土壤环境样品库建设及样品信息数据库管理

赵晓军，孙 聪，张 朔， 翟超英

1.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012 2.四川省泸州市环境监测中心站，四川 泸州 646000

土壤环境样品库建设及样品信息数据库管理

赵晓军1，孙 聪1，张 朔2， 翟超英1

1.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012 2.四川省泸州市环境监测中心站，四川 泸州 646000

土壤样品携载丰富的环境特征信息，对于掌握不同历史阶段土壤环境状况及变化趋势有着不可替代的作用。环境保护部国家土壤环境样品库于2010年建成，是中国环境保护重要基础设施，具有储存专业化、管理集中化、信息系统化、质控标准化等特点，创新性地集合了土壤样品保存和应用的现代技术，已成为中国最大的土壤环境资源和信息平台。通过开展国家土壤样品库建设和样品信息数据库管理研究，集成国家土壤样品库建设技术和土壤样品数据库信息管理成果，为各地建立省级土壤样品库提供借鉴，对于规范和指导全国土壤环境样品库建设和样品保存、数据库信息管理和应用等具有重要意义。

土壤样品库；库房建设；样品信息；数据库管理

土壤是人类赖以生存的环境要素，是农产品安全的重要基础。近年来，我国土壤环境污染形势日趋严峻，采集土壤样品进行调查监测是监督管理土壤环境资源的重要手段，样品库则是保存土壤环境样品必不可少的基础设施。环境保护部于2005年4月至2013年12月在全国组织开展了土壤污染状况调查，采集全国土壤样品约5.2万份，为了提升调查成果，环境保护部建立了国家级土壤环境样品库，全部土壤样品入库，首次实现了我国陆域全覆盖土壤调查环境样品的入库保存。本文主要介绍建设土壤样品库的国内外现状、基本要求、具体建设过程及样品信息的数据库管理等，为未来科学研究提供样品信息支撑。

1 建设土壤环境样品库的目的

土壤环境样品库是进行长期环境监测的重要组成部分，样品库浓缩了土壤环境信息, 宏观地代表了土壤的环境状况，它使样品的回顾性分析成为可能，通过逐年收集土壤样品, 立档入库, 可以使人们清楚地了解和掌握土壤环境质量的发展与演变，为及时采取措施、防治污染提供历史信息。样品的长期保存, 可以对土壤环境污染物进行长期追踪监测,在一定程度上弥补了科学技术发展滞后于实际需要的不足, 为人们在更高层次上揭示环境演变规律，为环境管理和决策提供了依据。如“十一五”全国土壤调查期间，采用20年前全国“七五”土壤背景样品与当年土壤背景同点位样品的同步对比分析，对掌握不同历史时期土壤环境状况和消除数据分析仪器误差发挥了不可替代的作用。

2 国内外环境样品库现状

国内外已先后建有相当数量的各类环境样品库[1]。发达国家自20世纪70年代开始将环境样品库作为环境监测和科学研究的基本平台。日本国家环境研究学会[2]早在70 年代开始,每年在全国54 个地区收集大气样品、水样、沉积物和土壤样品、生物样品等并建立了环境样品库。瑞典国家历史博物馆的环境样品库作为国家污染物监测和生态毒理学研究工具巳经持续了40余年，该样品库有来自全国60个采样点超过15个物种的26万个生物样品。美国国家标准技术研究所于1979年建立了国家生物环境样品库[3]，2002年又增建了海洋环境样品库，储存样品包括人体、贝类、海洋哺乳动物组织和禽流感样品等。

环境样品库的价值得到了越来越多国家的认可。我国起步较晚，我国现阶段规模较大的环境样品库有1994年由中国科学院建立的生物环境样本库；由上海原子核研究所和上海环境科学研究院共同于1998年建立的上海环境样本库，收纳了水和底泥样品以及飘尘样品；由南开大学的国家城市空气重点实验室于2007年建立的收集颗粒物的样品库，该样品库收纳了全国30个城市的2 500个颗粒物样品和约2 200个各类特殊源样品。长江环境样品库于2013年在浙江嘉兴建立，该样品库有超过2 000 m2的面积用于样品的制备、存储、预处理和分析，其总建设成本为1亿元人民币。收纳样品主要包括土壤、湖泊、海洋沉积物、污泥、人头发、鱼、贝类、鸟类和大米样品等，该样品库还制定了各种样品的标准操作程序并初步建立了信息管理系统。我国土壤环境样品库始建于20世纪80年代，主要以收纳 “七五”全国土壤背景值调查的土壤和沉积物样品为主。在此基础上，环境保护部又将“十一五”全国土壤污染状况调查采集的全部土壤环境样品收纳入库长期保存。该样品库由全国31个省(市、区)及新疆生产建设兵团统一以耕地(8 km×8 km)、林地和草地(16 km×16 km)、未利用地(32 km×32 km)网格尺度采集，具有储存专业化、管理集中化、信息系统化、质控标准化等特点。

3 土壤样品库房建设基本要求

国家土壤样品库于2010年10月投入使用，建筑面积650 m2，内部安装有智能土壤样品密集架和样品信息软件管理系统。作为我国土壤环境样品重大基础设施，已储存土壤环境样品7万多份，年代从20世纪80年代到2013年初，跨越30多年，其中全国“七五”土壤背景值样品约1.5万份；全国土壤调查样品5万多份，全部按照国家的县及县级以上行政区划代码为序上架并分区存放，同时，对样品相关信息实现了数据库信息化管理。

3.1 土壤样品库房结构基本要求

土壤样品库房结构一般应包括土壤样品处理室、土壤无机样品陈列室、土壤有机样品保存室、监控和配电室等，其中样品陈列室要求房间开阔，便于展示和管理，为避免阳光直射样品，朝阳面可设参观走廊[4]。样品库地面(楼板)承重力一般在800 kg/m2以上，最好设在一层。

3.2 土壤样品库主要功能

土壤样品库主要功能为保存、利用和展示。土壤样品库除保证对土壤样品的有效存储和展示外，对土壤样品的原始信息和土壤样品存储位置信息规范化管理，实现多种途径方便快捷地获取土壤样品信息也是十分必要的[5]。

3.3 土壤样品库建设原则

土壤样品库建设以安全、准确、便捷为基本原则。其中“安全”包括样品性质安全、样品信息安全、设备运行安全；“准确”包括样品信息准确、样品存取位置准确、技术支持(人为操作)准确；“便捷”包括工作流程便捷、系统操作便捷、信息交流便捷[6]。

3.4 土壤样品库室内环境基本要求

土壤样品库库房环境要保持干燥、通风、无阳光直射、无污染；具备防霉变、防鼠害等设施。

3.5 土壤样品库基本设施设备构成

土壤样品库设备通常由样品陈列架、冷藏设备、电脑设备、管理软件、称重天平、监控设备等构成。其中样品陈列可以使用普通钢材样品架，也可以使用智能电动样品架。

4 土壤样品库的样品建设

4.1 入库土壤样品来源范围

国家样品库样品来源以国家项目为主，省级样品库以收纳省域土壤调查监测样品为主。国家土壤环境样品库收纳的入库样品主要包括由国家组织开展的全国性土壤专项调查等项目所采集制备的土壤样品。同时，全国土壤环境质量例行监测、全国性土壤污染科学研究及重特大土壤污染事故分析等项目所采集的土壤样品均可入库保存。“十一五”全国土壤调查入库样品在2 000份以上的省份有辽宁、内蒙古、江西、山东、河南、湖南、四川、甘肃等。

4.2 土壤样品采集

为获取有代表性的土壤样品，土壤采样布点必须遵循随机和等量的原则[7]。样品是由总体中随机采集的一些个体所组成，个体之间存在变异，因此样品与总体之间，既存在同质的“亲缘”关系，样品可作为总体的代表，同时也存在着一定程度的异质性，差异愈小，样品的代表性愈好；反之亦然。为了达到采集的样品具有良好的代表性，必须避免一切主观因素，使组成总体的个体有同样的机会被选入样品，即组成样品的个体应当是随机地取自总体。另一方面，在一组需要相互之间进行比较的样品应当有同样数量的个体组成，否则样本大的个体所组成的样品，其代表性会大于样本少的个体组成的样品[8-9]。所以“随机”和“等量”是决定样品具有同等代表性的重要条件。

样品采集前首先记录点位坐标，拍摄数码照片，然后在采样点采集0～20 cm表层土壤，根据污染物迁移情况也可以采集剖面深层样品。采样过程中，注意认真填写采样记录并存档。

4.3 土壤样品编码

样品编码要求能够准确地确定野外采样的空间位置，同时要求编码系统直观、实用，易于操作。编码也便于与后期数据库建设的编码系统进行衔接和转换。土壤样品编码一般采用12位数字编码，其前6位是地区行政代码，7～9位是县域内样品总序号，10～12位是样品采样深度。

4.4 土壤样品标签信息要求

土壤样品一定要保证内外双标签。同时，要防止标签脱落或字迹不清。标签上应注明样品编码、采集地点、采样点坐标、土地利用类型、采样人和采样日期等。

4.5 土壤样品制备

4.5.1 无机样品制备

风干：在风干室将土样放置于风干盘中，除去土壤中混杂的砖瓦石块、石灰结核，根茎动植物残体等，摊成2～3 cm的薄层，经常翻动，置阴凉处自然风干。

粗磨并分样：粗磨后过2 mm筛的样品用四分法弃取、称重，保留3份样品，用500 mL棕色玻璃广口瓶盛装，其中一份为国家样品库样品(2 mm)；另一份为省级样品库样品(2 mm)；剩余样品称重，继续研磨过1 mm尼龙筛后分成2份。

细磨并分样：用玛瑙球磨机或手工研磨到土样全部通过孔径0.25 mm的尼龙筛，四分法弃取，保留足够量的土样、称重、装瓶备分析用(0.25 mm)；剩余样品继续研磨至全部通过孔径0.15 mm的尼龙筛，装瓶备用(0.15 mm)。

4.5.2 有机样品制备

新鲜样品的制备：为分析测定挥发性和半挥发性有机项目，应采集新鲜土样，有机分析样品要求充满容器，土样采集后应始终在低于4 ℃暗处冷藏，并在7 d内进行前处理，40 d内完成分析。

4.6 土壤样品包装

入库样品一般采用500 mL或250 mL棕色玻璃磨口瓶盛装，内外标签，石蜡封口。有机土壤样品要充满容器，在4 ℃以下避光保存，要选用玻璃容器保存，避免用含有待测组分或对测试有干扰的材料制成的容器盛装样品，冷藏保存[10]。

4.7 土壤样品流转交接

1)装运前核对：在采样现场样品必须逐件与样品登记表、样品标签和采样记录进行核对，核对无误后分类装箱。

2)运输中防损：运输过程中严防样品的破损、混淆和沾污。对光敏感的样品应有避光外包装。对于具有挥发性或半挥发性的有机土壤样品应低温(低于4 ℃)暗处冷藏运输，并尽快送到实验室进行分析测试。

3)样品交接：土壤样品出入库时，需由土壤样品管理人员与送取样人员办理土壤样品交接手续。清点样品数量，检查样品质量及相关信息，并分别在土壤样品交接单和出入库登记表上签字,样品交接单由双方各存一份备查。

5 土壤样品信息的数据库管理

通过建立土壤样品信息数据库，将土壤样品各类信息包括采样现场信息、样品入库后的存放位置信息、土壤样品测试分析数据信息、数码图片、数据表格、技术规范、报告成果等全部实现数字软件管理[11-15]，最大限度发挥土壤样品库资源和信息平台作用。

5.1 样品信息收录和管理

1)土壤样品信息录入：内容包括土壤样品采集现场原始资料信息、样品理化性质数据、无机项目分析数据、有机项目分析数据、数码相片信息、样品存储位置、分析整理图表以及相关技术报告文档等。

2)分区管理模块：构建国家土壤样品基础数据库系统，设计以不同类型为单元的数据信息管理库[16-19]，实现对土壤样品现场记录、分析数据、数码相片、储存位置、文档资料的全面管理。土壤样品数据库应能够将上报的结构化数据批量导入数据库。

3)出入库管理模块：管理土壤样品信息资料的出库和归还，包括借出样品的编号、借用单位、借用人、借用日期、批准人、是否归还、归还日期、归还样品时的接收人等。

5.2 建立多种信息查询方式

1)以样品编码查询：以样品编码查询土壤样品信息，方法是直接扫描或输入样品编码，双击查询出的土壤样品记录，可以打开该土壤样品的详细记录，查询出土壤样品采样信息、理化性质信息、有机样品数据、无机样品数据和图片信息，在图片信息中，选中记录点击“查看图片”按钮，可以调出相应的图片。同时，可以查询到该土壤样品在土壤样品库的储存位置信息。

2)以样品存放位置查询：输入土壤样品储存位置的排号、架号、层号和瓶号，可以输入全部4个精确查询，也可以只输入一个或几个(比如只输入排号、架号和层号)进行模糊查询，比如输入5排、2架、7层，则可以查询出所有存放在5排、2架、7层的土壤样品信息。双击查询出的土壤样品记录，还可以继续打开该土壤样品的详细记录，查询出土壤样品采样记录信息、理化性质、无机物分析数据、有机物分析数据和图片信息等。

3)以行政区划查询：用鼠标在屏幕界面上选择省份、地(市、区)和县，可以查询出该行政区的所有土壤样品记录，查询出土壤样品采样记录信息、理化性质、无机物分析数据、有机物分析数据和图片信息等。继续双击还可以查询到该土壤样品在土壤样品库的储存位置信息。也可以和样品存放位置进行关联查询，比如，选择北京市房山区存放在第4排的土壤样品信息，可显示该土壤样品的详细记录。

6 土壤样品库的管理制度建设

6.1 土壤样品出入库管理制度

1)国家或省级样品库收藏的各类土壤样品主要供全国或全省土壤环境质量监测、土壤环境污染调查、土壤资源保护规划等历史比对、科研分析、展览回顾等项目使用。

2)单位及职工因工作需要使用土壤样品时，需经主管部门审批，并签订保密协议。跨行业使用国家土壤样品时，须持有所属单位上一级部门的信函，并做应用范围详细书面说明，经样品库管理主管部门批准后方可出库。

3)土壤样品出入库时，需由土壤样品管理人员与送取样人员办理土壤样品交接手续。清点样品数量，检查样品重量及样品相关信息，并分别在土壤样品交接单和出入库登记表上签字。

4)借用国家或省级土壤样品参加各类展览时，需办理借用登记手续，归还时，管理人员应认真检查，保证无破损、无遗失，并办理归还手续。

5)当发现土壤样品损坏、遗失时，要及时报告上级领导和有关部门，并按有关规定追究责任者的责任。

6.2 土壤样品安全管理制度

1)国家或省级土壤样品库库房，应满足土壤无机样品长期保管、土壤有机样品短期存放的基本条件，建立安全责任制，指定安全负责人，定期对土壤样品保管状况、设备性能进行检查并做记录，每季度至少进行一次全面细致检查。

2)库房必须配备温湿度计，工作人员应按时做温湿度记录。库房相对湿度要小于60%，温度控制为0～24 ℃。如果温湿度不符合要求，必须及时采取措施进行调控[20-22]。有机分析土壤样品的保存，应配备能保持4 ℃以下条件的冰箱、冰柜等制冷设备。

3)定期启动库房内电脑及智能电动样品架等设备，确保其正常运行。当发现样品瓶破损或标签脱落、字迹老化不清时，应及时更换和修复，以保障样品及信息的完好。

4)库房确保防盗、防潮、防晒、防霉、防鼠等安全措施完好，工作人员应做到人走灯灭，长期离开时，应切断电脑及电动样品架等不使用电源。有条件的应该安装电子监控设备，实施实时监控。

5)库房要备有灭火器，库房内不得存放易燃易爆及易污染环境的化学品，严禁烟火，保持库房清洁卫生。土壤样品库房系机要重地，闲人免进。

6.3 土壤样品保密管理制度

1)国家或省级土壤样品特别是部分特殊土壤样品具有一定的保密性，样品使用要严格遵守国家的保密规定，执行土壤样品保管、出入库、销毁制度，未经批准不得向外发布样品档案的相关信息，确保国家或省级土壤样品的安全。

2)“密级”土壤样品需经有关部门批准后方可出库。需摘录、复印密级样品信息资料时，必须经保密委员会批准后，方可复印、摘录，并履行登记编号、交接签字等手续。

3)利用国家或省级土壤样品库样品及相关资料开展对外交流时，需经保密委员会审查批准。任何单位和个人不得自行对外提供国家土壤样品及相关资料。

4)当发现秘密泄露或者可能泄露时，应当立即采取补救措施并及时报告有关领导，对违反保密规定擅自提供或过失泄露机密者，要按照有关规定追究责任。

5)对于违反国家有关法律法规，故意泄密或由于玩忽职守造成样品及档案损毁或丢失等不良后果，要对当事人及有关人员追究责任并给予处罚。

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Construction of Soil Sample Database and Management of Sample Information Database

ZHAO Xiaojun1, SUN Cong1, ZHANG Shuo2, ZHAI Chaoying1

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China 2.Luzhou Environmental Monitoring Centre Station, Luzhou 646000, China

The soil sample is carrying a wealth of environmental information, it has an irreplaceable role in the control of soil environment and its changing trend in different historical stages. Ministry of environmental protection of people’s republic of china of the soil sample library was built in 2010,and it is an important infrastructure for the environmental protection in China. The sample library has the characteristics of storage, management, centralized, information system, quality control and so on. And the modern technology for the preservation and application of the soil sample is also innovative. It has become the largest soil environmental resources and information platform in China. Through the development of national soil sample storage and sample information database management, and integrated national soil sample library construction technology and soil sample database information management. Provide experience for the establishment of provincial level soil samples. It has important guiding significance for the standardization of the national soil environmental sample preservation, database information management and use.

soil sample storehouse; storehouse construction; sample information; database management

2015-10-30;

2016-01-12

赵晓军(1959-),男，黑龙江拜泉人，学士，研究员。

翟超英

X830.1

A

1002-6002(2016)04- 0044- 05

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.04.08