污染物空間變異對場地調(diào)查影響的初步探討

吳鵬 馬露瑤 余海波 彭超 孫哲

摘要：選取某無機氟化物和重金屬釩場地內(nèi)2m×2m大小的正方形為研究區(qū)域，于區(qū)域內(nèi)布設6個土壤采樣點位，采集不同深度土壤樣品，分析土壤氟化物和釩的含量，初步探討污染物在研究區(qū)域的空間變異及其對污染場地調(diào)查的影響。研究結(jié)果表明，土壤氟化物和重金屬釩在水平與垂直方向呈現(xiàn)出不同的空間變異，導致場地的評價結(jié)果具有不確定性，隨著采樣點位增加，不確定性降低。

關鍵詞：場地調(diào)查;空間變異;不確定性

中圖分類號：X508 文獻標識碼：A 文章編號：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

場地調(diào)查通過采集場地及周邊區(qū)域不同位置和深度土壤樣品，來評價場地是否滿足用地要求，污染物的檢出濃度對評價結(jié)果有重要影響。土壤是一個復雜的自然綜合體，復雜的形成過程使得土壤結(jié)構、性質(zhì)具有高度的空間異質(zhì)性[1]，而土壤顆粒是較多污染物在土壤中賦存的介質(zhì)，故污染物在土壤中的分布也具有高度空間變異性[2]。

在大尺度范圍內(nèi)，較多污染物的空間分布在大尺度上具有一定的統(tǒng)計學規(guī)律[3]，目前已有較多的學者對土壤性質(zhì)以及污染物在大尺度空間的分布規(guī)律[4]和采樣單元優(yōu)化進行研究[5]，提出了降低不確定性的方法[6]。實際場地調(diào)查通過在采樣單元內(nèi)采樣分析，對目標地塊進行評估，其點位布設可采用系統(tǒng)布點、專業(yè)布點等方法。由于受土壤污染物的空間變異、采樣點位置、設備取樣直徑以及土壤采集量等因素的影響，易高估或低估采樣單元的污染水平，評價結(jié)果具有不確定性。為準確判斷采樣單元內(nèi)污染物的水平，最佳方法為整體采樣分析，但受成本以及其他因素的制約，實際調(diào)查過程多在采樣單元內(nèi)布設一個采樣點，以此代表采樣單元的污染水平。

對于場地尺度或更小的尺度污染物空間分布規(guī)律目前研究較少。為了解小尺度范圍下污染物空間變異對調(diào)查的影響，本研究以2m×2m矩形范圍作為采樣單元，選取無機氟化物和重金屬釩作為考察對象，對小尺度區(qū)域土壤污染物空間變異進行研究分析，考察了空間變異對場地調(diào)查結(jié)果的影響，以期為場地調(diào)查工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣地塊以及所在區(qū)域概況

研究區(qū)域所在地塊位于中國東部某原貨場堆場附近，面積為4m2（2m×2m）大小的正方形范圍，該區(qū)域土層0～0.7m為灰黃-黃褐色素填土，0.7～6.0m為灰黃色-黃褐色粘土。地塊所在區(qū)域為亞熱帶濕潤氣候，常年平均降雨117天，平均降雨量1106.5mm，年平均降水量1106mm。

1.2 點位布設

本研究于正方形范圍內(nèi)共設置6個土壤鉆探點位（編號分別為S1，P1～P5），其中S1位于正方形中心，P1與S1的水平距離約10cm處，P2～P4位于S1四周約1m處，Geoprobe進行鉆探采集柱狀樣品，S1采用GXY-1型鉆機鉆探采集柱狀樣品，點位分布如下圖1所示。

1.3 樣品檢測

采集樣品送獲得CMA資質(zhì)認證的商業(yè)實驗室檢測，檢測指標為無機氟化物與重金屬釩。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同點位土壤剖面污染物濃度分布

本次共設置5個鉆探點位（P1～P5），每個點位各采集6個樣品，采集深度分別為0.5m、1.0m、1.5m、2.5m、4.0m、6.0m。為方便觀察污染物濃度分布變化趨勢，本次將污染物檢出濃度均除以該污染物檢出值的最小值，最終結(jié)果整理如表1。

氟化物在垂向整體表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，釩則表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且釩波動較大。在垂向小尺度范圍內(nèi)，0.5m、1.0m、1.5m深度樣品的氟化物和釩濃度分布均表現(xiàn)出較大的差異性，如P1點位在1.5m與1.0m樣品釩檢出濃度比值約為2.3，而P3點位則為1.2，表明同一種污染物在不同位置其垂向分布不同，這可能與氟化物和釩在土壤中的遷移能力有關。

2.2 同層次不同污染物濃度分布

統(tǒng)計分析各點位同一深度氟化物和釩檢出濃度的平均值（mg/kg）、標準偏差（mg/kg）和相對標準偏差（%），結(jié)果見表2所示。

對比不同層次的RSD，氟化物和釩均隨著深度先升高后降低，在1.5m深度時達到最大，但釩在垂向上的空間變異更大。在1.5m深處釩與氟化物的RSD均達到最大，說明空間變異達到最大，礬的RSD大于氟化物，說明釩的空間變異性大于氟化物。同理，6.0m深處釩的空間異質(zhì)性小于氟化物，在土壤中的濃度分布更平穩(wěn)。結(jié)果表明，在4m2的區(qū)域內(nèi)，不同污染物在相同深度變異特征不同，同一污染物在不同深度變異特征也不同。

2.3 對場地評價結(jié)果的影響

按照《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）（GB36600—2018）》第一類用地對研究對象進行評價，其中釩的篩選值為165 mg·kg-1。該標準未列出氟化物的篩選值，參考《場地土壤環(huán)境風險評價篩選值 DB11/T 811—2011》中住宅用地的氟化物標準650mg·kg-1。通過比對評價標準，評價區(qū)域內(nèi)釩未超標。對于氟化物不同點位不同深度樣品評價結(jié)果如下表3。

當采用單一點位對研究區(qū)域進行評價，P1～P5均為超標點位，但超標深度表現(xiàn)出很大的差異。點位P1、P2、P3、P4、P5分別有2、1、2、4、5個樣品超標，超標樣品所在深度均不一樣;若將3m以上范圍作為評價對象，5個點位為可選取的潛在采樣點中，則會產(chǎn)生完全不同的結(jié)果。如選擇P1、P2、P3中任一點位進行評價，則不超標，采用P4、P5任一點位進行評價，則超標。

本結(jié)果表明，在4m2的范圍內(nèi)污染物空間變異的影響不容忽視。在實際的場地調(diào)查中，采樣單元一般都遠大于4m2，更不能忽視污染物的空間變異造成的影響。

2.4 采樣點數(shù)量對場地評價結(jié)果的影響

增大樣品量可降低對整體均值估計的不確定性[7]，本次對6個采樣點0.5m深度的樣品進行分析，不同組合的評價結(jié)果見表4：

當采用1個點位進行評價，有P1、P2、P3、P4、P5共5種組合，其中3種組合超標;采用2個點位進行評價，有10種不同的組合，其中6種組合超標;采用5個點位進行評價時，評價結(jié)果不超標。由上表可知，當5個采樣點增至6個采樣點，評價結(jié)果沒有改變，但是數(shù)據(jù)的RSD變低，表明對整體的估計更可靠;點位增加，結(jié)果越來越穩(wěn)定，不確定性降低。

2.5 結(jié)果討論

污染物在空間的分布具有不均一性，這種不均一性的成因復雜，如土壤顆粒的粒徑分布、地表水滲入，污染物的遷移能力，采樣檢測均能造成污染物在空間分布不均一[8]，即使是距離很近的兩個點位，其污染物的檢出濃度也可能存在較大的差異[9][10]，故氟化物和釩表現(xiàn)出不同的空間變異性，因此在4m2小范圍內(nèi)土壤污染物的空間變異對于場地評價的影響不容忽視。

在實際項目中，采樣單元面積遠大于此，空間變異更加復雜，故不能忽略污染物的空間變異對調(diào)查結(jié)果的影響。增加樣品量可降低隨機性和不確定性，降低空間變異對調(diào)查結(jié)果的影響。故而在實際場地調(diào)查過程中，應查清目標區(qū)域的背景情況，在代表性的位置或區(qū)域布設采樣點，增大點位代表性，同時可適當增加調(diào)查點位，降低不確定性。

3 結(jié)論

污染物在土壤中分布具有高變異性，可導致高估或低估采樣單元的污染水平，使得對采樣單元的推斷具有不確定性，為后續(xù)的地塊管理帶來一系列不確定的影響。在場地調(diào)查過程中，土壤樣品的采集評價需考慮污染物的空間分布變異，在充分獲取調(diào)查區(qū)域相關信息的基礎上，提高點位的代表性，通過適當補充點位降低不確定性，以降低對地塊評價的影響。

參考文獻

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收稿日期：2019-08-15

作者簡介：吳鵬（1988-），男，土家族，碩士，中級職稱，研究方向為污染場地調(diào)查與風險評估。