山東省生態環境土壤樣品庫建設與應用實踐

趙 超

(山東省生態環境監測中心，山東 濟南 250101)

1 引言

土壤是地球陸地表層物質循環和能量流動的重要場所，是糧食安全、生態維持和環境保護的根本保障。同時土壤作為巖石圈、水圈、生物圈以及氣圈相互作用的產物，還記錄了地球生態環境變化的信息。因此，通過對不同時期土壤樣品的保存，可以建立一系列的生態環境斷面，為長期生態環境變化研究提供基礎。建設土壤樣品庫是加強土壤樣品保存、管理和利用的重要舉措，也是加強土壤環境管理的重要內容[1～4]。2019年12月，山東省初步建成了省級生態環境土壤樣品庫，主要保存山東省歷史土壤樣品、省級組織開展的例行監測和專項調查等土壤樣品，實現了全省土壤樣品規范化、智能化、現代化管理。主要介紹山東省生態環境土壤樣品庫建設需求、硬件設施、智能管理系統、管理要求等內容，以期為各地建設本地區土壤環境樣品庫提供參考和借鑒，同時也為土壤環境保護決策制定、土壤污染防治科學研究等提供樣品和數據支撐。

2 山東省生態環境土壤樣品庫建設的必要性

國務院《土壤污染防治行動計劃》要求各地開展土壤污染狀況詳查，建立每10年開展1次的土壤環境質量狀況定期調查制度。原環境保護部等五部門印發的《全國土壤污染狀況詳查總體方案》明確要求各省建設省級土壤樣品庫。原山東省環境保護廳《山東省生態環境監測網絡建設實施計劃(2018-2020年)》中明確提出建設省、市兩級土壤樣品庫和樣品流轉中心。

“七五”以來，山東省先后開展了“七五”土壤背景值調查、“十一五”土壤污染狀況調查、“十二五”土壤環境質量試點監測、2016年山東省場地土壤污染狀況調查和土壤污染狀況詳查等工作，已累積留存土壤樣品7萬余個。正在開展的國家網土壤環境質量例行監測，每5年新增土壤樣品2000余個。目前，重點行業企業用地調查需留存的土壤樣品約1.5萬個。綜合考慮已有土壤樣品長期存放、留存樣品和國家庫樣品暫存等需要，同時滿足山東省今后10年的土壤樣品入庫需求，土壤樣品存放總需求約10萬個。土壤樣品存放不規范、不安全、管理不方便的局面亟需改變，建設規范、先進的省級環境土壤樣品庫迫在眉睫。

3 山東省生態環境土壤樣品庫建設目標

按照“功能齊全、布局合理、管理先進、國內領先”的目標，建成集土壤樣品流轉交接、制備、存儲及智能化管理等功能于一體、各項功能區劃明確、工作流程和系統操作便捷的、智能化程度高的省級環境土壤樣品庫，能夠滿足山東省“七五”以來所有歷史土壤樣品入庫存放及今后10年的土壤樣品入庫需求，滿足土壤樣品風干、制備、保存、利用和展示的條件，土壤樣品各類信息全部實現數字軟件管理。

4 山東省生態環境土壤樣品庫建設實踐

4.1 土壤樣品庫建設要求

土壤樣品庫樓層承重應滿足土壤樣品存放、設備布置、存放的要求，配備專用電梯，用于土壤樣品、監測設備運送。配備滿足工作需要的電力供應，以滿足土壤樣品研磨、風干、超級站監測運行等需要；安裝防雷及獨立接地系統，滿足監測設備需要。安裝網絡和電話系統，滿足監測設備數據傳輸及人員工作聯系。安裝通風系統，用于土壤樣品風干及監測實驗室新風補充、廢氣排放；部分功能間安裝空調、除濕系統，保證溫濕度相對恒定。

4.2 土壤樣品庫庫房建設

4.2.1 結構與分區

山東省生態環境土壤樣品庫在功能設計過程中，堅持“對標國家標準、優于國家標準”的原則，建成了具備樣品風干、制備、流轉、儲存、展示、技術交流等功能于一體，硬件配置操作便捷，安全高效，軟件設計智能互聯、多碼合一，實現土壤樣品制備工位“下抽風、下集塵、下降塵”。

樣品庫設有樣品風干室、烘干室、樣品制備間、樣品流轉間、成品樣品暫存間、展示間等10個功能間。其中，樣品風干室主要用于土壤樣品自然風干、清理雜質等，具有溫控、加熱、換風、除濕、防塵等功能；樣品流轉室主要用于工作人員對土壤、農產品樣品進行登記、核對、分類裝箱、交接流轉。農作物樣品儲存間具備24 h恒溫恒濕功能，可長期儲存3000余個農作物樣品；展示間內陳列了自山東省生態環境監測中心于1979年成立以來，歷史土壤監測曾使用過的原子吸收、測汞儀、電子天平等30余臺套儀器設備，自“七五”以來全省土壤背景值調查、放射性調查、場地污染狀況調查、土壤污染狀況詳查等歷史檔案資料，以及部分歷史土壤樣品。

4.2.2 設備器材配置

土壤樣品庫設備器材包括土壤樣品采集設備、土壤樣品前處理設備、土壤樣品存儲及管理設備以及其它輔助設備。其中，樣品流轉間配有激光刻碼機1臺，實現了在樣品瓶上進行激光打碼，并標識二維樣品編碼，可同時滿足1000個土壤樣品流轉；樣品制備間能夠同時滿足400個樣品風干、8個人工和機械研磨工位，主要配有行星式球磨儀3臺、高能臼式研磨儀1臺、振蕩篩分儀2臺、分樣儀1臺、真空冷凍干燥機1臺；土壤樣品儲存間配有智能密集柜112個，10萬個樣品儲存的需求。

4.3 土壤樣品庫智能管理系統

4.3.1 主要功能

山東省生態環境土壤樣品庫配有智能樣品庫管理系統，該系統利用物聯網、自動化等技術，結合智能密集柜、智能標簽、智能溫濕度控制、智能語音提醒、視頻監控、標簽打印、激光自動刻字來實現對所有土壤樣品的統一存儲，滿足土壤樣品的入庫、出庫、查詢、快速導航和智能盤點等智能化管理需求，主要功能如圖1所示。

圖1 土壤樣品庫智能管理系統功能

4.3.2 智能管理系統特點

山東省生態環境土壤樣品庫智能管理系統具有準確性、安全性、便捷性、管理智能化、數據共享化、空間最大化等特點。

準確性：體現在保障樣品信息準確、樣品存取位置準確、技術支持(人為操作)準確。

安全性：體現在保障樣品性質安全、樣品信息安全、設備運行安全。

便捷性：體現在工作流程便捷、系統操作便捷、信息交流便捷。

管理智能化：采用智能密集柜、人臉識別、智能標簽、智能溫濕度控制、智能語音操作、視頻監控、APP自動化控制，實現對樣品庫的智能化管理。

數據共享化：通過網絡將多個不同區域樣品庫進行統一管理，信息共享。

空間利用最大化：通過密集柜的建設，有效提升空間利用率。

5 山東省生態環境土壤樣品庫管理要求

5.1 管理原則

按照“共建、共管、共用”的原則，充分發揮樣品庫的現有功能，加強管理應用與合作交流，努力在全省土壤環境質量監測以及其他土壤專項監測工作中發揮更大作用。

5.2 樣品管理

入庫樣品實現信息化管理。系統從新樣品登記、生成樣品編碼，到樣品信息維護、生成和打印樣品標簽(含新、舊樣品)，再到寫入對應的RFID標簽(樣品編碼)、激光刻字、樣品出庫等全過程，全部為信息化、流程化管理，并能快速查找樣品和導航定位。

采取定位查詢功能，實現對樣品存儲管理。系統通過構建3D模型圖，庫區的所有樣品通過3D圖準確定位到對應的列節層位置，密集柜支持自動查找，燈光閃爍，指引當前樣品位置，迅速定位，查找樣品更加方便。

“多碼合一”，有效管理樣品信息。采用條形碼/二維碼、RFID標簽、激光打碼，三碼合一進行標識，可使樣品查找更便捷，土壤信息保存更長久，管理盤點更方便[5～7]。

5.3 管理制度

為做好全省生態環境土壤樣品庫的管理工作，更好保存、應用土壤樣品，山東省建立了涵蓋土壤樣品接收、風干、流轉、制備、保存等業務全流程以及運行管理、安全管理、衛生管理、保密管理等多項管理制度。

土壤樣品庫管理制度主要包括樣品庫的運行、安全、衛生、保密等管理要求；土壤樣品庫樣品接收管理制度主要包括土壤無機樣品、有機鮮樣和農產品樣品接收的管理要求和工作流程；土壤樣品庫樣品保存技術規定主要包括土壤無機樣品、土壤有機鮮樣、農產品樣品保存的技術規定；土壤樣品庫樣品流轉操作規程主要包括樣品流轉的操作規定和工作流程，以及樣品流轉室的管理要求；土壤樣品庫樣品風干操作規程主要包括土壤樣品風干的操作規定和工作流程；土壤樣品庫樣品制備操作規程主要包括土壤樣品制備的操作規定和工作流程。

6 山東省生態環境土壤樣品庫入庫樣品

山東省生態環境土壤樣品庫樣品來源以省級組織開展的全省性土壤專項調查等項目所采集的樣品為主，目前已整理入庫的土壤樣品有山東省歷史土壤樣品、土壤環境質量試點監測土壤樣品、國家網土壤例行監測土壤樣品、全省場地土壤污染狀況調查土壤樣品和農用地土壤污染狀況詳查樣品，入庫土壤樣品共計3.3萬余個。其中，歷史土壤樣品約3000余個，包括全省“七五”土壤背景值調查、“十一五”土壤污染狀況調查及部分留樣等土壤樣品；土壤環境質量試點監測樣品1150余個，主要是自2011～2015年“十二五”期間開展土壤環境質量試點監測工作的土壤樣品；國家網土壤例行監測樣品土壤樣品1497個，主要是自2016～2019年開展的國家網土壤環境質量例行監測工作的土壤樣品；全省場地土壤污染狀況調查樣品約4300余個，主要為2016年全省場地土壤污染狀況調查的土壤樣品；農用地土壤污染狀況詳查樣品2.3萬余個，包括農用地土壤污染狀況詳查土壤樣品2萬個、農作物樣品2800余個。下一步，剩余歷史土壤樣品和山東省重點行業企業用地調查土壤樣品也應有序入庫。

7 結語

山東省生態環境土壤樣品庫濃縮了山東省土壤環境質量現狀，宏觀地代表山東省土壤污染狀況。土壤樣品庫的建設實現了全省土壤樣品及土壤樣品信息的有效管理和利用，有著非常重要的環境監測管理和科研價值[8]。收集土壤樣品立檔入庫，對土壤污染物含量和形態進行長期追蹤監測，并結合歷史數據，能夠清楚了解和掌握山東省有關區域土壤污染的演變與發展趨勢，為及時環境保護主管部門采取措施、防治土壤污染提供了科學依據和數據支撐。