吴鹏 马露瑶 余海波 彭超 孙哲

摘要：选取某无机氟化物和重金属钒场地内2m×2m大小的正方形为研究区域，于区域内布设6个土壤采样点位，采集不同深度土壤样品，分析土壤氟化物和钒的含量，初步探讨污染物在研究区域的空间变异及其对污染场地调查的影响。研究结果表明，土壤氟化物和重金属钒在水平与垂直方向呈现出不同的空间变异，导致场地的评价结果具有不确定性，随着采样点位增加，不确定性降低。

关键词：场地调查;空间变异;不确定性

中图分类号：X508 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.066

Abstract：A 4m2（2m×2m）rectangle site has been selected as the study area， which contains inorganic fluoride and heavy metal vanadium. Six sampling points has been set in the range. The soil samples are sampled from different depths and all of them are selected to analyzing soil fluoride and vanadium. The study has a preliminary discussion on the effects of spatial variability of pollutants in the study area and spatial variability of pollutants on the investigation of contaminated sites. The results shows that soil fluoride and heavy metal vanadium exhibit different spatial variability in horizontal and vertical directions， which leads to uncertainty in the evaluation results. As the sampling point increases， the uncertainty of evaluation decreases.

Key words：Site investigation;Spatial variability;Uncertainty

场地调查通过采集场地及周边区域不同位置和深度土壤样品，来评价场地是否满足用地要求，污染物的检出浓度对评价结果有重要影响。土壤是一个复杂的自然综合体，复杂的形成过程使得土壤结构、性质具有高度的空间异质性[1]，而土壤颗粒是较多污染物在土壤中赋存的介质，故污染物在土壤中的分布也具有高度空间变异性[2]。

在大尺度范围内，较多污染物的空间分布在大尺度上具有一定的统计学规律[3]，目前已有较多的学者对土壤性质以及污染物在大尺度空间的分布规律[4]和采样单元优化进行研究[5]，提出了降低不确定性的方法[6]。实际场地调查通过在采样单元内采样分析，对目标地块进行评估，其点位布设可采用系统布点、专业布点等方法。由于受土壤污染物的空间变异、采样点位置、设备取样直径以及土壤采集量等因素的影响，易高估或低估采样单元的污染水平，評价结果具有不确定性。为准确判断采样单元内污染物的水平，最佳方法为整体采样分析，但受成本以及其他因素的制约，实际调查过程多在采样单元内布设一个采样点，以此代表采样单元的污染水平。

对于场地尺度或更小的尺度污染物空间分布规律目前研究较少。为了解小尺度范围下污染物空间变异对调查的影响，本研究以2m×2m矩形范围作为采样单元，选取无机氟化物和重金属钒作为考察对象，对小尺度区域土壤污染物空间变异进行研究分析，考察了空间变异对场地调查结果的影响，以期为场地调查工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 采样地块以及所在区域概况

研究区域所在地块位于中国东部某原货场堆场附近，面积为4m2（2m×2m）大小的正方形范围，该区域土层0～0.7m为灰黄-黄褐色素填土，0.7～6.0m为灰黄色-黄褐色粘土。地块所在区域为亚热带湿润气候，常年平均降雨117天，平均降雨量1106.5mm，年平均降水量1106mm。

1.2 点位布设

本研究于正方形范围内共设置6个土壤钻探点位（编号分别为S1，P1～P5），其中S1位于正方形中心，P1与S1的水平距离约10cm处，P2～P4位于S1四周约1m处，Geoprobe进行钻探采集柱状样品，S1采用GXY-1型钻机钻探采集柱状样品，点位分布如下图1所示。

1.3 样品检测

采集样品送获得CMA资质认证的商业实验室检测，检测指标为无机氟化物与重金属钒。

2 结果与讨论

2.1 不同点位土壤剖面污染物浓度分布

本次共设置5个钻探点位（P1～P5），每个点位各采集6个样品，采集深度分别为0.5m、1.0m、1.5m、2.5m、4.0m、6.0m。为方便观察污染物浓度分布变化趋势，本次将污染物检出浓度均除以该污染物检出值的最小值，最终结果整理如表1。

氟化物在垂向整体表现出先降低后升高的趋势，钒则表现出先升高后降低的趋势，且钒波动较大。在垂向小尺度范围内，0.5m、1.0m、1.5m深度样品的氟化物和钒浓度分布均表现出较大的差异性，如P1点位在1.5m与1.0m样品钒检出浓度比值约为2.3，而P3点位则为1.2，表明同一种污染物在不同位置其垂向分布不同，这可能与氟化物和钒在土壤中的迁移能力有关。

2.2 同层次不同污染物浓度分布

统计分析各点位同一深度氟化物和钒检出浓度的平均值（mg/kg）、标准偏差（mg/kg）和相对标准偏差（%），结果见表2所示。

对比不同层次的RSD，氟化物和钒均随着深度先升高后降低，在1.5m深度时达到最大，但钒在垂向上的空间变异更大。在1.5m深处钒与氟化物的RSD均达到最大，说明空间变异达到最大，矾的RSD大于氟化物，说明钒的空间变异性大于氟化物。同理，6.0m深处钒的空间异质性小于氟化物，在土壤中的浓度分布更平稳。结果表明，在4m2的区域内，不同污染物在相同深度变异特征不同，同一污染物在不同深度变异特征也不同。

2.3 对场地评价结果的影响

按照《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB36600—2018）》第一类用地对研究对象进行评价，其中钒的筛选值为165 mg·kg-1。该标准未列出氟化物的筛选值，参考《场地土壤环境风险评价筛选值 DB11/T 811—2011》中住宅用地的氟化物标准650mg·kg-1。通过比对评价标准，评价区域内钒未超标。对于氟化物不同点位不同深度样品评价结果如下表3。

当采用单一点位对研究区域进行评价，P1～P5均为超标点位，但超标深度表现出很大的差异。点位P1、P2、P3、P4、P5分别有2、1、2、4、5个样品超标，超标样品所在深度均不一样;若将3m以上范围作为评价对象，5个点位为可选取的潜在采样点中，则会产生完全不同的结果。如选择P1、P2、P3中任一点位进行评价，则不超标，采用P4、P5任一点位进行评价，则超标。

本结果表明，在4m2的范围内污染物空间变异的影响不容忽视。在实际的场地调查中，采样单元一般都远大于4m2，更不能忽视污染物的空间变异造成的影响。

2.4 采样点数量对场地评价结果的影响

增大样品量可降低对整体均值估计的不确定性[7]，本次对6个采样点0.5m深度的样品进行分析，不同组合的评价结果见表4：

当采用1个点位进行评价，有P1、P2、P3、P4、P5共5种组合，其中3种组合超标;采用2个点位进行评价，有10种不同的组合，其中6种组合超标;采用5个点位进行评价时，评价结果不超标。由上表可知，当5个采样点增至6个采样点，评价结果没有改变，但是数据的RSD变低，表明对整体的估计更可靠;点位增加，结果越来越稳定，不确定性降低。

2.5 结果讨论

污染物在空间的分布具有不均一性，这种不均一性的成因复杂，如土壤颗粒的粒径分布、地表水渗入，污染物的迁移能力，采样检测均能造成污染物在空间分布不均一[8]，即使是距离很近的两个點位，其污染物的检出浓度也可能存在较大的差异[9][10]，故氟化物和钒表现出不同的空间变异性，因此在4m2小范围内土壤污染物的空间变异对于场地评价的影响不容忽视。

在实际项目中，采样单元面积远大于此，空间变异更加复杂，故不能忽略污染物的空间变异对调查结果的影响。增加样品量可降低随机性和不确定性，降低空间变异对调查结果的影响。故而在实际场地调查过程中，应查清目标区域的背景情况，在代表性的位置或区域布设采样点，增大点位代表性，同时可适当增加调查点位，降低不确定性。

3 结论

污染物在土壤中分布具有高变异性，可导致高估或低估采样单元的污染水平，使得对采样单元的推断具有不确定性，为后续的地块管理带来一系列不确定的影响。在场地调查过程中，土壤样品的采集评价需考虑污染物的空间分布变异，在充分获取调查区域相关信息的基础上，提高点位的代表性，通过适当补充点位降低不确定性，以降低对地块评价的影响。

参考文献

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[4]刘庚.典型焦化场地土壤PAHs污染分布表征及不确定性研究[D]. 山西农业大学， 2013.

[5]张圣民，张志霞，李彬彬.黄土高原不同地貌类型区农田土壤有机碳采样布点方法研究[J]. 自然资源学报， 2018， 33（4）：634-643.

[6]谢云峰，曹云者，杜晓明，等.土壤污染调查加密布点优化方法构建及验证[J]. 环境科学学报，2016，36（3）：989-997.

[7]陈洋，齐雁冰，王茵茵，等.多重密度布点对土壤有机质空间特性的解析[J]. 自然资源学报， 2016， 31（12）：2099-2110.

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[9] Roger Brewer， John Peard & Marvin Heskett （2017） A Critical Review of Discrete Soil Sample Data Reliability： Part 1—Field Study Results， Soil and Sediment Contamination： An International Journal， 26：1， 1-22， DOI： 10.1080/15320383.2017.1244171

[10] Brewer R， Peard J， Heskett M. A Critical Review of Discrete Soil Sample Data Reliability： Part 2 Implications[J]. Journal of Soil Contamination， 2017， 26（1）：23-44.

收稿日期：2019-08-15

作者简介：吴鹏（1988-），男，土家族，硕士，中级职称，研究方向为污染场地调查与风险评估。