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2.5 土壤样品的采集
2.5.1 采样准备
按照监测方案,编制详细的采样计划,包括任务部署、人员分工、时间安排、样品种类、采样量和份数、样品交接方式和地点、注意事项等。
采样准备主要包括组织准备、技术准备和物资准备。
野外采样必须组建采样小组:①采样小组至少由2名成员组成,包括1名组长和1名技术骨干,要求参加过国家或省级组织的样品采集流转制备保存等技术培训;②采样小组组长由作风严谨、工作认真和具有野外采样工作经验的专业技术人员担任,组长为采样过程质量控制责任人和现场采样记录审核人;③采样小组成员应具有土壤调查相关基础知识,掌握土壤样品采集、流转相关技术要求;④采样小组内部要分工明确、责任到人、保障有力。
为使采样工作能顺利进行,采样前应进行以下技术准备:①明确调查范围和采样任务,掌握布点原则和点位分布图件,包括行政区划边界、样点位置等信息;②获取交通图、土壤类型图、1∶50000地形图;③了解采样点所在地区土壤类型、农用地灌溉情况、施用农药化肥时期、农作物种植种类以及周边污染源分布等基本情况;④全球定位系统设备(GPS)校准、手持终端和便携式蓝牙打印机调试。
土壤样品采集用物资分为:工具类、器具类、文具类、表格与标签、防护用品和运输工具等(表2-5)。
表2-5 土壤样品采集的物资清单(引自中国环境监测总站,2017)
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2.5.2 土壤样品的采集方法
2.5.2.1 采样点的确认
根据监测方案找到目标采样点经纬度位置,仔细观察周边环境,判断其是否符合布点原则和土壤采样的基本要求,并在允许范围内优选采样点,记录实际采样点位坐标(多点混合采样坐标以中心采样点为准)。不能在不具代表性的陡坡地、湿地、低洼积水池以及人为干扰大的住宅、道路、沟渠、粪坑、坟墓附件等地设置采样点。
2.5.2.2 采样方法
土壤采样深度根据调查和监测的目的而定。①如果一般了解土壤重金属污染状况,采集0~15cm或0~20cm(或耕作层)土壤,种植果林类农作物采集0~60cm。②如果需要了解土壤重金属污染对农作物的影响,采集深度通常在耕层地表以下15~30cm,对于根深的作物,也可采集50cm深度处的土壤样品。③如果需要了解重金属在土壤中的垂直分布,需要挖掘土壤剖面,沿土壤剖面层次分层取样。
(1)表层土壤采样
表层土壤可以采集单独土壤样品,也可以采集混合土壤样品。现场确定计划采样点位后,以确定点位为中心划定采样区,一般为20m×20m;当地形地貌及土壤利用方式复杂,样点代表性差时,可视具体情况扩大至100m×100m。以确定点位为中心,可以采用对角线法(适用于污灌农田土壤,对角线分5等份,以等分点为采样分点)、梅花点法(适用于面积较小、地势平坦、土壤组成和受污染程度相对比较均匀的地块,设分点5个左右)、棋盘式法(适宜中等面积、地势平坦、土壤不够均匀的地块,设分点10个左右;受污泥、垃圾等固体废物污染的土壤,分点应在20个以上)和蛇形法(适宜于面积较大、土壤不够均匀且地势不平坦的地块,设分点15个左右,多用于农业污染型土壤)采集混合土壤样品(图2-2)。
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图2-2 土壤混合样的采集方法示意图
一个混合土样以取土1kg左右为宜,如果样品数量太多,可用四分法(图2-3)将多余的土壤弃去。方法是将采集的土壤样品放在盘子里或塑料布上,弄碎、混匀,铺成四方形,画对角线将土样分成四份,把对角的两份分别合并成一份,保留一份,弃去一份。如果所得的样品依然很多,可再用四分法处理,直至所需数量为止。
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图2-3 四分法取样步骤图
需要采集密码平行样的样点,采样总量不少于2.5kg。当土壤中砂石、草根等杂质较多或含水量较高时,可视情况增加样品采样量。
(2)剖面土壤采样
土壤剖面指从地面垂直向下的土壤纵剖面,也就是完整的垂直土层序列,是土壤成土过程中物质发生淋溶、淀积、迁移和转化形成的。不同类型的土壤,具有不同形态的土壤剖面。土壤剖面可以表示土壤的外部特征,包括土壤的若干发生层次、颜色、质地、结构、新生体等。典型的自然土壤剖面分为O层、A层、B层、C层和R层(图2-4)。
采集剖面土壤样品时,在能代表研究对象的采样点挖掘1m×1.5m左右的长方形土壤剖面坑,较窄的一面向阳作为剖面观察面(图2-4)。挖出的土应放在土坑两侧,而不放在观察面的上方。土坑的深度根据具体情况确定,一般要求达到母质层或地下水位。根据剖面的土壤颜色、结构、质地、松紧度、湿度及植物根系分布等,划分土层,按计划项目逐项进行仔细观察、描述记载,然后自下而上逐层釆集样品,一般采集各层最典型的中部位置的土壤,以克服层次之间的过渡现象,保证样品的代表性。每个土样质量1kg左右,将所采集的样品分别放入样品袋,在样品袋内外各具一张标签,写明采集地点、剖面号、层次、土层深度、采样日期和采样人。
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图2-4 典型土壤剖面示意图(左)和土壤剖面的挖掘(右)
(3)土壤采样的注意事项
采样点要避开田埂、地头及堆肥处,有垅的农田要在垅间采样。采样时首先清除土壤表层的植物残骸和石块等杂物,有植物生长的点位应除去土壤中植物根系。尽量用木铲、竹片直接采集样品。如用铁铲、土钻时,必须用木铲刮去与金属采样器接触的部分,再用木铲收取样品。每完成一个点位采样工作后,必须及时清理采样工具,避免交叉污染。土壤样品应避免在肥料、农药施用时以及北方冻土季节采集。开展农产品与土壤协同采样时,应根据农产品适宜采集期来确定采样时期。受农产品实际采集期限制,可在坚持土壤样品和农产品样品同点采集原则下分步采集。
2.5.3 采样记录
采样时必须认真填写采样现场记录表和采样标签,对点位及其周边状况进行拍照,并用GPS定位,记录点位实际经纬度。
2.5.3.1 现场记录表
采样人员通过GPS精准定位,确定采样记录的点位坐标信息(经度与纬度)。采样小组应现场填写土壤样品采集现场记录表,主要记录内容见表2-6。
表2-6 土壤样品采集现场记录表(引自中国环境监测总站,2017)
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2.5.3.2 样品标签
首先将采集土壤样品装入塑料自封袋,在塑料袋外粘贴1份样品标签(表2-7);再将装有土壤样品的塑料袋放入布袋,在布袋封口处系上(或粘上)另1份样品标签。为防止标签遇潮湿字迹模糊不清,建议将标签装入小塑料自封袋中再装入布袋中。标签内容包括样品编号、采集地点、土壤名称、采样人和采样时间。
表2-7 土壤样品标签(引自中国环境监测总站,2017)
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采样小组要在采样现场对样品和采样记录进行自查,如发现有样品包装容器破损、采样信息缺项或错误的,应及时采取补救或更正措施。
2.5.4 样品运输
采样小组应在样品装箱前对样品数量、包装、保存环境逐项检查,将样品登记表、样品标签和采样记录进行核对,核对无误后分类装箱,认真填写土壤样品运输记录表(表2-8)。应扎好样品袋口,防止撒落,尽量将样品箱平放在车辆中。运输过程中严防样品的损失、混淆和沾污。在样品瓶之间做好隔离,防止相互碰撞,避免破碎;对于有冷藏要求的样品,应保证运输过程中的冷藏条件。
表2-8 土壤样品运输记录表(引自中国环境监测总站,2017)
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2.5.5 样品交接
土壤样品送到指定地点后,交接双方均需清点和核实样品,并在样品交接记录表上签字确认,样品交接单由双方各存一份备查。土壤样品交接记录表见表2-9。
表2-9 土壤样品交接记录表(引自中国环境监测总站,2017)
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2.5.6 土壤采样环节的质量检查
采样现场质量检查的主要内容见图2-5。
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图2-5 采样现场质量检查内容
采样点检查主要包括采样点的代表性与合理性、采样位置的正确性等;采样方法检查主要包括采样深度、单点采样、多点混合采样是否符合要求等;采样记录检查包括样点信息、样品信息、工作信息等;样品检查包括样品标签、样品重量和数量、样品包装容器材质、样品防沾污措施等;样品交接检查包括样品交接程序、交接单填写是否规范与完整等。
采样文件资料检查包括采样点位图和采样记录与照片。采样点位图检查主要包括采样点的合理性、布设点位位移情况;采样记录与照片检查主要包括填写内容的完整性和正确性,现场照片是否齐全与清晰等。
采样质量检查分采样小组、采样单位和省级质量控制实验室三级质量检查。每个采样小组应指定1名质量检查员,负责对本小组采样工作进行自检,采样小组开展自检要求应达到100%。每个采样单位应指定至少1名专职采样质量监督员,负责对本单位采样工作质量进行检查。采样单位对采样文件资料检查的要求应达到总工作量的100%。在文件资料检查的基础上,采样单位应针对位置发生明显偏移(超过100m)的、未使用采样手持终端记录采样信息的、其他信息存疑的采样点位开展现场检查,现场检查点位数量应达到总工作量的20%。对于位置偏移超过1000m的点位,必须开展现场检查。省级质量控制实验室对各采样单位采样文件资料检查要求应达到总工作量的10%,并应重点检查位置发生明显偏移(超过100m)点位的文件资料。省级质量控制实验室对各采样单位采样现场检查主要针对采样单位已完成的采样工作,现场检查点位数量的要求应达到总工作量的0.5%,并应重点关注文件资料检查时发现问题的点位。