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自動化便攜式土壤采樣方案

自動化便攜式土壤采樣方案

土壤及相關名稱釋義

土壤 soil

連續覆被于地球陸地表面具有肥力的疏松物質,是隨著氣候、生物、母質、地形和時間因素

變化而變化的歷史自然體。

土壤環境 soil environment

地球環境由巖石圈、水圈、土壤圈、生物圈和大氣圈構成,土壤位于該系統的中心,既是

各圈層相互作用的產物,又是各圈層物質循環與能量交換的樞紐。受自然和人為作用,內在或外顯的土壤狀況稱之為土壤環境。

土壤背景 soil background

區域內很少受人類活動影響和不受或未明顯受現代工業污染與破壞的情況下,土壤原來固

有的化學組成和元素含量水平。但實際上目前已經很難找到不受人類活動和污染影響的土壤,只能去找影響盡可能少的土壤。不同自然條件下發育的不同土類或同一種土類發育于不同的母質母巖區,其土壤環境背景值也有明顯差異;就是同一地點采集的樣品,分析結果也不可能完全相同,因此土壤環境背景值是統計性的。

3.4 農田土壤 soil in farmland

用于種植各種糧食作物、蔬菜、水果、纖維和糖料作物、油料作物及農區森林、花卉、藥

材、草料等作物的農業用地土壤。

監測單元 monitoring unit

按地形—成土母質—土壤類型—環境影響劃分的監測區域范圍。

土壤采樣點 soil sampling point

監測單元內實施監測采樣的地點。

土壤剖面 soil profile

按土壤特征,將表土豎直向下的土壤平面劃分成的不同層面的取樣區域,在各層中部位多

點取樣,等量混勻。或根據研究的目的采取不同層的土壤樣品。

土壤混合樣 soil mixture sample

在農田耕作層采集若干點的等量耕作層土壤并經混合均勻后的土壤樣品,組成混合樣的分

點數要在 5~20 個。

監測類型 monitoring type

根據土壤監測目的,土壤環境監測有 4 種主要類型:區域土壤環境背景監測、農田土壤環

境質量監測、建設項目土壤環境評價監測和土壤污染事故監測。

一、采樣準備

組織準備

由具有野外調查經驗且掌握土壤采樣技術規程的專業技術人員組成采樣組,采樣前組織學

習有關技術文件,了解監測技術規范。

1、資料收集

收集包括監測區域的交通圖、土壤圖、地質圖、大比例尺地形圖等資料,供制作采樣工作

圖和標注采樣點位用。

收集包括監測區域土類、成土母質等土壤信息資料。

收集工程建設或生產過程對土壤造成影響的環境研究資料。

收集造成土壤污染事故的主要污染物的毒性、穩定性以及如何消除等資料。

收集土壤歷史資料和相應的法律(法規)。

收集監測區域工農業生產及排污、污灌、化肥農藥施用情況資料。

收集監測區域氣候資料(溫度、降水量和蒸發量)、水文資料。

收集監測區域遙感與土壤利用及其演變過程方面的資料等。

現場調查現場踏勘,將調查得到的信息進行整理和利用,豐富采樣工作圖的內容。

采樣器具準備

工具類:YKT-D505汽油動力土壤采樣器、YKT-CO4土壤采樣器以及適合特殊采樣要求的工具等。

器材類:GPS、羅盤、照相機、膠卷、卷尺、鋁盒、樣品袋、樣品箱等。

文具類:樣品標簽、采樣記錄表、鉛筆、資料夾等。

安全防護用品:工作服、工作鞋、安全帽、藥品箱等。

采樣用車輛

2、 監測項目與頻次

監測項目分常規項目、特定項目和選測項目;監測頻次與其相應。

常規項目:原則上為 GB 15618《土壤環境質量標準》中所要求控制的污染物。

特定項目:GB 15618《土壤環境質量標準》中未要求控制的污染物,但根據當地環境污染

狀況,確認在土壤中積累較多、對環境危害較大、影響范圍廣、毒性較強的污染物,或者污染事故對土壤環境造成嚴重不良影響的物質,具體項目由各地自行確定。

選測項目:一般包括新納入的在土壤中積累較少的污染物、由于環境污染導致土壤性狀發

生改變的土壤性狀指標以及生態環境指標等,由各地自行選擇測定。

土壤監測項目與監測頻次見表 4-1。監測頻次原則上按表 4-1 執行,常規項目可按當地實際適當降低監測頻次,但不可低于 5 年一次,選測項目可按當地實際適當提高監測頻次。

圖片1.png

2布點與樣品數容量

1、“隨機”和“等量”原則

樣品是由總體中隨機采集的一些個體所組成,個體之間存在變異,因此樣品與總體之間,

既存在同質的“親緣”關系,樣品可作為總體的代表,但同時也存在著一定程度的異質

差異愈小,樣品的代表性愈好;反之亦然。為了達到采集的監測樣品具有好的代表性,必須避免一切主觀因素,使組成總體的個體有同樣的機會被選入樣品,即組成樣品的個體應當是隨機地取自總體。另一方面,在一組需要相互之間進行比較的樣品應當有同樣的個體組成,否則樣本大的個體所組成的樣品,其代表性會大于樣本少的個體組成的樣品。所以“隨機”和“等量”是決定樣品具有同等代表性的重要條件。

二、 布點方法

2.1、簡單隨機

將監測單元分成網格,每個網格編上號碼,決定采樣點樣品數后,隨機抽取規定的樣品數

的樣品,其樣本號碼對應的網格號,即為采樣點。隨機數的獲得可以利用擲骰子、抽簽、查隨機數表的方法。關于隨機數骰子的使用方法可見 GB10111《利用隨機數骰子進行隨機抽樣的辦法》。簡單隨機布點是一種完全不帶主觀限制條件的布點方法。

2.2、 分塊隨機

根據收集的資料,如果監測區域內的土壤有明顯的幾種類型,則可將區域分成幾塊,每塊

內污染物較均勻,塊間的差異較明顯。將每塊作為一個監測單元,在每個監測單元內再隨機布點。在正確分塊的前提下,分塊布點的代表性比簡單隨機布點好,如果分塊不正確,分塊布點的效果可能會適得其反。

2.3 、系統隨機

將監測區域分成面積相等的幾部分(網格劃分),每網格內布設一采樣點,這種布點稱為系統隨機布點。如果區域內土壤污染物含量變化較大,系統隨機布點比簡單隨機布點所采樣品的

代表性要好。

圖片2.png

圖 5-1 布點方式示意圖

三、基礎樣品數量

3.1、由均方差和絕對偏差計算樣品數

用下列公式可計算所需的樣品數:

N=t2s2/D2

式中:N 為樣品數;

t 為選定置信水平(土壤環境監測一般選定為 95%)一定自由度下的 t 值(附錄 A);

s2 為均方差,可從先前的其它研究或者從極差 R(s2=(R/4)2)估計;

D 為可接受的絕對偏差。

示例:

某地土壤多氯聯苯(PCB)的濃度范圍 0~13mg/kg,若 95%置信度時平均值與真值的絕對偏差為 1.5 mg/kg,s

為 3.25 mg/kg,初選自由度為 10,則

N =(2.23)2(3.25)2/(1.5)2  =23

因為 23 比初選的 10 大得多,重新選擇自由度查 t 值計算得:

N =(2.069)2(3.25)2/(1.5)2  =20

20 個土壤樣品數較大,原因是其土壤 PCB 含量分布不均勻(0~13 mg/kg),要降低采樣的樣品數,就得犧牲監測結果的置信度(如從 95%降低到 90%),或放寬監測結果的置信距(如從 1.5 mg/kg 增加到 2.0 mg/kg)。 

3.2、由變異系數和相對偏差計算樣品數

N=t2s2/D2 可變為:N=t2CV2/m2式中:N 為樣品數;

t 為選定置信水平(土壤環境監測一般選定為 95%)一定自由度下的 t 值(附錄 A);

CV 為變異系數(%),可從先前的其它研究資料中估計;

m 為可接受的相對偏差(%),土壤環境監測一般限定為 20%~30% 。

沒有歷史資料的地區、土壤變異程度不太大的地區,一般 CV 可用 10%~30%粗略估計,有效磷和有效鉀變異系數 CV 可取 50%。

4、布點數量

土壤監測的布點數量要滿足樣本容量的基本要求,即上述由均方差和絕對偏差、變異系數

和相對偏差計算樣品數是樣品數的下限數值,實際工作中土壤布點數量還要根據調查目的、調查精度和調查區域環境狀況等因素確定。

一般要求每個監測單元最少設 3 個點。

區域土壤環境調查按調查的精度不同可從 2.5km、5km、10km、20km、40km 中選擇網距網格布點,區域內的網格結點數即為土壤采樣點數量。

農田采集混合樣的樣點數量見“6.2.2.2 混合樣采集”。

建設項目采樣點數量見“6.3 建設項目土壤環境評價監測采樣”。

城市土壤采樣點數量見“6.4 城市土壤采樣”。

土壤污染事故采樣點數量見“6.5 污染事故監測土壤采樣”。

四、樣品采集

樣品采集一般按三個階段進行:

前期采樣:根據背景資料與現場考察結果,采集一定數量的樣品分析測定,用于初步驗證

污染物空間分異性和判斷土壤污染程度,為制定監測方案(選擇布點方式和確定監測項目及樣品數量)提供依據,前期采樣可與現場調查同時進行。

正式采樣:按照監測方案,實施現場采樣。

補充采樣:正式采樣測試后,發現布設的樣點沒有滿足總體設計需要,則要進行增設采樣

土壤采樣器




點補充采樣。面積較小的土壤污染調查和突發性土壤污染事故調查可直接采樣。

1 區域環境背景土壤采樣

1.1、采樣單元

采樣單元的劃分,全國土壤環境背景值監測一般以土類為主,省、自治區、直轄市級的土

壤環境背景值監測以土類和成土母質母巖類型為主,省級以下或條件許可或特別工作需要的

壤環境背景值監測可劃分到亞類或土屬。

1.2、 樣品數量

各采樣單元中的樣品數量應符合“5.3 基礎樣品數量”要求。

1.3、 網格布點

網格間距 L 按下式計算:L=(A/N)1/2式中:L 為網格間距;A 為采樣單元面積;N 為采樣點數(同“5.3 樣品數量”)。

A 和 L 的量綱要相匹配,如 A 的單位是 km2 則 L 的單位就為 km。根據實際情況可適當減小網格間距,適當調整網格的起始經緯度,避開過多網格落在道路或河流上,使樣品更具代表性。

1.4、野外選點

首先采樣點的自然景觀應符合土壤環境背景值研究的要求。采樣點選在被采土壤類型特征

明顯的地方,地形相對平坦、穩定、植被良好的地點;坡腳、洼地等具有從屬景觀特征的地點不設采樣點;城鎮、住宅、道路、溝渠、糞坑、墳墓附近等處人為干擾大,失去土壤的代表性,

不宜設采樣點,采樣點離鐵路、公路至少 300m 以上;采樣點以剖面發育完整、層次較清楚、無侵入體為準,不在水土流失嚴重或表土被破壞處設采樣點;選擇不施或少施化肥、農藥的地塊作為采樣點,以使樣品點盡可能少受人為活動的影響;不在多種土類、多種母質母巖交錯分布、面積較小的邊緣地區布設采樣點。

1.5、采樣

采樣點可采表層樣或土壤剖面。一般監測采集表層土,采樣深度 0~20cm,特殊要求的監

測(土壤背景、環評、污染事故等)必要時選擇部分采樣點采集剖面樣品。剖面的規格一般

長 1.5m,寬 0.8m,深 1.2m。挖掘土壤剖面要使觀察面向陽,表土和底土分兩側放置。

一般每個剖面采集 A、B、C 三層土樣。地下水位較高時,剖面挖至地下水出露時為止;山地丘陵土層較薄時,剖面挖至風化層。

對 B 層發育不完整(不發育)的山地土壤,只采 A、C 兩層;干旱地區剖面發育不完善的土壤,

汽油動力土壤采樣器

在表層 5~20 cm、心土層 50 cm、底土層 100 cm 左右采樣。

水稻土按照 A 耕作層、P 犁底層、C 母質層(或 G 潛育層、W 潴育層)分層采樣(圖 6-1),

對 P 層太薄的剖面,只采 A、C 兩層(或 A、G 層或 A、W 層)。

圖片5.png

A 層特別深厚,沉積層不甚發育,一米內見不到母質的土類剖面,按 A 層 5~20 cm、A/B

60~90 cm、B 層 100~200 cm 采集土壤。草甸土和潮土一般在 A 層 5~20 cm、C1 層(或 B層)50 cm、C2 層 100~120 cm 處采樣。

采樣次序自下而上,先采剖面的底層樣品,再采中層樣品,最后采上層樣品。測量重金屬

的樣品盡量用竹片或竹刀去除與金屬采樣器接觸的部分土壤,再用其取樣。

剖面每層樣品采集 1kg 左右,裝入樣品袋,樣品袋一般由棉布縫制而成,如潮濕樣品可內

襯塑料袋(供無機化合物測定)或將樣品置于玻璃瓶內(供有機化合物測定)。采樣的同時,由專人填寫樣品標簽、采樣記錄;標簽一式兩份,一份放入袋中,一份系在袋口,標簽上標注采樣時間、地點、樣品編號、監測項目、采樣深度和經緯度。采樣結束,需逐項檢查采樣記錄、樣袋標簽和土壤樣品,如有缺項和錯誤,及時補齊更正。將底土和表土按原層回填到采樣坑中,

方可離開現場,并在采樣示意圖上標出采樣地點,避免下次在相同處采集剖面樣。

標簽和采樣記錄格式見表 6-1、表 6-2 和圖 6-2 。

圖片6.png

圖片7.png

圖片8.png

2:土壤質地分為砂土、壤土(砂壤土、輕壤土、中壤土、重壤土)和粘土,野外估測方法為取小塊土壤,加水潮潤,然后揉搓,搓成細條并彎成直徑為 2.5~3cm 的土環,據土環表現的性狀確定質地。

砂土:不能搓成條;

砂壤土:只能搓成短條;

輕壤土:能搓直徑為 3mm 直徑的條,但易斷裂;

中壤土:能搓成完整的細條,彎曲時容易斷裂;

重壤土:能搓成完整的細條,彎曲成圓圈時容易斷裂;

粘土:能搓成完整的細條,能彎曲成圓圈。

3:土壤濕度的野外估測,一般可分為五級:

干:土塊放在手中,無潮潤感覺;

潮:土塊放在手中,有潮潤感覺;

濕:手捏土塊,在土團上塑有手印;

重潮:手捏土塊時,在手指上留有濕印;

極潮:手捏土塊時,有水流出。

注 4:植物根系含量的估計可分為五級:無根系:在該土層中無任何根系;

少量:在該土層每 50cm2 內少于 5 根;

中量:在該土層每 50 cm2 內有 5~15 根;

多量:該土層每 50 cm2 內多于 15 根;

根密集:在該土層中根系密集交織。

注 5:石礫含量以石礫量占該土層的體積百分數估計。

2 農田土壤采樣

2.1、監測單元

土壤環境監測單元按土壤主要接納污染物途徑可劃分為:

(1)大氣污染型土壤監測單元;

(2)灌溉水污染監測單元;

(3)固體廢物堆污染型土壤監測單元;

(4)農用固體廢物污染型土壤監測單元;

(5)農用化學物質污染型土壤監測單元;

(6)綜合污染型土壤監測單元(污染物主要來自上述兩種以上途徑)。

監測單元劃分要參考土壤類型、農作物種類、耕作制度、商品生產基地、保護區類型、行

政區劃等要素的差異,同一單元的差別應盡可能地縮小。

2.2、布點

根據調查目的、調查精度和調查區域環境狀況等因素確定監測單元。部門專項農業產品生

產土壤環境監測布點按其專項監測要求進行。

大氣污染型土壤監測單元和固體廢物堆污染型土壤監測單元以污染源為中心放射狀布點,

在主導風向和地表水的徑流方向適當增加采樣點(離污染源的距離遠于其它點);灌溉水污染監測單元、農用固體廢物污染型土壤監測單元和農用化學物質污染型土壤監測單元采用均勻布點;灌溉水污染監測單元采用按水流方向帶狀布點,采樣點自納污口起由密漸疏;綜合污染型土壤監測單元布點采用綜合放射狀、均勻、帶狀布點法。

2.3、樣品采集

2.3.1、剖面樣

特定的調查研究監測需了解污染物在土壤中的垂直分布時采集土壤剖面樣,采樣方法同1.5。

2.3.2、混合樣

一般農田土壤環境監測采集耕作層土樣,種植一般農作物采 0~20cm,種植果林類農作物

采 0~60cm。為了保證樣品的代表性,減低監測費用,采取采集混合樣的方案。每個土壤單元設 3~7 個采樣區,單個采樣區可以是自然分割的一個田塊,也可以由多個田塊所構成,其范圍

200m×200m 左右為宜。每個采樣區的樣品為農田土壤混合樣。

混合樣的采集主要有四種方法:(1)對角線法:適用于污灌農田土壤,對角線分 5 等份,以等分點為采樣分點;

(2)梅花點法:適用于面積較小,地勢平坦,土壤組成和受污染程度相對比較均勻的地塊,

設分點 5 個左右;

(3)棋盤式法:適宜中等面積、地勢平坦、土壤不夠均勻的地塊,設分點 10 個左右;受污泥、垃圾等固體廢物污染的土壤,分點應在 20 個以上;

(4)蛇形法:適宜于面積較大、土壤不夠均勻且地勢不平坦的地塊,設分點 15 個左右,多用于農業污染型土壤。各分點混勻后用四分法取 1kg 土樣裝入樣品袋,多余部分棄去。樣品標簽和采樣記錄等要求同 1.5。

圖片9.png

建設項目土壤環境評價監測采樣

100 公頃占地不少于 5 個且總數不少于 5 個采樣點,其中小型建設項目設 1 個柱狀樣采樣點,大中型建設項目不少于 3 個柱狀樣采樣點,特大性建設項目或對土壤環境影響敏感的建設項目不少于 5 個柱狀樣采樣點。

3.1、非機械干擾土

如果建設工程或生產沒有翻動土層,表層土受污染的可能性最大,但不排除對中下層土壤的

影響。生產或者將要生產導致的污染物,以工藝煙霧(塵)、污水、固體廢物等形式污染周圍土壤環境,采樣點以污染源為中心放射狀布設為主,在主導風向和地表水的徑流方向適當增加采樣點(離污染源的距離遠于其它點);以水污染型為主的土壤按水流方向帶狀布點,采樣點自納污口起由密漸疏;綜合污染型土壤監測布點采用綜合放射狀、均勻、帶狀布點法。此類監測不采混合樣,混合樣雖然能降低監測費用,但損失了污染物空間分布的信息,不利于掌握工程及生產對土壤影響狀況。表層土樣采集深度 0~20cm;每個柱狀樣取樣深度都為 100cm,分取三個土樣:表層樣(0~20cm),中層樣(20~60cm),深層樣(60~100cm)。

3.2、機械干擾土

由于建設工程或生產中,土層受到翻動影響,污染物在土壤縱向分布不同于非機械干擾土。

采樣點布設同 6.3.1。各點取 1kg 裝入樣品袋,樣品標簽和采樣記錄等要求同 6.1.5。采樣總深度由實際情況而定,一般同剖面樣的采樣深度,確定采樣深度有 3 種方法可供參考。

3.2.1、隨機深度采樣

本方法適合土壤污染物水平方向變化不大的土壤監測單元,采樣深度由下列公式計算:

深度=剖面土壤總深×RN式中 RN=0~1 之間的隨機數。RN 由隨機數骰子法產生,GB10111 推薦的隨機數骰子是由均勻材料制成的正 20 面體,在 20 個面上,0~9 各數字都出現兩次,使用時根據需產生的隨機數的位數選取相應的骰子數,并規定好每種顏色的骰子各代表的位數。對于本規范用一個骰子,其出現的數字除以 10 即為 RN,當骰子出現的數為 0 時規定此時的 RN 為 1。

示例:

土壤剖面深度(H)1.2m,用一個骰子決定隨機數。

若第一次擲骰子得隨機數(n1)6,則RN1= (n1)/10=0.6采樣深度(H1)= H*RN1=1.2×0.6=0.72(m)即第一個點的采樣深度離地面 0.72m;若第二次擲骰子得隨機數(n2)3,則RN2=(n2)/10=0.3

采樣深度(H2)= H*RN2=1.2×0.3=0.36(m)即第二個點的采樣深度離地面 0.36m;

若第三次擲骰子得隨機數(n3)8,同理可得第三個點的采樣深度離地面 0.96m;

若第四次擲骰子得隨機數(n4)0,則RN4=1(規定當隨機數為 0 時 RN 取 1)

采樣深度(H4)= H*RN4=1.2×1=1.2(m)即第四個點的采樣深度離地面 1.2m;

以此類推,直至決定所有點采樣深度為止。

3.2.2、分層隨機深度采樣

本采樣方法適合絕大多數的土壤采樣,土壤縱向(深度)分成三層,每層采一樣品,每層

的采樣深度由下列公式計算:

深度=每層土壤深×RN

式中 RN=0~1 之間的隨機數,取值方法同 6.3.2.1 中的 RN 取值。

3.2.3 規定深度采樣

本采樣適合預采樣(為初步了解土壤污染隨深度的變化,制定土壤采樣方案)和揮發性有

機物的監測采樣,表層多采,中下層等間距采樣。

圖片10.png

圖 6-3 機械干擾土采樣方式示意圖

4 城市土壤采樣

城市土壤是城市生態的重要組成部分,雖然城市土壤不用于農業生產,但其環境質量對城

市生態系統影響極大。城區內大部分土壤被道路和建筑物覆蓋,只有小部分土壤栽植草木,本規范中城市土壤主要是指后者,由于其復雜性分兩層采樣,上層(0~30 cm)可能是回填土或受人為影響大的部分,另一層(30~60 cm)為人為影響相對較小部分。兩層分別取樣監測。城市土壤監測點以網距 2000 m 的網格布設為主,功能區布點為輔,每個網格設一個采樣點。

對于專項研究和調查的采樣點可適當加密。

污染事故監測土壤采樣

污染事故不可預料,接到舉報后立即組織采樣。現場調查和觀察,取證土壤被污染時間,

根據污染物及其對土壤的影響確定監測項目,尤其是污染事故的特征污染物是監測的重點。據污染物的顏色、印漬和氣味以及結合考慮地勢、風向等因素初步界定污染事故對土壤的污染范圍。

如果是固體污染物拋灑污染型,等打掃后采集表層 5 cm 土樣,采樣點數不少于 3 個。

如果是液體傾翻污染型,污染物向低洼處流動的同時向深度方向滲透并向兩側橫向方向擴

散,每個點分層采樣,事故發生點樣品點較密,采樣深度較深,離事故發生點相對遠處樣品點較疏,采樣深度較淺。采樣點不少于 5 個。

如果是爆炸污染型,以放射性同心圓方式布點,采樣點不少于 5 個,爆炸中心采分層樣,周圍采表層土(0~20 cm)。

事故土壤監測要設定 2~3 個背景對照點,各點(層)取 1kg 土樣裝入樣品袋,有腐蝕性或要測定揮發性化合物,改用廣口瓶裝樣。含易分解有機物的待測定樣品,采集后置于低溫(冰箱)中,直至運送、移交到分析室。