土壤采样点的布设原则和方法
来源/作者:中国标准物质网  日期:2015-07-30

为获取有代表性的土壤样品,土壤采样布点必须遵循随机和等量的原则。样品是由总体中随机采集的一些个体所组成,个体之间存在变异。因此样品与总体之间,既存在同质的“亲缘”关系,样品可作为总体的代表,但同时也存在着一定程度的异质性,差异愈小,样品的代表性愈好;反之亦然。为了使采集的监测样品具有好的代表性,必须避免一切主观因素,使组球总体的个体有同样的机会被选入样品,即组成样品的个体应当是随机地取自总体。另一方面,一组需要相互之间进行比较的样品应当有同样的个体组成,否则样本大的个体所组成的样品,其代表性会大于样本少的个体组成的样品。所以“随机”和“等量”是决定样品具有同等代表性的重要条件。

一、布点原则
土壤监测点位布设方法和布设数量是根据其目的和要求,并结合现场勘查结果确定该区域内土壤监测点位。同时必须遵循如下5个原则。

(一)全面性原

布设的点位要全面覆盖不同类型调查监测单元区域。

(二)代表性原则

针对不同调查监测单元区域土壤的污染状况和污染空间分布特征采用不同布点方法,布设的点位要能够代表调查监测区域内土壤环境质量状况。

(三)客观性原则

具体采样点选取应遵循“随机”和“等量”原则,避免一切主观因索,使组成总体的个体有同样的机会被选入样品,同级别样品应当有相似的等量个体组成,保证相同的代表性。

(四)可行性原则

布点应兼顾采样现场的实际情况,考虑交通、安全等方面情况:保证样品代表性最大化、最大限度节约人力和实验室资源。

(五)连续性原则

布点在满足本次调查监测要求的基础上,应兼顾以往土壤调查监测布设的点位情况,并考虑长期连续调查监测的要求。

二、布点方法

(一)简单随机

将监测单元分成网格,每个网格编上号码,决定采样点样品数后,随机抽取规定的样品数的样品,其样本号码对应的网格号,即为采样点。随机号码的获得可以利用抽签的方法。简单随机布点是一种完全不带主观限制条件的布点方法。

(二)分块随机

根据收集的资料,如果调查监测区域内的土壤有明显的凡种类型,则可将区域分成几块,每块内污染物较均匀,映间的差异较明显。将每块作为一个监测单元,在每个监测单元内再随机布点。在正确分块的前提下,分块布点的代表性比简单随机布点好,如果分块不正确,分块布点的效果可能会适得其反。

(三)系统随机

将监测区域分成面积相等的几部分(网格划分),每网格内布设一采样点,这种布点称为系统随机布点。如果区域内土壤污染物含量变化较大,系统随机布点比简单随机布点所采样品的代表性要好。布点方式示意见图3.1 。

三、点位数量

土壤监测的布点数量要满足样本容量的基本要求,即由均方差和绝对偏差、变异系数和相对偏差计算样品数是样品数的下限数值。

1.由均方差和绝对偏差计算样品数

用下列公式可计算所需的样品数:

N=t2s2 /D2

式中:N为样品数;t为选定置信水平(土壤环境监测一般选定为95%)一定自由度下的t值;s2为均方差,可从先前的其他研究或者从极差R(s2=(R/4)2)估计;D为可接受的绝对偏差。

示例:某地土壤多氯联苯(PCB)的浓度范围0-13 mg/kg,若95%置信度时平均值与真值的绝对偏差为1.5 mg/kg,s为3.25 mg/kg,初选自由度为10,查t=2.23则

N=(2.23)2 (3.25)2 /(1.5)2=23

因为23比初选的10大得多,重新选择自由度查t值计算得:

N=(2.069)2 (3.25)2/(1.5)2=20

20个土壤样品数较大,原因是其土壤PCB含量分布不均匀((0-13 mg/kg ),要降低采样的样品数,就得牺牲监测结果的置信度(如从95%降低到90%)或放宽监测结果的置信度(如从1.5 mg/kg增加到 2.0 mg/kg) 。

2.由变异系数和相对偏差计算样品数

N= t2s2/D2可变为:

N=t2Cv2/m2

式中:N为样品数;t为选定置信水平(土壤环境监测一般选定为95%)一定自由度下的t值;Cv为变异系数,%,可从先前的其他研究资料中估计;m为可接受的相对偏差,%,土壤环境监测一般限定为20%-30%。

没有历史资料的地区、土壤变异程度不太大的地区,一般Cv可取10%-30%粗略估计。实际工作中土壤布点数量还要根据调查目的、调查精度和调查区域环境状况等因素确定。一般要求每个监测单元最少设3个点。

3.区域土壤环境调查

按调查的精度不同可从2.5 km、5 km、10 km、20 km、40 km中选择网距网格布点,区域内的网格节点数即为土壤采样点数量。

四、注意事项

(1) 布点验证:点位布设不能最终确定前,可进行现场调查及预采样相结合,根据背景资料与现场考察结果,采集一定数量的样品分析测定,用于初步验证污染物空间分异性和判断土壤污染程度,为布点方式作适当的验证。

(2) 补充布点:正式采样、监测结束后,若发现布设的样点未能满足调查目的,则要增设采样点补充采样。

(3)点位布设经现场勘查,遇到下列几种情形的,应予以调整。

① 当采样区落在大面积为水面(河湖、库)区域时,应取消该区域点位;网格内部分区域为河(湖、库)区内时,应将点位平移至网格区内的最近距离的非河(湖、库)区选择备采点。②当采样区以农田土壤为主,采样点落在公路带时,在公路两侧300 m以外分别选取一个点作为备采点采样。③当采样区落在高原区,区域受人类生产活动影响较小,可适当缩减区域内监测点位,在适合采样地布设点位,使监测结果基本可代表高原区域内所有土壤环境质量。④避免在山林(草、沙)区中心地带选点。⑤坡脚、洼地等具有从属景观特征的地点不设采样点。⑥城镇、住宅、道路、沟渠、粪坑、坟墓附近等处人为干扰大,失去土壤的代表性,不宜设采样点。⑦尽量避开多种土类、多种母质母岩交错分布的地区布设采样点。

【关键词】土壤监测点位 土壤环境质量 布点方法