為獲取有代表性的土壤樣品,土壤采樣布點必須遵循隨機和等量的原則。樣品是由總體中隨機采集的一些個體所組成,個體之間存在變異。因此樣品與總體之間,既存在同質的“親緣”關系,樣品可作為總體的代表,但同時也存在著一定程度的異質性,差異愈小,樣品的代表性愈好;反之亦然。為了使采集的監測樣品具有好的代表性,必須避免一切主觀因素,使組成總體的個體有同樣的機會被選入樣品,即組成樣品的個體應當是隨機地取自總體。另一方面,一組需要相互之間進行比較的樣品應當有同樣的個體組成,否則樣本大的個體所組成的樣品,其代表性會大于樣本少的個體組成的樣品。所以“隨機”和“等量”是決定樣品具有同等代表性的重要條件。
一、布點原則
土壤監測點位布設方法和布設數量是根據其目的和要求,并結合現場勘查結果確定該區域內土壤監測點位。同時必須遵循如下5個原則。
1.全面性原則
布設的點位要全面覆蓋不同類型調查監測單元區域。
2.代表性原則
針對不同調查監測單元區域土壤的污染狀況和污染空間分布特征采用不同布點方法,布設的點位要能夠代表調查監測區域內土壤環境質量狀況。
3.客觀性原則
具體采樣點選取應遵循“隨機”和“等量”原則,避免一切主觀因素,使組成總體的個體有同樣的機會被選入樣品,同級別樣品應當有相似的等量個體組成,保證相同的代表性。
4.可行性原則
布點應兼顧采樣現場的實際情況,考慮交通、安全等方面情況;保證樣品代表性最大化、最大限度節約人力和實驗室資源。
5.連續性原則
布點在滿足本次調查監測要求的基礎上,應兼顧以往土壤調查監測布設的點位情況,并考慮長期連續調查監測的要求。
二、布點方法
1.簡單隨機
將監測單元分成網格,每個網格編上號碼,決定采樣點樣品數后,隨機抽取規定的樣品數的樣品,其樣本號碼對應的網格號,即為采樣點。隨機號碼的獲得可以利用抽簽的方法。簡單隨機布點是一種完全不帶主觀限制條件的布點方法。
2.分塊隨機
根據收集的資料,如果調查監測區域內的土壤有明顯的幾種類型,則可將區域分成幾塊,每塊內污染物較均勻,塊間的差異較明顯。將每塊作為一個監測單元,在每個監測單元內再隨機布點。在正確分塊的前提下分塊布點的代表性比簡單隨機布點好,如果分塊不正確,分塊布點的效果可能會適得其反。
3.系統隨機
將監測區域分成面積相等的幾部分(網格劃分),每網格內布設一采樣點,這種布點稱為系統隨機布點。如果區域內土壤污染物含量變化較大,系統隨機布點比簡單隨機布點所采樣品的代表性要好。
三、點位數量
土壤監測的布點數量要滿足樣本容量的基本要求,即由均方差和絕對偏差、變異系數和相對偏差計算樣品數是樣品數的下限數值。
1.由均方差和絕對偏差計算樣品數
用下列公式可計算所需的樣品數:
N=t2s2/D2
式中:N為樣品數;t為選定置信水平(土壤環境監測一般選定為95%)一定自由度下的t值;s2為均方差,可從先前的其他研究或者從極差R(s2=(R/4)2)估計;D為可接受的絕對偏差。
示例:某地土壤多氯聯苯(PCB)的濃度范圍0~13mg/kg,若95%置信度時平均值與真值的絕對偏差為1.5mg/kg,s為3.25mg/kg,初自由度為10,查t=2.23則
N=(2.23)2(3.25)2/(1.5)2=23
因為23比初選的10大得多,重新選擇自由度查t值計算得:
N=(2.069)2(3.25)2/(1.5)2=20
20個土壤樣品數較大,原因是其土壤PCB含量分布不均勻(0~13mg/kg),要降低采樣的樣品數,就得犧牲監測結果的置信度(如從95%降低到90%)或放寬監測結果的置信度(如從1.5mg/kg增加到2.0mg/kg)。
2.由變異系數和相對偏差計算樣品數
N=t2s2/D2可變為:
N=t2Cv2/m2
式中:N為樣品數;t為選定置信水平(土壤環境監測一般選定為95%)一定自由度下的t值;Cv為變異系數,%,可從先前的其他研究資料中估計;m為可接受的相對偏差,%,土壤環境監測一般限定為20%~30%。
沒有歷史資料的地區、土壤變異程度不太大的地區,一般Cv可取10%~30%粗略估計。實際工作中土壤布點數量還要根據調查目的、調查精度和調查區域環境狀況等因素確定。一般要求每個監測單元最少設3個點。
3.區域土壤環境調查
按調查的精度不同可從2.5km、5km、10km、20km、40km中選擇網距網格布點,區域內的網格節點數即為土壤采樣點數量。
四、注意事項
1.布點驗證:點位布設不能最終確定前,可進行現場調查及預采樣相結合,根據背景資料與現場考察結果,采集一定數量的樣品分析測定,用于初步驗證污染物空間分異性和判斷土壤污染程度,為布點方式作適當的驗證。
2.補充布點:正式采樣、監測結束后若發現布設的樣點未能滿足調查目的,則要增設采樣點補充采樣。
3.點位布設經現場勘查,遇到下列幾種情形的,應予以調整。
①當采樣區落在大面積為水面(河湖、庫區域時,應取消該區域點位;網格內部分區域為河(湖、庫)區內時,應將點位平移至網格區內的最近距離的非河(湖、庫)區選擇備采點。
②當采樣區以農田土壤為主,采樣點落在公路帶時,在公路兩側300m以外分別選取一個點作為備采點采樣。
③當采樣區落在高原區,區域受人類生產活動影響較小,可適當縮減區域內監測點位,在適合采樣地布設點位,使監測結果基本可代表高原區域內所有土壤環境質量。
④避免在山林(草、沙)區中心地帶選點
⑤坡腳、洼地等具有從屬景觀特征的地點不設采樣點。
⑥城鎮、住宅、道路、溝渠、糞坑、墳墓附近等處人為干擾大,失去土壤的代表性,不宜設采樣點。
⑦盡量避開多種土類、多種母質母巖交錯分布的地區布設采樣點。