梁 鵬，秦旭芝，黎 寧，陳 蓓，鄧敏軍，唐國滔

(廣西壯族自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)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(tài)維持和環(huán)境保護的根本保障，記錄著地球生態(tài)環(huán)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(huán)境是推進生態(tài)文明建設和維護國家生態(tài)安全的重要內容[1]。隨著我國工業(yè)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(huán)境問題也變得越來越嚴重，采集土壤樣品進行調查監(jiān)測是監(jiān)督管理土壤環(huán)境資源的重要手段，而土壤樣品庫是用于系統(tǒng)性收集和長期存儲土壤樣品的基礎設施，是作為土壤環(huán)境質量監(jiān)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(tài)環(huán)境斷面，為長期生態(tài)環(huán)境變化研究提供基礎。

生態(tài)環(huán)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(huán)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(guī)模最大、保存條件完備的土壤樣品長期保存系統(tǒng)，實現了土壤樣品的分布式存儲和集成式管理?！笆晃濉逼陂g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(huán)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(huán)境極其不利[3]。廣西壯族自治區(qū)生態(tài)環(huán)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(huán)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(qū)、科普宣傳及樣品信息智能管理系統(tǒng)等，使廣西的土壤環(huán)境樣品的回顧性分析成為可能，為廣西土壤環(huán)境監(jiān)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(huán)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(guī)劃、統(tǒng)籌全區(qū)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(jiān)測數據質量，提高廣西土壤環(huán)境監(jiān)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(qū)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(yè)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(huán)境質量信息的重要平臺

隨著經濟發(fā)展、城市化進程的加快，土壤生態(tài)環(huán)境也在不斷發(fā)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(tài)環(huán)境演變規(guī)律、污染物濃度變化趨勢的基礎。相對于發(fā)達國家，我國的土壤樣品庫發(fā)展明顯處于起步階段，而建立基于長期監(jiān)測的土壤樣品庫是當前社會經濟發(fā)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(guī)范、專業(yè)、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(jiān)測及科研項目中獲得的土壤樣品和土壤環(huán)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(guī)律提供判斷依據；再次，土壤樣品庫作為廣西的環(huán)保設施之一，履行樣品庫向公眾開放的職責，積極發(fā)揮傳播土壤保護科學知識的作用；最后，作為土壤環(huán)境信息的重要平臺，為廣西土壤環(huán)境監(jiān)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(huán)境樣品庫發(fā)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(fā)揮其增值作用，打破效率低下、實用性差傳統(tǒng)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(yè)化、管理規(guī)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(yè)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(tài)環(huán)境土壤樣品庫，滿足土壤環(huán)境的監(jiān)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(qū)

廣西土壤樣品庫位于廣西生態(tài)環(huán)境創(chuàng)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(tǒng)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(jié)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(huán)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(jiān)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(qū)詳見圖2、圖3。

4.2 土壤樣品庫環(huán)境要求及工作管理流程

4.2.1 樣品庫環(huán)境要求

廣西土壤樣品庫根據樣品制備、流轉、入庫等不同環(huán)節(jié)建設不同功能間，整棟配備中央空調，室內環(huán)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(huán)保部關于印發(fā)《土壤樣品庫建設及運行維護技術規(guī)定》環(huán)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(guī)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(guī)定時間要求流轉至實驗室。

圖2 廣西土壤樣品庫一層分區(qū)平面

圖3 廣西土壤樣品庫二層分區(qū)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(guī)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(qū)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(tǒng)

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(qū)、排、節(jié)、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(tài)、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(tǒng)自動記錄并發(fā)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(tǒng)能對目前執(zhí)行的命令和當前狀態(tài)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(tǒng)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(tǒng)

4.4.1 土壤樣品庫信息化管理系統(tǒng)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(wěn)定，與掃描槍更容易集成，系統(tǒng)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(tài)和使用情況做實時的監(jiān)控。

集成廣西“土壤監(jiān)測管理系統(tǒng)、土壤環(huán)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(huán)境等)、測試報告(各項目監(jiān)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(qū)號、排號、節(jié)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(qū)存放，以便后續(xù)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(tài)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(tǒng)特點

廣西土壤樣品庫信息化管理系統(tǒng)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(jiān)測管理系統(tǒng)、土壤環(huán)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(tǒng)手工登記管理過程中的誤操作風險，系統(tǒng)始終記錄樣品有序狀態(tài)(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(guī)范、有序運行，規(guī)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(guī)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(guī)定，執(zhí)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(huán)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(chuàng)新平臺。集合土壤樣品流轉、制備、存儲等功能的土壤監(jiān)測基地；基于土壤污染防治技術應用與溯源鑒定的科研創(chuàng)新基地；面向社會公眾的宣傳教育基地；全區(qū)土壤監(jiān)測技術人員的培訓基地，實現廣西土壤監(jiān)測的科學化、標準化、合理化及規(guī)范化管理[14]。建立土壤樣品庫信息化管理系統(tǒng)，制定系列技術規(guī)程與管理制度，實現對承載著歷史土壤環(huán)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]。