土壤测试计量及其环境监测研究综述

王淑红

（山东省潍坊生态环境监测中心，山东 潍坊 261000）

土壤是构成生态环境的基本要素之一，是人类赖以生存的基础条件。但是随着工农业的发展、人口的快速增长、城市的扩张，以及人们无节制开发、索取各种自然资源，最终造成严重的土壤污染，阻碍了生态环境的可持续发展。土壤测试计量是利用科学的检测手段对土壤成分进行全面检测，分析并确定土壤中污染成分，为制定科学的防治对策提供数据资料。

1 土壤环境污染的主要来源

土壤具有开放性的特点，时刻受到其他环境的影响，不断完善物质交换与能量交换，因此也决定了土壤环境污染来源非常广泛，总体上可以分为两个大类：工业污染和农业污染。

1.1 工业污染

随着我国工业化进程的逐步加快，工业生产过程中产生大量废水、废气、固体废弃物，在以前粗放管理模式下存在严重的乱排乱放问题，各种污染物直接排放到自然环境中，对土壤环境造成严重的破坏。重金属污染主要来自工业生产，当沉积到土壤环境中后具有非常顽固的特点，很难进行有效治理。常见重金属元素主要有铜、锌、铅、镉、砷、铬、镍和汞等，这些重金属长期在土壤中累积，通过水源、植物进入到人们的食物链中，就会引起各种疾病，威胁到人们的健康安全。比如有些化工企业在生产过程中会排放大量含汞废水，当进入土壤后会以无机汞盐、金属汞或汞离子的状态存在，危害非常大；部分企业在生产过程中产生大量含氮、磷元素的废水，会造成土壤板结、酸化；还有些矿产企业、热电厂，会产生较多放射性物质，当进入土壤环境后会被快速吸附，在土壤中累积时间较长，严重影响到土壤的生态环境。

1.2 农业污染

长期以来，我国农业生产处在较为严重的粗放式管理模式下，为了提高农作物产量、应对病虫害，往往会使用大量化肥、农药。肥料与农药中多余的氮磷钾元素会进入土壤环境中，达到一定程度就会出土壤退化、保水能力差等问题，不仅影响到农作物的生长，也是对土壤环境的一种破坏。土壤中的污染物质还会随着地下径流或在风力作用下快速转移，导致土壤污染面积扩大。在农业生产中过量使用化肥会引起土壤硝酸盐含量上升，牲畜中毒死亡。农药的过量使用，其有毒成分也会在土壤中长期存留，在农作物吸收后进入食物链，引发食品安全问题。

2 土壤测试计量工作的开展

为确定土壤污染程度及污染物的来源，需要通过技术手段进行勘察采样，完成土壤检测分析，为做好土壤环境监测工作提供详实的资料[1]。

2.1 土壤采样

2.1.1 采样前的准备工作

采样工作必须由专业的技术人员完成，熟悉监测技术规范。采样前应对土壤现场进行实际勘察，收集相关的资料，包括监测区域内的各种地图、水文地质资料、遥感影像资料、工农业生产排污资料、建设项目资料、土壤污染事故资料等等。采样前准备好所需器具，包括GPS、数码相机、采样专用工具等等。

2.1.2 采样点的布设

采样环境的不同采样点的布设也不一样，各环境下采样点的布设按表1标准进行：

表1 不同土壤环境采样点布设标准

2.1.3 采样方法

根据采样需求可分为混合样、剖面样、单独样、分层样四种。

混合样最为普遍，多采用四分法取样：清除土壤表层杂物，用铁铲挖出20 cm深土方，用铁铲清除土方上面、侧面与铁铲接触的表层土，用铁铲将土方平铲出，倒放在准备好的牛皮纸上，然后再清除刚刚与铁铲接触部位表层土。将土方拍碎并混合均匀后摊平成四方形，按照对角线划分为四份，取对角两份再摊平成四方形，再按照对角线划分为四份，再对角两份，直到达到需要采样的数量即可。

对于目前汉语依存的发展，研究要结合汉语自身的特点。就目前而言，统计方法已成为主流技术，尽管英语方面出现许多较为成熟的统计模型，可以为汉语分析所借鉴，但汉语的语言特点使得研究人员在借鉴其优点的同时，还应该结合汉语特点进行特殊处理，比如汉语中特殊语法结构（排比句、叠词等）的处理。利用语法、语义等方面知识构建联合模型来提高依存分析的正确率，构建的词义、词性标注和依存分析的联合模型。联合模型开辟了一种新的思路，可以成为我们研究的一种方向。

剖面样通常用于需要了解污染物在土壤中垂直分布的情况。剖面的长、宽、深基本控制在1.5 m、0.8 m、1.2 m。挖掘出土壤剖面要面向阳光，表土与底土分放两侧。如果地下水位较高，则剖面应挖至地下水露出，如果是山地丘陵地貌，应挖至风化层。

单独样通常用于大气沉降污染、固体物污染等类型的土壤监测，还可用于挥发性与半挥发性污染物的测定。采样时以污染地块为中心布置采样点，首先清除表面杂物，当使用铁铲采样时需要挖出25 cm×25 cm，深度在0～20 cm的土方，如果污染物具有挥发性，则需要将样品直接采集到带聚四氟乙烯衬垫的棕色磨口玻璃瓶中，或者是带有密封垫的螺口玻璃瓶中，装满为止。其他样品则采集到密实袋中。

分层采样多适用于耕作土壤，一般分为耕作层、犁底层、潴育层、潜育层、母质层，按照自下而上的顺序采样，在挖出剖面层后先采集底层样品，然后是中层样品，最后是上层样品，防止在上次采样过程中污染下层土壤。需要测定重金属的样品应清除与金属采样器接触部位土壤。

2.1.4 样品运输

在完成采样后要保证样品安全，运输过程中防止出现混淆、沾污、损失等情况，安排专人负责将样品运送到实验室。在样品转接过程中双方需要登记签字确认，记录由双方各存留一份，以备查验。

2.2 土壤检测技术

土壤成分复杂，通过土壤检测技术测定土壤环境中各质量因素的代表值，确定土壤环境的质量，为做好土壤环境质量监测提供专业数据。

2.2.1 电位分析法

采用电位法可以测定土壤的pH值。以通用pH值玻璃电极作为指示电极，以甘汞电极作为参照。将两个电极插入制备好的土壤悬液中，构建起电池反应条件，两个电极之间形成电位差。甘汞电极的电位是固定的，根据两电极之间电位差数值确定土壤悬液中H+离子的活度或负对数pH大小。使用电位计测量土壤悬液电动势，通过计算公式计pH值，通常使用酸度计可以直接读取pH值。测定多个试样时需要用蒸馏水清洗电极，并使用滤纸将电极上的水吸干。测定pH值的土壤悬液应固定土与水的比例，一般土水比为1∶1时测定酸性土和碱性土的pH值比较准确。

使用火焰原子吸收法可以测定土壤试样中的铜、锌、铅、镉、镍等重金属[2]。其原理是将待测元素利用火焰原子化装置转变为原子蒸气，根据吸收分光光度的不同确定不同元素的含量。使用该方法时常用的火焰有空气-乙炔、氧化亚氮-乙炔、空气-氢气、空气-丙烷等。该方法操作简便，不需要富集、萃取等工艺，通过一次检测就可以完成对铅、镉等重金属的测定，在较多土样检测中较为适用，测定结果准确性也非常高。有学者经过实验室测试，使用火焰原子吸收法对土壤中重金属含量进行检测，其结果与使用国家标准分析法测定的结果相符，因此该方法可以直接应用于土壤重金属测定，且方便快捷、精确度较高[3]。

2.2.3 气相色谱法

关于土壤中有机氯农药残留，目前相关的研究并不是很多，在一些相关的研究成果中对于土壤中有机氯的检测方法基本相同。目前常用的检测方法主要有高效液相色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、生物传感器技术等。由于多数农药残留成分都具有气化的特征，因此在农药残留定量分析中常使用气相色谱法进行。在进行气相色谱定量分析中，通常使用选择性检测器，比如火焰光度检测器、电子捕获检测器和氢火焰离子化检测器。气相色谱法的基本原理是，使用癸二酸二壬酯内标溶液溶解土壤样品中的有机氯农药残留，通过不锈钢柱和氢火焰离子化检测器完成有机氯农药残留的分离，然后再内标法确定检测结果，从而获得土壤中有机氯农药残留的含量[4]。

2.2.4 高效液相色谱法

高效液相色谱法利用了高压输液系统，使用液体流动相，在高压状态下快速通过色谱柱，具有高速、高效、高灵敏度的优势，应用范围非常广泛，目前超过70%的有机化合物都可以利用该方法进行分析，属于一种全新的、高效的分离技术。运用高效液相色谱技术可快速完成土壤成分的检测，结果准确性非常高，可以对土壤中农药残留进行有针对性的检测，完成对土壤情况的分析。高效液相色谱检测中使用到的色谱柱可反复使用，样品可回收，但缺点也比较明显，易产生“柱外效应”，引起色谱峰的加宽，影响到检测效果。高效液相色谱法可与气相色谱法配合使用，互为补充。

2.2.5 近红外光谱法

土壤所含成分复杂，有机物中以烷烃、芳香族、含氮和含氧物质为主，而农田土壤的肥力也主要来自这些有机物质，利用近红外光谱检测技术可以有效分析其中所含的成分，了解土壤环境质量。近红外光是波长介于780～2 526 nm的非可见光区，通过扫描土壤样品的近红外光谱，可获取土壤中有机分子含氧基团的相关信息，确定土壤有机物含量。近红外光谱法具有方便、快速、高效、准确的特点，光谱信号易获取具图谱稳定，检测过程中不会对样品造成破坏，不会污染环境，具有非常广阔的应用前景。

3 我国土壤环境监测现状

我国对于土壤环境质量越来越重视，农业、生态等相关部门都开展了不同程度的土壤调查工作，为保证土壤环境高质量发展，都制定了不同发展领域的国家标准与行业标准。自“十二五”以来，我国土壤环境监测工作日益受到重视，将工农业生产污染作为土壤环境监测的重点，监测区域主要包括农业生产用地、饮用水源地、重污染企业等，5年为一个监测周期，对于土壤污染高风险区域、重要敏感区域采取跟踪监测的办法。

3.1 农业土壤环境质量监测现状

针对农业用地开展土壤监测工作，是为保障农产品质量与安全，对污染农业区和主要农业经济区的土壤和农作物进行监测，了解土壤中污染物残留的实际状况，分析污染物对农业造成的影响，确定农产品的质量安全。监测区域内的耕地、林草地等，通过测试计量确定土壤中污染物的含量、分布以及空间上的变化，测定土壤中六六六、滴滴涕、多环芳烃等药物残留；测试农业用地土壤的肥力、盐度、含水量；对本地的气候及气相信息进行监测，掌握温度、湿度的变化，盐度、液位等灌溉信息的变化；检测土壤中重金属、农药残留的污染物含量，评价对农业生产的影响；按照8 km×8 km划定监测网格，采用网格布点法确定监测位置，定点跟踪土壤环境质量变化与肥力变化情况，为科学评估轮作休耕提供参考。

3.2 工业土壤环境质量监测现状

针对工业生产企业深入开展土壤环境污染专项调查工作。对监测区域内的重污染行业、污染企业进行全面排查，对于生产过程中已经影响水土环境或可能影响水土环境的企业纳入重点关注企业名录，重污染企业主要包括化工、矿产、冶炼与加工、发电、电镀、电池、电子、纺织印染、皮革化纤等等，之后通过企业名录逐一做好污染物处理与排放调查工作。调查工作一般分为初步调查、详细调查与风险评估等几个阶段，明确污染企业生产场地的安全性，针对存在的污染问题提出有效地治理措施。严格按照土壤环境质量监测的要求做好土壤环境测试计量工作，测试项目主要包括土壤的pH值检测、土壤中重金属物质及含量测定，以及其他可能产生的污染物[5]。

4 土壤环境监测建议

近些年，我国自然资源管理部门针对土壤环境质量开展的监测工作主要涉及土壤化学组成，土壤中元素含量的变化趋势等。笔者认为，要想做好土壤环境质量监测工作，现场调查应与测试计量工作结合起来，对土壤的地质条件、污染源的特征进行综合性分析与评估，为土壤环境保护与治理提供有价值的参考。一是做好土壤背景资料更新。随着时代变迁与工农业发展，土壤用地信息均发生了很大变化，各地职能部门应利用现有调查监测数据适时更新土壤背景资料，为合理用地、保护环境提供数据支持。二是完善监测标准体系。土壤成分复杂，任何污染物质进行土壤后都会引起相应的变化，影响生物生长，破坏自然平衡，因此土壤监测应结合检测数据以及各行业的需求不断完善监测标准体系，尽量做到全面监测，维护土壤环境质量。

5 结语

综上所述，随着我国工农业的发展土壤环境监测与保护工作越来越重要。目前我国针对土壤环境质量监测的相关研究明显不足，在标准的制定、系统研究方面还有很长的路需要走。为了更好地开展土壤环境监测工作，本文首先分析土壤环境污染的主要来源，阐述了土壤测试计量工作的开展，结合我国土壤环境监测现状提出建议，为下一步开展土壤环境监测工作提供参考。