酚類化合物的測定 氣相色譜法》HJ 703—2014

《土壤和沉積物 多氯聯苯的測定 氣相色譜-質譜法》HJ 743—2015

此類標準使用新鮮土壤進行測試，同時對新鮮土壤采用HJ 613—2011進行干物質含量分析，計算結果時使用干物質含量(Wdm)對稱樣量進行水分扣除。

2.8 《森林土壤有機質的測定及碳氮比的計算》LY/T 1237—1999

此類標準所用土壤樣品跟元素含量分析一樣選用風干并過100目篩的樣品，計算結果時使用K2(將風干土換算到烘干的水分換算系數)對稱樣量進行水分扣除。不難理解：

干物質含量Wdm=K2

2.9 《固體廢物 22種金屬元素的測定 電感耦合等離子體發射光譜法》HJ 781—2016

《固體廢物 金屬元素的測定 電感耦合等離子體質譜法》HJ 766—2015

全國土壤污染狀況詳查項目中《詳查計劃檢測項目和采用的分析方法一覽表》推薦金屬元素的分析標準參考HJ 766—2015和HJ 781—2016，這兩個標準中有 “固態和可干化的半固態固體廢物”的元素含量測試方法，土壤樣品我們可以作為“固態固體廢物”來對待參考著兩個標準分析。但是這兩個標準計算的是采集狀態時的金屬含量，與土壤標準換算到干土中的含量不一致。

2.10 《土壤和沉積物 揮發性有機物的測定 頂空或氣相色譜-質譜法》HJ 642—2013

此類標準使用新鮮土壤進行測試，計算結果時使用含水率w對稱樣量進行水分扣除。標準正文指出含水率w按HJ 613執行。由前文可知HJ 613所測水分為干基水分，并不適合用來扣除稱樣的水分。

2.11 《土壤和沉積物 揮發性有機物的測定 吹掃捕集/氣相色譜-質譜法》HJ 605—2011

此類標準使用新鮮土壤進行測試，計算結果時使用含水率w對稱樣量進行水分扣除。標準正文指出含水率的測定方法，類似于(2.4)的情況，不同的是使用新鮮土測試。

3 統一土壤分析中檢測項目的結果計算方法

3.1 現狀分析

日常的土壤分析任務是同時檢測多個項目的，第2節提到的檢測項目及標準均為全國土壤污染狀況詳查計劃中的要求。如果完全按照各個標準獨立執行，會存在三個突出的問題：

(1) 各標準計算待測物質的基準不完全一致。有的以烘干重量為基準(如2.4，2.7，2.8，2.11)；有的以風干重量為基準(如2.6)；有的以新鮮土為基準(如2.9)；有的甚至理解不到用哪個基準(如2.5，2.10)。

(2)烘干土壤的質量(m烘)不會隨時間推移而改變，一定稱樣量的待測樣品(無論新鮮土還是風干土)所含待測物質的絕對質量(mx)也是不變的。因此以烘干土質量計算的待測物質的含量(wx= mx/ m烘)是不變的。而新鮮土的質量(m鮮)和風干土的質量(m風)隨著保存環境條件的變化或時間的延長，會因揮發水分或受潮而變化，并且不同實驗室間環境條件不盡相同，風干程度也無法保證一致，使用這兩個質量計算出的待測物質含量是有差別的、是變化的，可比性不強。

(3)即使均以烘干重量為基準，各個標準中將稱樣量轉化成烘干重量的方式卻并不相同。有的用(1- f風干土的分析基水分)修正；有的用乘以新鮮土干物質含量Wdm修正；有的用乘以將風干土換算到烘干的水分換算系數K2修正；有的用乘以新鮮土的含水率w修正。這里最主要的問題就是水分分析和干物質含量的分析標準不一致，記錄不能統一共用。嚴格按照各標準要求，就會產生重復的類似的分析步驟和記錄。

3.2 統一計算方法

確定了以烘干土壤為基準計算各檢測項目含量，需要對各分析標準的計算方法進行統一整理，才能體現檢測結果的準確性和可比性。筆者認為統一使用HJ 613—2011 中的干物質含量Wdm對稱樣質量進行修正最為合理。計算公式參照公式(3)

(3)

式中：w：土壤中待測物質的含量，mg/kg；

ρ：待測試樣中待測物質的濃度，mg/L；

ρ0：空白試樣中待測物質的濃度，mg/L；

V：定容體積，mL；

m：樣品的稱樣量，g；

Wdm：土壤樣品干物質的含量，%。

測定結果小數位與方法檢出限保持一致，最多保留三位有效數字。

本方法優勢：

(1) HJ 613—2011 適用于所有類型土壤；

(2) “干物質含量”概念比“水分”概念更明確，不會產生分析基和干基的差異理解；

(3) HJ 613—2011的“恒重”要求為嚴格的恒重條件。NY/T 52—1987 只是規定烘干時間，一次稱重即為恒重，未能真實體現恒重意義；

(4) 使用Wdm比使用(1-f)看起來更簡潔；

(5) 在實際工作中，特別是批量土壤并檢測多個項目時，按HJ 613—2011分別測定新鮮土/風干土的干物質含量，僅產生兩套數據記錄，就能覆蓋輔助其他檢測項目的結果結算。(新鮮土的干物質含量適用于采用新鮮土直接進行測試的項目，如2.7，2.10，2.11；風干土的干物質含量適用于采用風干土進行測試的項目，如2.4，2.5，2.6，2.8，2.9)。

4 結論

采用本方法的計算公式，統一土壤檢測項目結果計算方法，可以更好地體現檢測結果的可比性，結果更準確；消除各檢測項目分析過程中土壤水分計算的差異；簡化實驗過程，大大提高批量、多項目檢測任務的效率。是一種土壤分析中更合理的結果計算方法。