张国忠等：全国土壤污染状况详查质量管理工作经验及建议

全国土壤污染状况详查质量管理工作经验及建议

张翼翔, 贾岳清, 杜祯宇, 杨勇杰, 吴忠祥, 张国忠

国家环境分析测试中心

摘要：综述了国内外土壤调查相关质量保证与质量控制工作概况。针对2016—2021年全国土壤污染状况详查(简称“土壤详查”)工作特点，明确了土壤详查质量保证与质量控制技术路线及方法，总结了其在强力协调、全面指导、过程协同、信息化应用、创新质控手段等方面的成功经验，提出了深入挖掘土壤详查质量管理成果、加强土壤环境监测分析方法研究、加强土壤质量控制样品和标准物质研制、研究建立土壤环境调查单位分级评价体系、持续探索日常土壤环境调查质量控制工作模式等相关建议，以期为后续土壤调查的质量管理提供参考。

全国土壤污染状况详查(以下简称“土壤详查”)是一项重要的国情调查，是针对我国土壤环境保护存在的污染底数不清、监测监管和风险防控体系不健全等问题，在现有相关调查的基础上开展的详细调查，目的是进一步掌握全国土壤污染状况，为全面落实《土壤污染防治行动计划要求，针对性地推进农用地分类管理和建设用地准入管理，为强化企业用地环境风险管控，实施土壤污染分类别、分用途、分阶段治理，逐步改善土壤环境质量提供基础支撑。土壤详查分为农用地土壤污染状况详查(以下简称“农用地详查”)与重点行业企业用地土壤污染状况调查(以下简称“企业用地调查”)。2016—2021年完成的土壤详查成果进一步夯实了土壤环境管理基础，全面提升了土壤生态环境管理水平。土壤详查实施过程中，土壤详查团队始终坚守质量保证与质量控制生命线，通过调研国内外主要土壤调查项目的质量控制组织实施与相关措施，分析了质量控制工作所面临的挑战，并结合实际需求，建立了土壤环境调查全过程质量管理体系，实施了质量控制技术措施，确保了土壤详查数据真实、准确、全面，为后续高质量开展土壤环境调查工作提供了宝贵的方法指导及实践经验。

1 国内外土壤调查质量保证与质量控制工作概况

2016年之前，国外开展的农用地调查主要包括欧洲农用地和牧草地地球化学调查(GEMAS)、澳大利亚地球化学调查(NGSA)、美国地质调查(USGS)、英国农村调查(CS)、欧洲地球化学调查(GAE)等，具体实施情况见表 1。企业用地调查以美国基于综合环境应对、赔偿和责任法案(CERCLA，又称“超级基金”)开展的日常污染场地调查为代表。

国内开展的农用地调查主要包括第一次全国土壤普查、第二次全国土壤普查、全国土壤污染状况调查、国家土壤环境监测网例行监测、农业部农产品产地土壤重金属污染普查、多目标区域地球化学调查等，其中2000年后开展的土壤调查的实施情况见表 2。国内建设用地土壤污染状况调查主要是以地块为调查单元开展调查工作，主要目的是对工业企业生产活动造成的土壤污染危害进行风险评价，暂未开展过全国规模的企业用地土壤环境调查工作。

1.1 质量保证与质量控制组织实施

CERCLA在初步评估与站点调查阶段的质量保证与质量控制组织实施以严格著称，具体表现为构建了多级质量保证与质量控制体系。CERCLA规定美国环境保护局(US EPA)下属的紧急和补救反应办公室(OERR)负责制定和监管质量保证程序，指导站点负责人开展实际的数据采集质量保证工作，保证不同站点质量控制程序的一致性。为便于工作，US EPA将美国行政区分为10个大区，每个大区管理部门依据OERR制定的质量保证程序，基于当地政策和组织机构开展区域内部的质量保证工作。每个站点的调查单位依据US EPA或其他机构要求开展站点的数据采集工作，并执行质量保证程序。

我国已开展的农用地调查工作也多采用多级质量保证与质量控制体系。全国土壤污染状况调查中，建立了由各省(区、市)环境监测中心(站)和任务承担实验室组成的二级质量管理体系，省级机构负责检查各实验室的内部质量控制指标及其质量控制相关记录和数据报告，并组织土壤监测能力验证。国家土壤环境监测网例行监测中开展了国家级、省级和任务承担实验室三级质量管理体系。农业部农产品产地土壤重金属污染普查建立了国家级和省级两级质量管理体系，农业部农业生态与资源保护总站会同农业部农产品产地土壤重金属污染普查专家组负责污染普查工作全过程质量控制技术指导、培训和督查；各省级农业机构负责建立本地区污染普查质量管理体系，健全相关规章制度，对本辖区污染普查工作实施全程质量控制，配合专家组开展质量督导。多目标区域地球化学调查建立了中国地质调查局、六大区地质调查中心、任务承担实验室三级质量管理体系。中国地质调查局负责组织制定标准、确定实验室名单、实施实验室外部质量监控、负责野外样品采集和测试成果验收；六大区地质调查中心负责项目过程管理；任务承担实验室建立内部质量管理体系，按标准要求实施内部质量监控。

1.2 工作机制及保障措施

1.2.1 成立技术指导和质量监督检查专家组

CERCLA对数据采集单位进行定期审查。US EPA总部和区域质量控制部门定期开展数据采集单位的审查，确保数据采集单位数据质量符合技术和合同要求。审查主要包括以下几个方面：评估签约单位质量保证方案的执行情况，判断哪些环节需要改善和指导；对质量保证活动以及数据采集系统进行系统技术审查，包括采样、分析系统，设备维护记录，质量表格记录情况等；数据质量审查，判断是否有足够信息对现有数据质量进行判断；绩效评估审查，对实验室及分析人员的工作表现，使用的设备或分析技术进行审查等。

第二次全国土壤普查成立中央级、省级、地区级三级“土壤普查科技顾问组”开展具体业务指导以及成果质量检查。全国土壤污染状况调查和多目标区域地球化学调查，组织成立了技术指导专家组，对项目开展进行指导，确保调查任务按时保质保量完成。国家土壤环境监测网例行监测和农业部农产品产地土壤重金属污染普查中，建立了专家库，并筛选专家组成质量监督检查组，对监测任务全过程进行质量监督检查、技术指导和考核评估。

1.2.2 制定技术规定，统一分析测试方法

GEMAS、NGSA项目在采样前均编制了采样工作手册并进行分发，同时集中采购采样设备与耗材并提供给负责采样的各个机构。

我国在各农用地调查实施时，均制定了实施方案、技术规定等技术文件，为土壤调查任务的顺利实施和质量保证提供依据。各项目均规定应选择检出限低、准确度高、精密度好并满足技术要求的分析方法。选用的分析方法需进行方法验证，检出限、准确度和精密度验证合格后方可用于调查样品分析。

       1.2.3 开展实验室筛选

GEMAS要求当调查样品数量规模允许时，尽量确保每一个分析项目都由同一家实验室负责完成。当分析工作由不同实验室开展时，要求实验室拥有相应的资质，且已建立各自的质量保证与质量控制体系，确保分析项目的不确定度和灵敏度符合项目要求。当同一个元素可以采用不同方法分析时，比较其精密度和偏差，以确定最佳测试方法。

我国各农用地调查项目均要求检测实验室具有国家或地方计量认证资质或国家实验室认可资质，以确保实验室能按照相关技术规定取得合格数据。国家土壤环境监测网例行监测中，检测实验室资质、人员能力、监测方法、监测条件和质量管理等均由省级站负责核查确认。农业部农产品产地土壤重金属污染普查中，对拟参加样品分析测试的检测实验室进行初步筛选，通过初步筛选要求的实验室需参加全国农产品产地土壤重金属污染防治普查全程质量控制培训并考核合格，且通过能力验证后，方可入选合格检测实验室名录。多目标区域地球化学调查中，对承担样品检测任务的实验室进行了考核筛选。

     1.2.4 组织人员技术培训

GEMAS在采样环节开展了实地采样培训，以确保采样工作质量满足要求。

我国各农用地调查项目均组织多级、多次技术培训或宣贯，确保工作人员按照项目要求完成样品采集与分析任务。

1.3 各环节质量控制技术

1.3.1 样品采集

国外各项农用地调查中，除USGS项目基于2次试验性研究结果，认为采集平行样对质量控制作用不大，并在项目正式开展时未采集现场平行样外，其余项目均采集了现场平行样，以评估采样带来的不确定度。GEMAS、NGSA和USGS等项目中，所有采集样品均进行了随机编号，使分析误差均匀分散在所有样品中，避免系统误差的影响。随机的分析顺序也可以将项目内部标准物质以盲样的形式插入到测试序列中。

全国土壤污染状况调查对采样质量进行检查，包括采样地点的准确性、合理性，采样记录的完整性，采样工具、样品容器的正确性，样品包装的规范性以及采样器具是否进行严格清洗等。国家土壤环境监测网例行监测中，全部样品通过随机编码实现采测分离，采样结束后采样小组对采样记录进行自检。农业部农产品产地土壤重金属污染普查中，由各省级农业机构和国家级质量控制检查督导组对采样质量进行二级检查。

1.3.2 样品制备

GEMAS、NGSA、USGS等调查项目中，样品采集完成后均运送至指定的机构进行统一制备。样品经过风干、均质化处理后分为不同粒径的多个子样品，以供分析或作为留存样品。

国家土壤环境监测网例行监测中，建立了6个标准化土壤样品制备与流转中心，实现了集中制样质控模式，采用了视频监控和记录留存备查的质控方式。农业部农产品产地土壤重金属污染普查中，设置专门质量监督员1名，并由省级农业机构和国家级质量控制检查督导组对制样质量进行二级检查。

1.3.3 样品分析测试

实验室分析测试的内部质量控制体系比较成熟，其主要措施包括校准曲线要求、空白试验、平行样分析、有证标准物质分析、基质加标实验、异常值复测等。空白样可判断实验过程是否存在污染；平行样可反映分析结果的精密度；有证标准物质及基质加标实验等方法可评估分析结果的正确度。

国外农用地调查项目中多使用有证标准物质对分析结果进行监控，但存在部分局限，如元素含量定值方法与调查项目不同，或有证标准物质的基质和元素含量与项目采集的样品有较大的差别。为此GEMAS等项目研制了内部标准物质，与项目其他常规分析样品使用相同的采样方法和设备在项目调查的地块内进行采集，以解决上述问题。在结果正确度和精密度评估时，GEMAS项目和NGSA项目均通过X-Charts(即以项目标准物质的分析顺序为横坐标，分析结果为纵坐标生成的散点图)来直观观察标准物质分析结果的变化趋势和离散程度，识别监测结果的异常值。GEMAS项目还使用Thompson and Howarth方法(即以整个项目各个实验室分析平行样的平均浓度为横坐标，以平行样结果的绝对偏差为纵坐标生成散点图)更直观地判断项目整体精密度情况，并识别异常的分析结果。

全国土壤污染状况调查的实验室外部质量控制主要通过中国环境监测总站插入密码外部质控样品进行。国家土壤环境监测网例行监测中，外部质控分为省级外部质控及国家级外部质控。省级外部质控通过均匀插入测试序列的质控样品分析结果对质控结果进行评价，并上报中国环境监测总站；国家级外部质控包括现场平行样比对和实验室平行样比对等措施。农业部农产品产地土壤重金属污染普查中，通过对每批样品插入密码平行样(包括室间密码平行样和室内密码平行样)和定值质控样品对检测实验室样品分析测试过程进行外部质量控制，每月至少1次指派专人对各检测实验室的质控情况进行监督检查，开展互检或盲样测定考核，并不定期对各检测实验室进行抽检或复检。

2 土壤详查质量保证与质量控制工作特点

已有的全国土壤污染状况调查目的在于全面、系统、准确地掌握全国土壤环境质量总体情况；多目标区域地球化学调查属于基础性地质调查工作范畴，更多涉及地球化学、地质基础、地理背景等信息；农产品产地土壤重金属污染调查则侧重摸清农产品产地重金属污染底数，实施农产品产地分级管理。结合工作目的，本次全国土壤污染状况详查(2016—2021年)需要在系统性、精细化等方面填补之前调查工作的空白，因此相比于已有的土壤调查工作，呈现以下特点。

2.1 调查过程复杂

依据本次土壤详查的调查目的，同时受限于调查规模、时间与工作经费，需增加全国统筹的调查对象筛选确定环节以确保有限资源的合理利用；农用地详查需解决由点到面的技术问题；企业用地调查需增加风险筛查环节以确定开展采样调查的对象；各项工作完成后还需进行国家级评价与成果集成工作。本次土壤详查呈现链条式、多环节且环环相扣的特点，时间紧、先例少。

2.2 工作内容复杂

本次土壤详查首先分为农用地详查与企业用地调查，其中农用地详查涉及土壤与农产品等不同调查对象；企业用地调查分为在产企业、关闭企业、填埋场及尾矿库调查任务，每项任务均涉及土壤与地下水调查。本次土壤详查呈现多分支、多对象的特点，工作内容复杂、任务量大。

2.3 工作组织复杂

本次土壤详查在组织实施上由生态环境部、自然资源部、农业农村部等多部门牵头；涉及农产品安全、场地污染调查、环境影响评价、环境监测、水文地质或地质勘探等多领域；放开社会面第三方参与，各任务承担单位水平存在差异；所用分析测试方法涉及国家、生态环境、国土与自然资源、农业农村等标准，方法适用对象多样。

由于本次土壤详查时间紧、任务重、难度大、先例少、要求高；过去已有的土壤调查，部分工作环节质控方法缺失或不完善，部分环节虽然存在一些成熟的质控手段，但从未在如此大范围的调查中进行应用。针对以上工作特点，本次土壤详查工作无论是针对全新领域的技术创新、还是针对已有成熟领域的集成创新均做了大量工作，以满足对质量保证与质量控制工作全面、精细的极高要求。

3 土壤详查质量保证与质量控制技术路线及方法

在充分借鉴国内外已有工作经验的基础上，密切结合土壤详查质量保证与质量控制工作需求，围绕“坚持质量优先原则，加强土壤详查全过程质量管理，严格按照土壤详查技术规定和管理要求规范开展土壤详查各项工作，确保土壤详查数据和成果真实、准确、全面”的土壤详查质量管理目标，明确其技术路线与技术方法，即：通过建立和运行高效统一的土壤详查质量管理体系，层层落实相关部门的质量管理责任，建立质量保证与质量控制工作机制，强化土壤详查人员培训，加强土壤详查技术指导、监督检查和数据审核，确保土壤详查数据质量；充分应用信息化等手段，强化系统管理，控制人为差错，实现对土壤详查的前期工作准备、资料调查与布点采样、样品流转与制备、样品分析测试、数据上报与审核入库、成果汇总分析与集成等全过程质量管理。具体技术路线见图 1。

图 1 土壤详查质量保证与质量控制技术路线

各阶段的主要技术方法包括集成创新和技术创新两方面。

3.1 集成创新

本次土壤详查质控的集成创新体现在管理体系与工作机制的构建与推行、成熟质量控制手段的综合运用2个方面。

组织实施方面，构建了包括国家级、省级、任务承担单位级的三级质量管理体系。

工作机制和保障措施方面，成立由生态环境部、自然资源部、农业农村部等部门专家组成的质量保证与质量控制技术专家组；通过综合分析已有调查数据和重点行业企业资料，确定农用地详查范围和企业用地调查对象，科学合理地制定土壤详查方案；组织各省(区、市)和新疆生产建设兵团筛选土壤详查实验室并进行技术审核；建立人员培训机制。

质控技术方面，在样品采集、制备与分析测试环节，基于各环节及全过程质量控制的思想及现有研究，为更好地降低采样误差与分析误差，土壤详查构建了统一的分析测试技术体系，集成应用了样品二次编码、统一制样中心、实验室内部质量控制(包括但不限于空白试验、定量校准、精密度、正确度、异常值复检等)、密码平行样(室内、室间)、能力验证、飞行检查等质控手段。

3.2 技术创新

本次土壤详查质控的技术创新集中体现在利用信息化支撑与实现全流程覆盖2个方面。

资料调查和布点采样阶段：国家和地方协作联动，基于高分遥感影像与第一次和第二次全国污染源普查、环境统计、2015年度国家统计基本单位名录库中重点行业企业信息等多源数据，实现了精准布点；利用手持终端设备精准派发采样任务，并通过定位数据，控制采样点位偏移不超过50 m；通过手持终端设置相应字段，农用地详查规范记录土地利用方式、灌溉方式、采样地点所在行政区、耕作方式、地形地貌、土壤系统分类、土壤发生分类、样点周边信息等信息，企业用地调查规范记录地块基本信息、地层性质基本信息、采样准备、土孔钻探、土壤样品采集与保存、地下水采样井建设、地下水样品采集与保存、样品基本信息、采样记录单、质控记录单等关键信息和照片。一方面实现了全国数据样式的规范统一；另一方面实现了采样过程的实时审核与采样资料的事后抽查，确保了相关数据的规范、准确。

样品流转与制备阶段：增加对制样过程的影像记录的要求，实现了对制样过程中土壤样品粗磨破碎方法是否正确，是否将全部土样手工粗磨过2 mm尼龙筛，粗磨过筛后样品是否进行了混匀，缩分方法是否正确，制样所用工具每处理1份样品后能否清理干净，制样场所防污染措施是否到位，土壤样品与农产品样品是否分开独立制备等工作要点的远程、实时、全时的监控，确保了制样过程的规范。

样品分析测试阶段：通过扫描样品编码，对样品运送、实验室样品接收、样品测试和数据报送等进展情况进行调度监控；创新应用统一监控样技术控制实验室分析正确度，分介质、分批次、分浓度梯度研制了土壤pH值，土壤有机质，土壤机械组成，土壤阳离子交换量，土壤中砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌8项重金属总量，土壤中8项重金属可提取态，土壤中氟化物，土壤中多环芳烃，土壤中石油烃(C10—C40)总量和大米粉中8项重金属总量，小麦粉中8项重金属总量总计11种62批次土壤详查统一监控样，有效应对了现有标准物质种类不足或不适用于本项目的情况，保证了实验室分析测试数据的正确度。

数据上报审核入库与成果汇总分析集成阶段：依托信息系统预先设置的报警限值，对上报的室内密码平行样比对结果、室间密码平行样比对结果和统一监控样检测结果实现自动精准识别和数据审核，对超过质控报警限值的数据和样品进行实时预警与直观展示；对上报的数据与成果开展大数据比对、形式审查、上机审查、专家会议审查等多轮次质控审核，其中大数据比对通过设置逻辑判断条件、统计判断条件识别出的异常数据，上机审查全面审核了工作过程中的反馈意见闭环情况和重要成果复核调整情况，严格保证上报数据与集成成果质量。

4 土壤详查质量保证与质量控制主要经验

4.1 强力组织协调和全面业务指导的独立质量控制是土壤详查质量管理工作扎实推进的重要保障

本次土壤详查是质量管理最严、部门间合作度最高的土壤环境调查工作之一。横向上，生态环境部、自然资源部和农业农村部三部门的参与人员发挥各自业务专业优势，密切合作，同时充分借助高校、科研院所等专业的技术力量，构建了国家、省(区、市)和任务承担单位三级质量管理体系，组建了独立高效的土壤详查质量控制团队。纵向上，国家及各省(区、市)分别建立国家级与省级质量保证与质量控制技术专家组，制定质量控制工作方案，加强组织协调，通过行政督导、技术指导和监督检查、飞行检查等方式，压实各方责任，将每次发现的问题及时形成意见并反馈。横向组织协调的有效、纵向业务指导的有力，确保了土壤详查工作全面、有效、扎实推进。

4.2 强化过程协同和引入信息化手段的全过程质量控制是土壤详查质量管理工作高效实施的重要途径

本次土壤详查在充分调研国内外同类调查质量管理经验的基础上，通过构建覆盖全过程的高效组织管理体系与统一技术体系，全面强化了土壤详查质量管理工作的上下联动与环节协同。信息采集、采制留存、分析测试和质量控制等各类手持终端以及信息管理、数据上报、成果集成等各类信息平台的使用，为土壤详查质量控制工作的高效开展提供了极大便利，支撑了土壤详查全过程留痕，推动了三级质量管理体系实施，实现了内外部质量管理协同、全过程各环节衔接，体现了质量控制的真实性、实时性、完整性，达到了全过程、各环节的有效质量管理。

4.3 秉持零容忍质控态度和创新外部质控手段的高标准质量控制是确保土壤详查数据质量的重要保证

国家层面强化对土壤详查质量控制工作的技术指导和监督管理；省级层面扎实推进土壤详查质量控制工作的组织实施；任务承担单位层面对任务实施开展全程内控。各级质量控制负责单位对发现的问题和潜在风险采取零容忍态度，不错过、不放过，有警必查、有错必纠、有漏必补、有险必排、有环必闭。创新应用多源数据相互验证、实验室筛选与能力验证、信息系统实时审核、样品制备视频监控、统一监控样品正确度控制、密码平行样品精密度控制、调查成果大数据核验等外部质量控制手段，为各环节调查数据和土壤详查成果的规范性、合理性、可靠性、准确性提供了有效支撑。

5 建议

根据土壤详查质量保证与质量控制工作实践经验，从质量控制体系完善及相关配套技术能力提升方面提出以下几点建议。

(1) 深入挖掘土壤详查质量管理成果，健全国家土壤环境调查质量管理机制。本次土壤详查初步建立起了国家层面土壤环境调查的质量管理组织体系和技术体系，建议进一步系统梳理和总结质量管理经验，深入挖掘土壤详查海量数据，不断优化基于大数据的质量控制系列技术解决方案，指导后续全国土壤环境调查的质量管理工作。

(2) 加强土壤环境监测分析方法研究，完善国家土壤环境监测方法标准体系。本次土壤详查发现，在基础信息调查中出现频次较高的前500种地块特征污染物中，还有大约150种特征污染物目前尚没有可用的监测方法标准，建议进一步梳理现有土壤和地下水环境监测分析方法，有计划地组织制定土壤和地下水环境监测调查急需的方法标准，加强对不同原理分析方法之间监测结果的可比性研究，进一步完善国家土壤和地下水环境监测方法标准体系。

(3) 加强土壤质量控制样品和标准物质研制，夯实国家土壤环境调查及环境监测质量基础。本次土壤详查发现，我国土壤环境监测质量控制样品和标准物质种类还非常有限，不能满足土壤中特征污染物，特别是挥发性有机物和半挥发性有机物检测指标的质量控制需求，建议在国家层面组织研制多浓度水平的土壤环境监测质量控制样品和标准物质。同时，基于本次土壤详查产生的质量控制数据，梳理土壤和地下水各检测指标精密度要求，完善土壤环境调查及环境监测质量控制技术要求，全面提升我国土壤监测调查质量控制软、硬件水平。

(4) 研究建立土壤环境调查单位分级评价体系，提升国家土壤环境调查能力。通过本次土壤详查，有效锻炼了我国土壤环境调查队伍。建议进一步优化配置土壤环境调查与环境监测队伍，建立调查单位和检测实验室分级评价体系，量化评估调查单位和检测实验室技术能力水平，持续以技术和质量为导向，有效引领土壤环境调查和环境监测市场，保持土壤环境调查和环境监测队伍活力，逐步提升全国土壤生态环境技术支撑能力。

(5) 持续探索日常土壤环境调查质量控制工作模式，形成土壤环境调查质量控制工作新常态。在今后日常土壤环境调查工作中，建议管理部门或委托单位在委托调查任务时，充分借鉴本次土壤详查质量控制经验，除委托承担调查任务的调查单位之外，还应安排专门负责外部质量监管的质量控制单位，有效加强土壤环境调查工作全过程的质量控制工作，解决当前存在的土壤环境调查质量失控问题。