山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)建設(shè)與應(yīng)用實(shí)踐

趙 超

(山東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 濟(jì)南 250101)

1 引言

土壤是地球陸地表層物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要場(chǎng)所，是糧食安全、生態(tài)維持和環(huán)境保護(hù)的根本保障。同時(shí)土壤作為巖石圈、水圈、生物圈以及氣圈相互作用的產(chǎn)物，還記錄了地球生態(tài)環(huán)境變化的信息。因此，通過(guò)對(duì)不同時(shí)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(zhǎng)期生態(tài)環(huán)境變化研究提供基礎(chǔ)。建設(shè)土壤樣品庫(kù)是加強(qiáng)土壤樣品保存、管理和利用的重要舉措，也是加強(qiáng)土壤環(huán)境管理的重要內(nèi)容[1～4]。2019年12月，山東省初步建成了省級(jí)生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)，主要保存山東省歷史土壤樣品、省級(jí)組織開(kāi)展的例行監(jiān)測(cè)和專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查等土壤樣品，實(shí)現(xiàn)了全省土壤樣品規(guī)范化、智能化、現(xiàn)代化管理。主要介紹山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)建設(shè)需求、硬件設(shè)施、智能管理系統(tǒng)、管理要求等內(nèi)容，以期為各地建設(shè)本地區(qū)土壤環(huán)境樣品庫(kù)提供參考和借鑒，同時(shí)也為土壤環(huán)境保護(hù)決策制定、土壤污染防治科學(xué)研究等提供樣品和數(shù)據(jù)支撐。

2 山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)建設(shè)的必要性

國(guó)務(wù)院《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》要求各地開(kāi)展土壤污染狀況詳查，建立每10年開(kāi)展1次的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況定期調(diào)查制度。原環(huán)境保護(hù)部等五部門(mén)印發(fā)的《全國(guó)土壤污染狀況詳查總體方案》明確要求各省建設(shè)省級(jí)土壤樣品庫(kù)。原山東省環(huán)境保護(hù)廳《山東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實(shí)施計(jì)劃(2018-2020年)》中明確提出建設(shè)省、市兩級(jí)土壤樣品庫(kù)和樣品流轉(zhuǎn)中心。

“七五”以來(lái)，山東省先后開(kāi)展了“七五”土壤背景值調(diào)查、“十一五”土壤污染狀況調(diào)查、“十二五”土壤環(huán)境質(zhì)量試點(diǎn)監(jiān)測(cè)、2016年山東省場(chǎng)地土壤污染狀況調(diào)查和土壤污染狀況詳查等工作，已累積留存土壤樣品7萬(wàn)余個(gè)。正在開(kāi)展的國(guó)家網(wǎng)土壤環(huán)境質(zhì)量例行監(jiān)測(cè)，每5年新增土壤樣品2000余個(gè)。目前，重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查需留存的土壤樣品約1.5萬(wàn)個(gè)。綜合考慮已有土壤樣品長(zhǎng)期存放、留存樣品和國(guó)家?guī)鞓悠窌捍娴刃枰?，同時(shí)滿(mǎn)足山東省今后10年的土壤樣品入庫(kù)需求，土壤樣品存放總需求約10萬(wàn)個(gè)。土壤樣品存放不規(guī)范、不安全、管理不方便的局面亟需改變，建設(shè)規(guī)范、先進(jìn)的省級(jí)環(huán)境土壤樣品庫(kù)迫在眉睫。

3 山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)建設(shè)目標(biāo)

按照“功能齊全、布局合理、管理先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先”的目標(biāo)，建成集土壤樣品流轉(zhuǎn)交接、制備、存儲(chǔ)及智能化管理等功能于一體、各項(xiàng)功能區(qū)劃明確、工作流程和系統(tǒng)操作便捷的、智能化程度高的省級(jí)環(huán)境土壤樣品庫(kù)，能夠滿(mǎn)足山東省“七五”以來(lái)所有歷史土壤樣品入庫(kù)存放及今后10年的土壤樣品入庫(kù)需求，滿(mǎn)足土壤樣品風(fēng)干、制備、保存、利用和展示的條件，土壤樣品各類(lèi)信息全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字軟件管理。

4 山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)建設(shè)實(shí)踐

4.1 土壤樣品庫(kù)建設(shè)要求

土壤樣品庫(kù)樓層承重應(yīng)滿(mǎn)足土壤樣品存放、設(shè)備布置、存放的要求，配備專(zhuān)用電梯，用于土壤樣品、監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)送。配備滿(mǎn)足工作需要的電力供應(yīng)，以滿(mǎn)足土壤樣品研磨、風(fēng)干、超級(jí)站監(jiān)測(cè)運(yùn)行等需要；安裝防雷及獨(dú)立接地系統(tǒng)，滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)設(shè)備需要。安裝網(wǎng)絡(luò)和電話(huà)系統(tǒng)，滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸及人員工作聯(lián)系。安裝通風(fēng)系統(tǒng)，用于土壤樣品風(fēng)干及監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)補(bǔ)充、廢氣排放；部分功能間安裝空調(diào)、除濕系統(tǒng)，保證溫濕度相對(duì)恒定。

4.2 土壤樣品庫(kù)庫(kù)房建設(shè)

4.2.1 結(jié)構(gòu)與分區(qū)

山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)在功能設(shè)計(jì)過(guò)程中，堅(jiān)持“對(duì)標(biāo)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”的原則，建成了具備樣品風(fēng)干、制備、流轉(zhuǎn)、儲(chǔ)存、展示、技術(shù)交流等功能于一體，硬件配置操作便捷，安全高效，軟件設(shè)計(jì)智能互聯(lián)、多碼合一，實(shí)現(xiàn)土壤樣品制備工位“下抽風(fēng)、下集塵、下降塵”。

樣品庫(kù)設(shè)有樣品風(fēng)干室、烘干室、樣品制備間、樣品流轉(zhuǎn)間、成品樣品暫存間、展示間等10個(gè)功能間。其中，樣品風(fēng)干室主要用于土壤樣品自然風(fēng)干、清理雜質(zhì)等，具有溫控、加熱、換風(fēng)、除濕、防塵等功能；樣品流轉(zhuǎn)室主要用于工作人員對(duì)土壤、農(nóng)產(chǎn)品樣品進(jìn)行登記、核對(duì)、分類(lèi)裝箱、交接流轉(zhuǎn)。農(nóng)作物樣品儲(chǔ)存間具備24 h恒溫恒濕功能，可長(zhǎng)期儲(chǔ)存3000余個(gè)農(nóng)作物樣品；展示間內(nèi)陳列了自山東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心于1979年成立以來(lái)，歷史土壤監(jiān)測(cè)曾使用過(guò)的原子吸收、測(cè)汞儀、電子天平等30余臺(tái)套儀器設(shè)備，自“七五”以來(lái)全省土壤背景值調(diào)查、放射性調(diào)查、場(chǎng)地污染狀況調(diào)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(shè)備器材配置

土壤樣品庫(kù)設(shè)備器材包括土壤樣品采集設(shè)備、土壤樣品前處理設(shè)備、土壤樣品存儲(chǔ)及管理設(shè)備以及其它輔助設(shè)備。其中，樣品流轉(zhuǎn)間配有激光刻碼機(jī)1臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了在樣品瓶上進(jìn)行激光打碼，并標(biāo)識(shí)二維樣品編碼，可同時(shí)滿(mǎn)足1000個(gè)土壤樣品流轉(zhuǎn)；樣品制備間能夠同時(shí)滿(mǎn)足400個(gè)樣品風(fēng)干、8個(gè)人工和機(jī)械研磨工位，主要配有行星式球磨儀3臺(tái)、高能臼式研磨儀1臺(tái)、振蕩篩分儀2臺(tái)、分樣儀1臺(tái)、真空冷凍干燥機(jī)1臺(tái)；土壤樣品儲(chǔ)存間配有智能密集柜112個(gè)，10萬(wàn)個(gè)樣品儲(chǔ)存的需求。

4.3 土壤樣品庫(kù)智能管理系統(tǒng)

4.3.1 主要功能

山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)配有智能樣品庫(kù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化等技術(shù)，結(jié)合智能密集柜、智能標(biāo)簽、智能溫濕度控制、智能語(yǔ)音提醒、視頻監(jiān)控、標(biāo)簽打印、激光自動(dòng)刻字來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有土壤樣品的統(tǒng)一存儲(chǔ)，滿(mǎn)足土壤樣品的入庫(kù)、出庫(kù)、查詢(xún)、快速導(dǎo)航和智能盤(pán)點(diǎn)等智能化管理需求，主要功能如圖1所示。

圖1 土壤樣品庫(kù)智能管理系統(tǒng)功能

4.3.2 智能管理系統(tǒng)特點(diǎn)

山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)智能管理系統(tǒng)具有準(zhǔn)確性、安全性、便捷性、管理智能化、數(shù)據(jù)共享化、空間最大化等特點(diǎn)。

準(zhǔn)確性：體現(xiàn)在保障樣品信息準(zhǔn)確、樣品存取位置準(zhǔn)確、技術(shù)支持(人為操作)準(zhǔn)確。

安全性：體現(xiàn)在保障樣品性質(zhì)安全、樣品信息安全、設(shè)備運(yùn)行安全。

便捷性：體現(xiàn)在工作流程便捷、系統(tǒng)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(shí)別、智能標(biāo)簽、智能溫濕度控制、智能語(yǔ)音操作、視頻監(jiān)控、APP自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品庫(kù)的智能化管理。

數(shù)據(jù)共享化：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)不同區(qū)域樣品庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，信息共享。

空間利用最大化：通過(guò)密集柜的建設(shè)，有效提升空間利用率。

5 山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)管理要求

5.1 管理原則

按照“共建、共管、共用”的原則，充分發(fā)揮樣品庫(kù)的現(xiàn)有功能，加強(qiáng)管理應(yīng)用與合作交流，努力在全省土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)以及其他土壤專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮更大作用。

5.2 樣品管理

入庫(kù)樣品實(shí)現(xiàn)信息化管理。系統(tǒng)從新樣品登記、生成樣品編碼，到樣品信息維護(hù)、生成和打印樣品標(biāo)簽(含新、舊樣品)，再到寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的RFID標(biāo)簽(樣品編碼)、激光刻字、樣品出庫(kù)等全過(guò)程，全部為信息化、流程化管理，并能快速查找樣品和導(dǎo)航定位。

采取定位查詢(xún)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品存儲(chǔ)管理。系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建3D模型圖，庫(kù)區(qū)的所有樣品通過(guò)3D圖準(zhǔn)確定位到對(duì)應(yīng)的列節(jié)層位置，密集柜支持自動(dòng)查找，燈光閃爍，指引當(dāng)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(biāo)簽、激光打碼，三碼合一進(jìn)行標(biāo)識(shí)，可使樣品查找更便捷，土壤信息保存更長(zhǎng)久，管理盤(pán)點(diǎn)更方便[5～7]。

5.3 管理制度

為做好全省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)的管理工作，更好保存、應(yīng)用土壤樣品，山東省建立了涵蓋土壤樣品接收、風(fēng)干、流轉(zhuǎn)、制備、保存等業(yè)務(wù)全流程以及運(yùn)行管理、安全管理、衛(wèi)生管理、保密管理等多項(xiàng)管理制度。

土壤樣品庫(kù)管理制度主要包括樣品庫(kù)的運(yùn)行、安全、衛(wèi)生、保密等管理要求；土壤樣品庫(kù)樣品接收管理制度主要包括土壤無(wú)機(jī)樣品、有機(jī)鮮樣和農(nóng)產(chǎn)品樣品接收的管理要求和工作流程；土壤樣品庫(kù)樣品保存技術(shù)規(guī)定主要包括土壤無(wú)機(jī)樣品、土壤有機(jī)鮮樣、農(nóng)產(chǎn)品樣品保存的技術(shù)規(guī)定；土壤樣品庫(kù)樣品流轉(zhuǎn)操作規(guī)程主要包括樣品流轉(zhuǎn)的操作規(guī)定和工作流程，以及樣品流轉(zhuǎn)室的管理要求；土壤樣品庫(kù)樣品風(fēng)干操作規(guī)程主要包括土壤樣品風(fēng)干的操作規(guī)定和工作流程；土壤樣品庫(kù)樣品制備操作規(guī)程主要包括土壤樣品制備的操作規(guī)定和工作流程。

6 山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)入庫(kù)樣品

山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)樣品來(lái)源以省級(jí)組織開(kāi)展的全省性土壤專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查等項(xiàng)目所采集的樣品為主，目前已整理入庫(kù)的土壤樣品有山東省歷史土壤樣品、土壤環(huán)境質(zhì)量試點(diǎn)監(jiān)測(cè)土壤樣品、國(guó)家網(wǎng)土壤例行監(jiān)測(cè)土壤樣品、全省場(chǎng)地土壤污染狀況調(diào)查土壤樣品和農(nóng)用地土壤污染狀況詳查樣品，入庫(kù)土壤樣品共計(jì)3.3萬(wàn)余個(gè)。其中，歷史土壤樣品約3000余個(gè)，包括全省“七五”土壤背景值調(diào)查、“十一五”土壤污染狀況調(diào)查及部分留樣等土壤樣品；土壤環(huán)境質(zhì)量試點(diǎn)監(jiān)測(cè)樣品1150余個(gè)，主要是自2011～2015年“十二五”期間開(kāi)展土壤環(huán)境質(zhì)量試點(diǎn)監(jiān)測(cè)工作的土壤樣品；國(guó)家網(wǎng)土壤例行監(jiān)測(cè)樣品土壤樣品1497個(gè)，主要是自2016～2019年開(kāi)展的國(guó)家網(wǎng)土壤環(huán)境質(zhì)量例行監(jiān)測(cè)工作的土壤樣品；全省場(chǎng)地土壤污染狀況調(diào)查樣品約4300余個(gè)，主要為2016年全省場(chǎng)地土壤污染狀況調(diào)查的土壤樣品；農(nóng)用地土壤污染狀況詳查樣品2.3萬(wàn)余個(gè)，包括農(nóng)用地土壤污染狀況詳查土壤樣品2萬(wàn)個(gè)、農(nóng)作物樣品2800余個(gè)。下一步，剩余歷史土壤樣品和山東省重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查土壤樣品也應(yīng)有序入庫(kù)。

7 結(jié)語(yǔ)

山東省生態(tài)環(huán)境土壤樣品庫(kù)濃縮了山東省土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，宏觀地代表山東省土壤污染狀況。土壤樣品庫(kù)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)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(huán)境監(jiān)測(cè)管理和科研價(jià)值[8]。收集土壤樣品立檔入庫(kù)，對(duì)土壤污染物含量和形態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期追蹤監(jiān)測(cè)，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，能夠清楚了解和掌握山東省有關(guān)區(qū)域土壤污染的演變與發(fā)展趨勢(shì)，為及時(shí)環(huán)境保護(hù)主管部門(mén)采取措施、防治土壤污染提供了科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。