土壤污染環境監測的質量控制和評價方法

劉維雄

（中國建材檢驗認證集團廈門宏業有限公司，福建 廈門 361000）

引言

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

1 土壤污染環境監測的質量控制及評價作業分析

1.1 作業內容分析

土壤監測質量控制及評價工作內容的設計應圍繞土壤實驗分析，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果，以便采取相應措施實現質量控制。首先，從質量控制的工作內容來看，在工作過程中需要嚴格控制土壤樣品、儀器設備及實驗室分析過程的整體質量，如一些土壤環境監測實驗室通常在監測過程中嚴格控制采樣點位、采樣深度、采樣設備清潔等因素，從而獲得最具實驗代表性的土壤樣品進行質量檢測分析，實現采樣與監測全過程的質量控制[2]。其次，評價工作的內容與各項土壤監測指標有所關聯，根據《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166-2004）[3]等技術規范標準，針對土壤監測應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）、土壤理化性質指標（包括土壤地質、土壤有機質含量、土壤pH值、土壤濕潤程度）、土壤營養元素指標（包括土壤中的氮、磷、鉀等易于生物生長的營養元素含量）等，通過圍繞各項評價指標實施土壤監測的評價工作，能夠得出真實且完善的土壤狀態數據，這對于后續的土壤環境改善工作具有重要的參考作用。

1.2 作業目標分析

土壤污染環境監測的質量控制及評價工作由地區環保部門或衛生部門等負責落實，該工作以“保障土壤污染環境監測的科學性與可行性”為總目標，并需要根據土壤環境監測工作的分項內容來確定次要目標，最終才能有序實施質量控制及評價工作。以某環保技術部門開展的土壤污染環境監測工作為例：首先，為了能夠精準獲取影響地區土壤生態的主要因素，該部門將“保障采樣與質量分析準確性”作為質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量管控工作的執行。其次，應確保監測的代表性、數據分析結果的一致性、監測方法具備高靈敏度及數據結果的可比性等，作為土壤污染環境監測的質量控制及評價工作目標，并依靠完善的工作目標體系，為地方土壤環境管理工作提供科學的決策依據[4]。

2 新時期提高土壤環境監測質量控制效率的工作策略

2.1 完善采樣地區的資料數據

在監測某一地區的土壤環境時，監測部門必須提前了解并收集該地區的土壤環境資料及數據，這一類數據大致能夠反饋出影響地區土壤環境生態的主要原因，并可以作為驗證土壤環境質量情況的重要根據。以某地區生態環保部門在土壤監測工作中的做法為例：首先，為了便于對照后續的土壤采樣試驗分析結果，該部門提前對該地區的土壤類型特征、地質條件、土地資源開發使用現況、地表植物覆蓋率及覆蓋類型等數據資料進行現場采集，這些數據能夠綜合反饋出能夠用于環境監測的工作數據，包括存在污染源的可能性數據、土壤污染系數等。其次，該部門在收集土壤環境資料的同時，綜合考慮人口分布、產業情況等因素，計算得出靠近居住區域的一處近1 436 m2的位置，其土壤污染系數達到23.7%，而該位置對應的是當地居民設置的一處畜牧養殖場所。由此可見，通過完善土壤環境資料及數據信息，能夠幫助土壤污染環境監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，并保障監測工作的實施質量[5]。

2.2 明確土壤污染環境監測的工作順序

在某些地區開展的土壤污染環境監測工作中，由于缺少核心的管理工作制度及體系支持，導致監測人員無法按照標準的工作順序進行土壤采樣與監測，嚴重影響了土壤污染環境監測工作的實施效果。對此，負責管理地區環境生態的部門應當針對土壤污染環境監測工作，制定詳細的工作方針及作業體系，以此明確監測工作的具體順序。如某地區環境衛生部門針對土壤污染環境監測工作制定如表1所示的工作計劃，根據工作計劃要求實施的作業順序，該部門能夠在各個季度完善環境監測工作的監測數據，并將其作為環保戰略決策的數據依據。而從該部門打造的工作計劃來看，其最大的優勢在于能夠有效協調土壤污染環境監測中的資源配置，從而按期完成各項工序中的作業內容。

表1 土壤污染環境監測工序設計

2.3 保障土壤采樣質量

監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域的土壤污染環境狀況，從而制定相應的策略來改善土壤環境。所以，為了大幅度改善現階段土壤污染環境質量控制效果，采樣人員需優先保障采集樣品的質量，為后續的樣品分析與決策制定奠定基礎。首先，在采樣點的定位上，采樣人員需優先根據監測區域的板塊大小，來確定采樣點設置的實際密度。例如，某環境監測部門針對土壤樣品的采集過程，根據《土壤采樣技術指南》（GB/T 36197-2018）[6]的規范要求，確定采樣點的布局控制為：每3.75%土地板塊中，設置至少一個土壤采樣點，即監測區域內，每96.7 m2的區域范圍內設置一個土壤采樣點，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現該地區是否存在潛在污染源，在采樣過程中，土壤采樣深度至少應為地下300 mm，并從歷史數據中分析該地區的土壤污染指數，污染指數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量控制

為了獲得土壤樣本的狀態及情況，監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。而為了保障測定結果的精度，相關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。這種測定方法的優勢在于：通過反復測定土壤樣本，并隨著測定次數的增加來不斷加入新的土壤樣本，最終獲得的測定結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據，其結果如表2所示。在這種檢測質量控制方法的作用下，經過多次加標檢驗，最終獲取的檢測數據與先前測試的結果偏差更小，能夠更好地反饋出土壤污染環境狀況。

表2 加標至55%時的土壤樣本測定結果單位：mg/kg

3 土壤污染環境監測的評價方法

3.1 采用空白值評價法進行土壤污染環境評價

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，以獲取土壤污染監測的精細數據。參考某部門在土壤污染環境監測工作中的做法：首先，在現場采集土壤樣本的同時，該部門于采樣現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。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《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（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果作為最終結果。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、總量偏差等數據。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果進行分層計算，在保障數據離散程度合規，且評價數據合格性達標的情況下，獲得最終的精密度標準偏差結果，其計算方法如式（1）所示。最后，在精密度評估方面，檢測人員根據計算獲得的平均值及標準偏差結果，將標準偏差較小的實驗數據視為重復性較好、實驗結果可信度較高的數據，反之則表示實驗結果重復性較差。

式（1）中，σ為樣本標準偏差值；n為數據點的總數量；xi為第i個數據點；xb為數據集的平均值。

3.3 采用綜合指數評價法進行土壤污染環境評價

在了解地區土壤污染特征的情況下，土壤污染環境監測適合采用綜合指數評價法的方式，全面反映出某一項污染指標在地區土壤環境中的實際情況，并借助綜合指數評價法中的歸一化處理，評估各種污染指標的實際權重。而為了發揮出綜合指數評價法的優勢，檢測人員需關注的評價工作要點包含以下幾方面：首先，各個地區土壤的污染特征各不相同，而綜合指數評價法的使用需建立在完全了解地區土壤污染狀況的基礎上，因此，相關部門應對目標地區的某一項關鍵的污染指標進行統計分析，其中包括土壤有機質含量、pH值等。其次，檢測人員應當對土壤污染指標目標進行歸一化處理，即將該指標對應的權重值轉化為0至1之間的數值，使其與其他的土壤污染指標有統一化的量綱單位。在此之后，綜合指數評價法可以采用綜合指數計算的方式，對土壤污染指標目標進行加權求和計算，得出的綜合指數結果能夠同時反映出該污染指標的嚴峻程度、風險情況等，綜合指數計算方法如式（2）所示。最后，根據評價得出的綜合指數結果，相關部門便可將目標區域的土壤進行污染程度的劃分，再根據其污染程度來制定相應的解決對策，以此發揮土壤污染環境監測工作的指導效果。

式（2）中，I表示綜合指數結果；wi表示第i個污染指標的權重；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量。

3.4 采用準確度評價法進行土壤污染環境評價

在土壤污染環境監測工作中，準確度評價法是一種能夠根據土壤污染監測數據及真實值偏差，計算出土壤污染系數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據信息，能夠作為判斷土壤污染現況的根本依據，在土壤環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境監測中大致分為以下評價步驟：首先，相關部門需確定土壤環境污染的參考樣本，參考樣本可以選擇地區內靠近污染源的土壤樣本，以便獲取最精確的參考值數據。其次，為了評價得出最精確的土壤污染環境結果，評價過程中，需要由監測人員計算出相應的準確度指標，并根據指標的對比結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，表示土壤污染環境監測的數據與參考值之間只存在較小的偏差，且能夠作為代表整片區域土壤污染環境情況的監測數值，這對于保障土壤污染監測數據的可靠性與科學性具有重要作用。

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

4 結語

綜上，在新時期，我國應當繼續加大土壤環境管理工作的實施力度，才能降低環境的污染率、提高土壤環境質量，為土地開發利用及社會生產提供有利的資源條件。所以，在落實土壤污染環境監測工作時，相關部門應當打造完善的質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境質量控制及評價工作意識，在合理應用土壤質量控制及評價技術的基礎上，使土壤污染環境監測及改善工作保持常態化的實施進程。