污染场地损害调查中土壤布点方法的探讨

张萧汉

(沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110168)

引言

近年来，随着我国大量工业企业响应产业结构调整政策，关停原厂址并搬迁，产生了大量高污染风险的污染场地。这些污染场地不仅造成土壤资源的浪费，妨碍城市化建设和社会经济发展，还严重威胁当地居民和周边人群的身体健康，对当地生态环境建设与恢复造成了严重的经济损失。

土壤调查是获取土壤环境状况与污染空间分布信息的重要手段，在土壤污染调查采样工作中，密集的布设采样点虽然可以详细地反映研究区污染情况，但需要耗费大量的成本消耗大量的时间；稀疏的布设采样点尽管可以节省调查费用，但往往容易丢失重要的污染信息，增加土壤污染调查结果的不确定性。郝易成等通过研究发现，并非加密点数量越多越能提高污染范围的估计精度，相反加密布点数的增加在某些时候反而会降低采样效率。赵业婷等发现在采样点布设方法的研究中，使样点尽可能具有代表性比盲目增加采样数目对采样效率的提升更为重要，因此采样点位布设是土壤调查的众多环节中最关键的步骤[1-4]。土壤采样点布设方法的研究是在研究区内确定一定数目具有全局代表性的采样点的最佳位置，使其能准确高效地获得研究区土壤污染信息并尽可能地降低采样点布设成本，提升调查采样的精度。

1 土壤布点原则

土壤调查布点原则是一般地表土壤调查中，采样位点要选择的原则。其是指以地类、土质、土壤类别等为依据，结合植被、地表构造、水文条件等现象，根据需要而确定的调查点的位置及设置的数量。通常，采样点位的布设需遵循以下原则。

1.1 不同土壤类型都要布点

采样时应依照不同的土壤种类，运用现场X射线荧光快速检测仪(XRF)等快速设备的检测结果，尽量取得污染最严重的样品，确保采集的土壤样品最具代表性。

1.2 布点密度要有针对性

污染地区布点要密些，在土壤污染监测中要优先布置在污染严重、影响农业生产活动的地方。如，在由污水或被污染的河水引起的农田土壤调查中，采样点位的布设应按水流方向带状布点，采样点位的设定应该按照污染迁移方向由密渐疏。在大气污染物、固体废物污染引起的土壤调查中，布点应当以污染源为中心，参照风向和地表水的径流方向这类影响污染物迁移的因素来确定。

1.3 合理划分采样模块

在土壤调查工作中污染场地的面积往往较大，需要划分成若干个采样模块，同时在未受污染源影响，较为清洁的区域选择对照模块，同一类别模块间的差别要尽量减少，要在非污染区的同类土壤中布设一个或几个对照采样点。

1.4 布点注意事项

采样地点不应位于田边、沟底、路旁、肥堆旁，或水土流失严重和地表土壤遭到污染的区域。取样前应先除去地表的枯枝落叶，有植被覆盖的地点应先去掉植被及其根部。取样时要清除砾石等杂物。要注意定期清理取样设备，防止交叉污染，影响检测结果。

2 布点方法及其特征

我国《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ 25.1)[5]中提出，常见的布设方法主要有4种：系统随机布点法、专业判断布点法、分区布点法、系统布点法(网格布点法)。在国家导则《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ 25.1-2019)和《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》(HJ 25.2-2019)[6]中对建设用地土壤污染调查采样点布设方法均给出了指导性的意见，其中，《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》(HJ 25.2-2019)中提到了常见的2种布点方法：对可识别使用功能区的地块，应选择工作单元中央或单元内有明显污染的部位进行布点；对于污染情况均匀和地貌严重破坏的地块难以识别具体污染位置的，可采用系统随机布点法。

在实际场地的土壤采样调查过程中，由于场地污染的复杂程度情况与地形地貌的不同，因此采取不同的样点布设方法。在调查区域内的污染分布不均与污染类型复杂的情况下，为摸清整个调查场地的污染情况，排查存在的污染风险，优先采用系统布点法或网格布点法；在已知调查区域内的重点污染源种类与分布区域，则可联合采用专业判断布点法与分区布点法2种样点布设方法对可能存在严重污染的地块重点布设样点。本文将土壤调查中的采样点布设方法归纳为经典采样布点法、空间形态布点法、地统计学布点法3大类。

2.1 经典采样布点法

在不具备研究区先验知识的情况下，需通过实地采样来获取样点，此时采样方法的选择依赖于经典采样法，经典的采样方法使用普遍，但往往布设的样点较多，一般应用于初步调查采样和场地污染信息缺乏的全面采样。

2.1.1 随机布点法

随机采样法是从研究区域中对各个采样单元都赋予同等概率被选取的采样方法，在场地区域污染程度较为均匀的条件下，可将场地区域均匀分为若干地块，并在各区域内随机布设采样地点，其过程具有随机性，可以避免主观影响，具有最小的采样方差。该方法采用的布点方式较为简单，随机性强，但不能用在污染较为复杂的土壤调查中，布点结果不一定具有代表性，因为随机抽样其特性使得采样点分布并不均匀，甚至会出现局部集中和局部空缺的情况。

2.1.2 网格布点法

场地分为面积相等的若干地块，每个地块布设1个样点，精度受网格大小影响，网格越小精度越高，适用范围广，特别是场地原始状况严重破坏，土壤污染分布不明确情况。目前，该方法仍然是实际应用中最为普遍的方法。

2.1.3 分区布点法

场地分为相对均匀的区域，如生产区、办公区、生活区，根据场地面积及污染特征确定布点，反映场地潜在污染区域，区块划分对结果有较大影响。该方法适用于场地各地块功能分区明显，土壤原始状况保持良好，污染分布不均匀的污染场地。该方法精度高、误差小、代表性较强，但需要较为丰富的先验知识做支撑。

2.2 空间形态布点法

在特定类型的土壤区域调查研究中，因其污染区域面积大小、地势地形条件不同，导致污染物分布的均匀程度不同，亦或是按照一定规律的路径进行迁移转化。此时，可以参考研究区先验知识在特定的位置进行布点，以获得更好的布点效率。

2.2.1 对角线布点法

适用于面积较小、地势平坦的污水灌溉或污染河水灌溉的田块。一般采样点不少于5个。通常沿进水方向至出水方向引一条斜线，根据田块的面积以及区域特征，布设出可将对角线等分的若干采样点。

图1 对角线布点法示意图

2.2.2 梅花形布点法

适用于面积较小、地势平坦、土壤污染程度较均匀的地块。通常以地块的两对角线相交位置为中心点，一围绕该点般布设5～10个采样点。

图2 梅花形布点法示意图

2.2.3 棋盘式布点法

适用于中等面积、地势平坦、地形完整开阔，但土壤污染程度较不均匀的地块，可用于受固体废物污染的土壤调查。该方法与前文中提到的网格布点法类似，布点精度受棋盘网格的密度影响，根据地块面积和场地实际情况均匀布设20个以上采样点。

图3 棋盘式布点法示意图

2.2.4 蛇形布点法

又称“S”形布点法，适用于面积较大、地势不平坦、土壤污染程度不够均匀的地块。

图4 蛇形布点法示意图

李梅等[7]在研究GIS支持的探索豫东地区土壤野外采样布点方法时认为，在环境因素简单的监测区常采用网格法进行布点，该方法具有样点分布比较均匀，更稳健地反映研究区土壤性质及方差特征，相对快速及易于用计算机软件进行处理的优点。雷敏等[8]对农田土壤镉污染的采样布点方法进行研究，在比较对角线法、梅花形采样和网格布点法的总体均值时发现，农田土壤镉含量与分布是否均匀、污染来源多样都未知的情况下，选择网格随机法更可靠。

2.3 地统计学布点法

近年来，地统计学的方法广泛应用于土壤污染调查采样布点的研究中，地统计学法基于土壤污染的空间自相关性，运用空间插值或条件模拟的方法，预测土壤污染空间分布，优化点位布局，提高布点效率。地统计学中的指示克里格法可以对非正态分布的研究数据进行污染概率预测，通过转换函数对数据进行二值转换，减少极值对数据空间分布以及半方差函数拟合的影响，然后插值得出土壤污染含量超过阈值的污染概率空间分布图。在此基础上可以确定可信度较高的土壤重金属污染和未污染区域，为土壤重金属污染调查采样点布设位置的确定提供参考和依据。

吴春发[9]利用指示克里格法，预测分析了研究区土壤中各种重金属的污染概率空间分布情况，并划分了不同土壤重金属污染空间范围；谢云峰等[10]利用指示克里格条件模拟方法预测土壤中Cu、Pb含量的空间分布，在多次模拟结果的基础上估算重金属元素的污染概率，基于概率阈值确定污染区范围。目前基于地统计学的合理采样布点数目研究具有诸多优势，可以有效减少采样数量得出相应的合理采样数，但在应用上也存在着一定程度的不足，如合理采样数的确定需要有大量先验数据作为数据支撑，并且依赖于大量采样后所得的变异函数，但在实际土壤调查采样工作中，并不能提前获得大量的样本数据求取变异系数，因此在实际采样布点工作中存在一定的局限性，不适用于初步调查采样和缺少场地污染信息的全面采样[11-13]。

3 结语

针对土壤重金属污染损害的复杂性、不可预测性和动态变化性，开展快速、经济、准确的土壤污染调查采样布点工作，高效掌握场地重金属污染状况是现阶段的研究目标。应充分考虑场地土壤内重金属的空间变异和空间分布差异性，结合地统计学布点法制定高效、准确和经济适用性为一体的土壤精准采样布点优化方案，提高场地环境调查工作效率。