雷敏 罗杰 罗春林

摘要 目前，镉污染大米现象严重，有必要对污染土壤中的镉含量进行检测。针对地势平坦且镉含量、分布、污染来源未知的试验农田，进行采样布点方法优化研究。试验结果表明，通过对不同的采样布点方法进行比较，选择包含对角线的网格随机法可靠性高、操作简单方便，采样点数为15～20个。此研究对后续土壤中镉污染的研究具有先行作用，有利于实际操作过程中的镉含量监测。

关键词 采样布点；方法研究；镉污染；农田土壤

中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）12-0181-03

Abstract At present，the phenomenon of rice polluted by cadmium is serious，and it′s necessary to detect the content of cadmium in contaminated soil. For the experimental farmland with flat terrain，where the content，distribution and pollution source of cadmium are unknown，the sampling distribution method was optimized and studied. Experimental results showed that through comparing the different sampling and placement methods，the selection of grid stochastic method containing diagonal lines was highly reliable，also simple and convenient in practical operation，and the number of sampling points was between 15 and 20. This study plays a leading role in the follow-up study of cadmium pollution in soil，which is beneficial to the monitoring of cadmium content in the actual operation process.

Key words sampling distribution；method study；cadmium pollution；farmland soil

大米镉超标损害人体健康是一个长期、不可逆的过程，因涉及食品和农产品安全问题，如何抑制土壤中镉含量向水稻迁移的问题是当务之急[1]。

该课题的研究对象是长沙市望城郊区的一片田地，素有“哺育之河”的湘江的一条支流流经此地，因湘江近几年镉污染严重[2-4]，引起此地的农田土壤和水受到镉污染。此片区域田地的大米镉含量严重超标，目前此片土地已被禁止种植水稻3年，有必要对此地的农田土壤和大米中镉含量进行分析研究。该课题是建立在稻米营养剂的研究基础上，在前期研究中[5-7]，已对抑镉植物营养剂申请了发明专利，虽然可减少镉含量，但仍未达到显著性水平，若是大米中镉超标，则会严重危害人体的健康，为了获得健康、高品质的稻米，特对种植稻米的土壤镉含量情况进行研究。

目前，在大米镉污染研究中，对相关农田土壤和水稻采样布点方法研究比较少，大多的研究[5，8]都是采用比较复杂的网格均等法，采样点较多，耗时耗力。为了能快速实现农田中镉污染的监测，需找到一种简单方便、准确度高的布点方法。另一方面，针对土质比较均匀的田地，市场上也需要一种高效的、成本低廉、操作简单的方法去解决镉污染农田的采样问题，通过研发采样布点方法可以实现快速监测农田土壤中镉污染的情况。

1 材料与方法

1.1 采样布点

在长沙市望城郊区选取一片农田，采集0～20 cm耕作层土壤，用四分法弃取，最后留下1～2 kg，装入样品袋，贴好标签编号记录带回实验室，采样布點见图1。采样布点方法包括对角线法、梅花形采样法、网格布点法（均匀法、随机法、随机均匀法）。

1.2 土壤预处理

土壤预处理是挑出土壤中的杂物，首先将其平摊自然风干24 h，然后采用四分法取对角线将风干后的土壤放入托盘中，放入35 ℃的烘箱内烘24 h，直至恒重[9]。最后将土壤研磨过120目尼龙筛，筛下土壤用于测定镉含量，筛上土壤用于测定pH值。

1.3 土壤消解与赶酸

称取0.300 0 g土样置于消解罐中，分别加入6 mL浓硝酸、2 mL氢氟酸、1 mL过氧化氢置于通风柜中反应30 min，然后转移至高压微波消解仪中。消解完成后置于140～190 ℃的赶酸装置中，消解液清澈、无残渣，剩约1 mL液体时，消解完全。冷却后用0.2%的稀硝酸定容至50 mL比色管中，待测。同时，做空白实验。

1.4 测定与数据分析

pH值测定方法依据《森林土壤pH值的测定》（LY/T 1239—1999）[10]；镉含量采用直接火焰原子吸收法测定。可疑数据的取舍采用格鲁布斯检验法，样本均值与总体样本的可信度采用均值置信区间和t检验法。

2 结果与分析

2.1 土壤pH值

对41个样品按照《森林土壤pH值的测定》（LY/T 1239—1999）测定，测得土壤pH值在5.0～6.0之间。重金属在酸性条件下，迁移活性较大。因此，土壤中的镉含量容易迁移到水稻秸秆和大米中，造成镉米的几率更大。

2.2 各采样布点方法结果

通过对41个样品进行处理测定后，36#采样点的镉含量最大，为35.25 mg/kg，采用格鲁布斯检验法可知，此数据为离群值，应剔除，同理还有5个数据也属于离群值。因此，由图2可知，35个采样点中镉含量在0.460～4.834 mg/kg之间，平均值为1.961mg/kg，远远超过农田土壤镉含量限值（0.3 mg/kg）[11]。土壤镉污染指数为6.5，土壤镉污染超标率达到100%。

以35个样品的平均值作为该區域内土壤镉含量环境背景值，为0.972 mg/kg，则95%的置信区间为1.626～2.296 mg/kg。

由于在混合采样中，并不知某一个采样点的具体数值，因而在3种方法的比较中，保留41个采样点。

2.2.1 对角线法。由田块进水口引一对角线，在对角线上至少分5等分，以等分点为采样分点。根据采样布点分布图可知，选取5种对角线布点方式，分别标记为A1—A5，结果见表1。

通过数据分析可知，A3均值为可疑离群均值，A5中4#为离群值。因此，数据比较正常的组别为A1、A2和A4 3组数据。将此3组数据与置信区间比较可知，A4组数据在置信区间内。

2.2.2 梅花形采样。按照梅花形采样方式选取5个亚位点。根据采样布点分布图可设置3组数据，分别用B1、B2和B3代表，结果见表2。B2组数据在置信区间内。

2.2.3 网格布点法。

（1）均匀法。在区域内以10 m×7 m的4个顶点和中心分别采样，设置2组：C1采样中心点分别为35#、28#、40#、23#；C2采样中心点分别为35#、28#、39#、24#；C3采样中心点分别为36#、27#、40#、23#。

由表3可知，此3组数据的标准偏差较大，说明3组数据中的均值不具代表性，且都不在置信区间内。因为涉及到5个采样点的数据偏离平均值较大，在此法中并未去掉，故造成结果偏高，若是去掉此5个采样点又会造成均值偏低。在实际过程中采用此方法采样，采样点数值均未知，混合后对数据的影响较大，因而不推荐此方法。

（2）随机法。均匀随机采取15～30个样点，布点设置见表4。

由表4可知，C4、C5和C6的标准偏差都较小，均值具有代表性，样品均值代表总体均值的可靠性高。3组数据的均值均在置信区间内。

（3）随机均匀布点法。随机均匀布点法设置2组，C7组分为4个单元区，单元20 m×14 m内设6个采样点；C8组分为2个单元区，单元28 m×25 m内设12个采样点，结果见表5。

此方法的均值不在置信区间内，说明其均值代表总体均值的可靠性较小。此均匀法也是涉及某些采样点数值偏高，导致结果偏高。

2.3 采样布点方法的比较

通过对对角线布点法、梅花形布点法和网格布点法进行比较，结果见表6。对角线布点法A4组，梅花形布点法B2组和网格随机布点法C4—C6组的均值代表总体均值的可靠性较大，从表中可知，此5组数据的标准偏差除了B2外均较小，且随着采样布点数的增加，样本均值越接近总体均值。由此可见，在对角线采样布点的基础上采用网格随机布点法具有较高的可靠性，在实际操作中可选择此方法，采样点为15～20个。此结论与土壤环境监测技术规范中的农田土壤采样具有一致性[12]。

3 结论

目前，镉污染大米现象严重，有必要对大米中镉的含量进行监测。为了提高稻米的口感与品质，在前期稻米营养剂的研究基础上，对稻米与土壤中镉的含量进行研究，但是农田土壤采样布点方法大部分采用的网格布点法比较复杂。针对平坦的试验农田，对采样布点方法进行优化。通过对41个采样点按照3种方法进行不同的组合，根据试验结果可知，在不同的组合中对角线法、梅花形法都具有一定的优势，但是在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；这种方法是建立在对角线采样的基础上进行的。因此，在对角线采样布点的基础上适当增加采样点形成的网格布点法具有较高的可靠性，在实际操作本着简单方便的原则可选择此方法，采样点为15～20个。此研究对后续土壤中镉含量的研究具有先行作用，有利于实际操作过程中的镉含量监测。

4 参考文献

[1] 刘国胜，童潜，何长顺，等.土壤镉污染调查研究[J].四川环境，2004， 23（5）：8-10.

[2] 李艳芳，陈智国，唐志平，等.湘江源头重金属污染及其生态环境风险评估[J].作物研究，2014，28（8）：901-904.

[3] 张颖.湘江牌楼口江段沉积物对镉和苯酚复合污染的去除研究[D].长沙：湖南大学，2016.

[4] 邓潇.湘中典型灌区稻田镉污染调查与灌溉水镉生态拦截研究[D].长沙：中南林业科技大学，2017.

[5] 罗永兰，唐建洲，张志元，等.植物营养剂对水稻生物学特性及氨基酸含量的影响[J].湖北农业科学，2016，55（22）：5466-5468.

[6] 张志元，罗永兰，郭清泉，等.植物营养剂对稻米必需氨基酸含量和稻谷产量的影响[J].湖北农业科学，2014，53（3）：512-516.

[7] 杨寿山，辛贤凤，游勇，等.稻米镉污染防控试验研究[J].现代农业科技，2015（18）：211.

[8] 孙超，陈振楼，毕春娟，等.上海市崇明农田土壤重金属的环境质量评价[J].地理学报，2009，64（5）：619-628.

[9] 环境保护部.土壤 干物质和水分的测定 重量法：HJ 613-2011[S].北京：中国环境科学出版社，2011.

[10] 国家林业局.森林土壤pH值的测定：LY/T 1239-1999[S].北京：标准出版社，1999.

[11] 国家环境保护总局.食用农产品产地环境质量评价标准：HJ/T 332-2006[S].北京：中国环境科学出版社，2007.

[12] 国家环境保护总局.土壤环境监测技术规范：HJ/TA 166-2004[S].北京：中国环境科学出版社，2005.