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如何掌握土壤采样的准确性

发布时间:2018-10-09 15:39:17
土壤是个开放体系,在生态系统中,土壤位于水圈、大气圈、岩石圈和生物圈的核心圈。土壤圈本身是个开放体系,和四个圈层存在着物质和能量的交换。大气圈和水圈的污染物质一部分会进入土壤,造成土壤污染。根据进入途径的不同,重金属等污染物在空间分布上有着很大的差别。对于通过点源如冶炼厂的污染排放进入土壤的污染物,其以污染点为中心分布,同时,污染物的空间分布还受常年主导风向的影响显著,点源的影响范围和程度受到点源的排放量、烟囱高度、地形、气象条件的影响。
 
对于水源污染,一般呈现沿着河流两岸污染的线型分布特征,且受地形影响很大。由于土壤具有较大的吸附性能,进入稻田后,重金属在田块中非常不均匀。据日本科学家研究,一个54米长的田块中,镉、锌、铅等元素的浓度可以相差一倍,镉分别是2.02和1.04毫克/千克,铜分别是348~168毫克/千克,锌分别是101~53.1毫克/千克;且田块左右两侧数值也不尽相同。而在我国台湾地区的研究中,一个50米的田块进水口的镉浓度可以高达7.0毫克/千克,而出水口可以低到0.2毫克/千克,相差高达35倍。如果没有多点采样,容易对田块的污染状况进行误判。
  
 
在大气、水等环境要素中,唯有土壤是个最不均匀的介质。土壤是一个多相的疏松多孔体系,同时也是一个胶体体系、化学体系、生物体系,还是一个氧化还原体系。
 
所以污染物进入土壤后悔发生各种各样的物理、化学和生物学过程而重新分布。固然到达土壤表面的污染物主要分布于土壤的表面,但重金属主要是被黏土矿物部分吸附,因此其之后的分布则受到黏土矿物分布的影响。有研究测定土壤表层0-15厘米的土壤镉含量为5.0毫克/千克,但如果分离出其黏土部分,测定到的镉含量则高达18毫克/千克。由于土壤中镉主要吸附在其中的黏粒上,所以采集土样时主要是土壤质地的差异将带来显著影响。
 
因此,在耕作过程中,土壤颗粒的再分布容易造成土壤重金属的分异。有日本科学家研究表明,在进行犁耙田后,由于土壤黏粒的上浮以及随后其沉淀于土壤表层,水田表层3厘米土层的重金属含量可以比其下的土层高出一倍以上。所以采样时务必上下均匀取样,否则容易带来误差。
 
在进行重金属分析的采样过程中,除了避免采样工具和器具带入的污染外,必须确定采样方式(蛇形、对角线、梅花点等),进行多点采样(通常5点或以上)、采集混合样;单点采样则必须是上下均匀采样。而对其他有机污染物的采样,考虑到污染物的性质(挥发性、光分解等),更应该采取各种相对应的采样对策,以确保采样带来的误差降到最小。

在了解污染源、污染方式以及污染历史和现状的基础上,全面考虑土壤的类型、成土母质、地形、天然植被或农作物等情况安排采样点。采样点的布置方式如图1。如果田块不大、形状规则,可用对角线法和梅花形法;如田块形状不规则,地形有变化,或面积较大,可用棋盘式法或蛇形法。力求采样点的情况能代表主要的土壤类型及其污染程度;同时要采集未受污染的土壤作为对照。污染物在土壤中的分布,既有因距离污染源的远近而引起的水平差异,还有因时间和其他因素的不同而造成的垂直差异,因而还要根据土壤剖面层次分层采集土样。土壤剖面分层要考虑到各类土壤的发生层次,并考虑土壤不同的机械组成、结构、有机质含量等,选择最有代表性的均匀的层次部位采集土样。有时为了完整地反映污染物在剖面中的分布特点,采取连续采样法。例如表层土以每5厘米为一单元分层,心土和底土以每5或10厘米为一单元分层,进行连续采样。一般先取底层土样,再向上逐层取样。
 
采集土壤样品的时间和数量,视采集的对象和目的而定。如为测定某种农药残留量,要在当年施用这种农药前采集,或者在作物成熟时、与植物样品同时采集。由于研究目的不同,对土壤样品的采集也有不同的要求。如研究土壤物理性质,要求采取原状土样,即所采土样应保持其自然结构和水分状态。研究土壤水分和农作物产量的关系,要求在各个生长期采集深2~3米处的土壤样品。为研究土壤形态特征,要求采样层次间界线清楚,能观察到各发生层的结构、质地、新生体、地下水位等。研究土壤化学性质用的土样,只要求在特征深度处能采到足够数量(如1~2公斤)的样品,而不必保持原来的形状。



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