廣西土壤樣品庫建設及樣品信息化系統管理研究

梁 鵬，秦旭芝，黎 寧，陳 蓓，鄧敏軍，唐國滔

(廣西壯族自治區生態環境監測中心，廣西 南寧 530028)

1 引言

土壤是人類賴以生存的最基本資源，是糧食安全、生態維持和環境保護的根本保障，記錄著地球生態環境變化的信息，關系到人民群眾的身體健康及美麗中國建設，保護好土壤環境是推進生態文明建設和維護國家生態安全的重要內容[1]。隨著我國工業化、城市化不斷加快，土壤污染正在由局部向整體蔓延，土壤環境問題也變得越來越嚴重，采集土壤樣品進行調查監測是監督管理土壤環境資源的重要手段，而土壤樣品庫是用于系統性收集和長期存儲土壤樣品的基礎設施，是作為土壤環境質量監測和科學研究不可或缺的基本平臺[2]。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。

生態環境部于1992年在北京建立我國第一個土壤樣品庫，實現了我國陸域全覆蓋土壤調查環境樣品的入庫保存，中國科學院南京土壤研究所于2017年建成了國內標準化樣品管理規模最大、保存條件完備的土壤樣品長期保存系統，實現了土壤樣品的分布式存儲和集成式管理。“十一五”期間開展了全國土壤污染狀況專項調查，各省市相繼建成省級土壤樣品庫，但都存在重建設、輕運行，重硬件、輕信息管理的問題，對新出現的環境問題不能進行有效的回顧性分析，對找到污染根源并提出有效對策進而保護環境極其不利[3]。廣西壯族自治區生態環境廳于2020年3月建成了廣西省級土壤樣品庫，實現廣西土壤環境樣品集中制備、流轉、入庫保存及信息化管理。本文主要介紹廣西土壤樣品庫建設過程、功能分區、科普宣傳及樣品信息智能管理系統等，使廣西的土壤環境樣品的回顧性分析成為可能，為廣西土壤環境監測及土壤污染防治提供技術服務和科技支撐，并期望土壤樣品庫能更好的成為環境研究和管理的有力工具[4-6]。

2 廣西土壤樣品庫建立的意義

2.1 科學規劃、統籌全區土壤樣品制備與流轉

土壤樣品庫的建立旨在貫徹落實《土壤污染防治行動計劃》，保證土壤監測數據質量，提高廣西土壤環境監測樣品制備能力，形成標準化土壤樣品制備間，并逐步建立土壤樣品集中制備、流轉和質量控制等多項功能為一體的管理機制，通過開展區域土壤樣品制備與流轉工作，形成由地方采樣、集中制樣、盲樣編碼、異地分析的業務化工作模式，保證樣品制備、流轉及測試過程的質量和效率。

2.2 長期儲存土壤樣品和土壤環境質量信息的重要平臺

隨著經濟發展、城市化進程的加快，土壤生態環境也在不斷發生改變，歷史土壤樣品，作為不可再生資源，是長期研究土壤生態環境演變規律、污染物濃度變化趨勢的基礎。相對于發達國家，我國的土壤樣品庫發展明顯處于起步階段，而建立基于長期監測的土壤樣品庫是當前社會經濟發展的迫切需要。

廣西在獲得中央及地方土壤污染防治專項資金支持下，秉著“規范、專業、智能、高效、安全”的原則，廣西土壤樣品庫建成并投入使用。首先，能高效安全儲存廣西各類土壤調查、專項監測及科研項目中獲得的土壤樣品和土壤環境質量信息；其次，鑒于新的土壤分析技術更新，使歷史樣品的回顧性分析成為可能，為研究土壤污染物隨時間、空間變化趨勢及規律提供判斷依據；再次，土壤樣品庫作為廣西的環保設施之一，履行樣品庫向公眾開放的職責，積極發揮傳播土壤保護科學知識的作用；最后，作為土壤環境信息的重要平臺，為廣西土壤環境監測和土壤污染防治提供技術服務和科技支撐。

2.3 探索智慧土壤樣品庫的建設及管理模式

智慧土壤樣品庫的建設是加快我國信息化步伐的需要，也是我國環境樣品庫發展的需要，將計算機、通訊和網絡等高新技術運用到智能化、信息化的土壤樣品庫建設中，在保存土壤樣品實物的同時，記錄存儲土壤樣品所有檔案信息，通過土壤樣品信息的有效利用和共享，發揮其增值作用，打破效率低下、實用性差傳統的表格式管理方式，探索3D互動技術在土壤樣品庫建設中的運用，實現密集柜的容量管理可視化，以3D空間占用形式展示密集柜的使用狀況。

3 廣西土壤樣品庫的建設技術路線

遵循制樣專業化、管理規范化、質控標準化和智能信息化的建設原則，樣品庫一層建成了包含接樣室、風干室、磨樣室、編碼室、檔案室、展覽室等功能的流轉中心，滿足土壤樣品制備與流轉、質量控制與管理、技術人員培訓、科普宣教等需求。遵循“長期性、安全性、準確性、智能化”的建設管理原則和建成土壤樣品“專業庫、歷史庫、科普庫、數字庫、智能庫”的功能定位，樣品庫二層建成廣西生態環境土壤樣品庫，滿足土壤環境的監測、資源保存、成果展示、科普傳播和科學研究的需求。樣品庫建設技術路線如圖1所示。

圖1 廣西土壤樣品庫建設技術路線

4 廣西土壤樣品庫建設實踐

4.1 土壤樣品庫基礎建設及分區

廣西土壤樣品庫位于廣西生態環境創新基地，占地面積908.75 m2，建筑面積1731.5 m2，設計樣品存儲量為25萬個。樣品庫設計充分展現壯族傳統民居元素，利用結構柱、豎向門窗的體量分段和坡屋面的變化，形成富有韻律的節奏和立面造型。樣品庫分為上下兩層，按照土壤樣品工作流程，一層建設有接樣間、風干間、制樣間、流轉間及科普宣傳展覽間等功能間，主要用于樣品制備、流轉及環保科普教育；二層建設有三個標準樣品儲存庫及智能信息管理間，主要用于長期有效儲存和科學管理、利用、展示土壤樣品及樣品信息，現庫內主要存儲廣西 “七五”期間土壤背景值樣品200多件、“十一五”期間全國土壤污染狀況調查樣品3000多件、“十三五”期間農用地詳查樣品近60000余件、歷年土壤例行監測樣品4000多件、土壤污染防治科研項目樣品500多件。樣品庫功能分區詳見圖2、圖3。

4.2 土壤樣品庫環境要求及工作管理流程

4.2.1 樣品庫環境要求

廣西土壤樣品庫根據樣品制備、流轉、入庫等不同環節建設不同功能間，整棟配備中央空調，室內環境無污染、干燥、通風良好、避免陽光直射，具備長期保存、利用和展示土壤樣品條件，建設滿足原環保部關于印發《土壤樣品庫建設及運行維護技術規定》環辦土壤函〔2018〕1454號通知的有關要求[7]。

4.2.2 土壤樣品制備、流轉工作流程

通過視覺掃描判斷并接收符合規定的無機土壤樣品，在風干間將土樣放入搪瓷盤自然風干、初碎并置于風干架上，在制樣間利用木棒或有機玻璃棒對土樣進行粗磨，將全部土樣粗磨后混勻，過孔徑2 mm尼龍篩，去除2 mm以上的雜質(稱重、記錄、丟棄)，大于2 mm的土團要反復研磨過篩，直至全部通過[8]。用于分析測試的樣品經樣品流轉間二次編碼后流出，土壤樣品制備、流轉工作流程詳見圖4。土壤有機樣品收樣后在低于4 ℃暗處冷藏，早于分析方法規定時間要求流轉至實驗室。

圖2 廣西土壤樣品庫一層分區平面

圖3 廣西土壤樣品庫二層分區平面

圖4 土壤樣品制備、流轉工作流程

4.2.3 土壤樣品入庫與管理流程

每瓶待入庫樣品經過視覺掃描檢驗，判斷樣品容器破損與否、重量是否符合規定以及讀取標簽信息和編碼，打印位置碼并掃碼關聯樣品信息，完成樣品儲存位置與信息綁定，自動整理成電子檔樣品歸檔文件儲存，并按行政區分別轉至密集柜前的中轉平臺，土壤樣品入庫與管理流程詳見圖5。

圖5 土壤樣品入庫與管理流程

4.3 土壤樣品儲存庫智能控制系統

土壤樣品庫智能密集柜集手動、電動、電腦操作于一體，可分庫、區、排、節、層等多層級儲存，具有多位點操作功能，既可在移動列、固定列操控面板上操作架體開啟關閉，又能通過電腦遠程操作界面實現架體的遠程控制。實時顯示架體狀態、溫濕度數值、樣品數目及存放位置的信息；具有溫濕度、煙霧檢測功能及紅外線探測人體保護功能，溫濕度及煙霧異常，系統自動記錄并發出蜂鳴報警，紅外線檢測到通道有人或物，能及時禁止架體的移動，支持二維碼的生成和掃描；具有語音播報及智能化立體式燈光引導定位功能，管理系統能對目前執行的命令和當前狀態進行語音播報，燈光引導管理員到相應的位置；電機機械故障或過載，自動切斷電機供電，故障排除自動恢復運行，高度智能的密集柜控制系統有效保障了土壤樣品的完整及安全[9]。

4.4 土壤樣品儲存庫信息化管理系統

4.4.1 土壤樣品庫信息化管理系統功能

土壤樣品庫信息化管理軟件采用B/S、C/S雙資源檢索架構，B/S通過瀏覽器頁面，更方便異地檢索查詢，C/S運行穩定，與掃描槍更容易集成，系統的基本功能，包括土樣管理、設備管理、土樣信息查看與管理、土樣狀態和使用情況做實時的監控。

集成廣西“土壤監測管理系統、土壤環境信息管理平臺”的土壤樣品點位信息(樣品編碼、坐標、類型等)、采樣記錄(采樣單位、人員、時間等)、圖片信息(采樣過程記錄、周邊環境等)、測試報告(各項目監測值、評價結果等)信息，實現樣品分類管理，集成智能密集柜與樣品信息的二維碼，對每瓶入庫土壤樣品進行位置(庫號、區號、排號、節號、層號、瓶號)定位及信息交互，并按項目任務劃分，土壤樣品進行分庫分區存放，以便后續搜索查詢和使用[10]。

通過3D可視化識圖能對密集柜存儲情況(實時空余、占用情況及已存儲的樣品數量)和實時狀態進行動畫展示，密集柜存儲情況包括密集架的，點擊3D密集架具體位置可跳轉對應位置的樣品信息頁面[11]。

4.4.2 土壤樣品庫信息化管理系統特點

廣西土壤樣品庫信息化管理系統具有土壤樣品信息管理科學化、流程管理自動化及成果管理可視化。

信息管理科學化：集成廣西“土壤監測管理系統、土壤環境信息管理平臺”提升豐富土壤樣品信息，采用二維碼技術準確的定位每個樣品的位置、記錄樣品的信息，確保樣品的唯一性和確定性，精準定位查詢功能，提高了土壤樣品出入庫的效率與準確性[12]。

流程管理智能化：減少傳統手工登記管理過程中的誤操作風險，系統始終記錄樣品有序狀態(收樣、處理、存儲、出庫、入庫、使用等過程)，實現掃碼自動讀寫、識別及通知提醒功能。

成果管理可視化：通過3D虛擬仿真功能，實現密集柜的容量管理可視化，以3D空間占用形式展示密集架的使用狀況，直觀的了解到密集架的實時空余、占用情況及樣品存儲情況，成果展示更加直觀形象, 數據查詢更加方便快捷，工作效率大大提高。

4.5 土壤樣品庫管理制度

為做好廣西土壤樣品庫的管理工作，確保廣西土壤樣品庫規范、有序運行，規范開展土壤樣品風干、制備、流轉及保存等工作，制定了系列土壤樣品庫技術規程與管理制度。制定土壤樣品的出入庫管理程序，明確管理人員職責，鑒于特殊土壤樣品的保密性，嚴格遵守國家的保密規定，執行土壤樣品和相關資料的保管、出入庫、銷毀制度,確保土壤樣品及信息的安全[13]。

5 結語

廣西土壤樣品庫致力于建設四“基地”，打造土壤環境的樣品制備、流轉、儲存和土壤污染防治科研、宣教、培訓、展示等多功能一體化的創新平臺。集合土壤樣品流轉、制備、存儲等功能的土壤監測基地；基于土壤污染防治技術應用與溯源鑒定的科研創新基地；面向社會公眾的宣傳教育基地；全區土壤監測技術人員的培訓基地，實現廣西土壤監測的科學化、標準化、合理化及規范化管理[14]。建立土壤樣品庫信息化管理系統，制定系列技術規程與管理制度，實現對承載著歷史土壤環境特征信息的土壤樣品信息的管理和利用，為開展土壤污染防治、政府決策及科學研究等提供有力的數據支撐[15]。