ISO 5667-262022 水质.取样.第26部分海洋二氧化碳系统参数取样指南标准立项发展报告

水质取样第26部分：海洋二氧化碳系统参数取样指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:WaterQuality—Sampling—Part26:GuidanceonSamplingfortheParametersoftheOceanicCarbonDioxideSystem摘要随着全球气候变化问题日益严峻，海洋作为地球上最大的碳汇之一，其在全球碳循环中的关键作用受到国际社会广泛关注。准确测定海洋二氧化碳系统参数，对于评估海洋碳汇能力、理解海洋酸化趋势以及预测气候变化具有不可替代的科学研究价值。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2022年11月3日正式发布ISO5667-26:2022《水质取样第26部分：海洋二氧化碳系统参数取样指南》。该标准作为ISO5667水质取样系列标准的最新组成部分，系统规定了海洋二氧化碳系统参数取样全流程的技术要求，涵盖采样计划制定、采样设备选型、样品采集、保存、运输及质量控制等关键环节。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其科学意义和应用价值进行系统阐述，旨在为标准使用者提供全面的技术指引，并为我国海洋碳监测相关标准化工作的完善提供参考借鉴。报告指出，该标准的发布填补了国际海水二氧化碳系统参数取样规范性文件的空白，对于提升全球海洋碳监测数据的可比性和可靠性具有重要意义。关键词：水质取样；海洋二氧化碳系统；海洋酸化；碳循环；国际标准；标准化一、引言工业革命以来，人类活动导致大气中二氧化碳浓度持续攀升，据政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）显示，大气CO₂浓度已从工业化前的约280ppm上升到当前超过420ppm的水平。海洋吸收了人类活动排放CO₂的约25%至30%，这一过程虽然缓解了大气温室效应，却也引发了海洋酸化等一系列生态环境问题。在此背景下，对海洋二氧化碳系统的科学监测已成为全球海洋科学研究的核心议题。海洋二氧化碳系统由四个可测量的参数构成：海水总碱度（TA）、总溶解无机碳（DIC）、CO₂分压（pCO₂）和海水pH值。根据碳酸盐体系的化学平衡原理，测定上述四个参数中的任意两个，结合温度、盐度和压力等辅助数据，即可完整刻画海水中碳酸盐体系的全部状态。然而，海水样品的采集与保存较一般水质监测具有极高的技术难度——海水样品离开原位环境后，温度、压力变化以及生物活动均可能导致CO₂体系参数的显著漂移。长期以来，由于缺乏统一的国际标准规范，不同实验室和调查航次所获取的数据之间可比性不足，严重制约了全球海洋碳数据库的整合分析与科学应用。ISO5667-26:2022正是在上述迫切需求的驱动下应运而生的。该标准由国际标准化组织ISO/TC147/SC6（水质技术委员会取样分技术委员会）负责制定，历经多年技术研讨与多轮国际磋商最终发布。本标准是ISO5667水质取样系列标准体系的重要延伸，对于规范海洋CO₂系统参数监测方法、推动全球海洋碳数据互认共享具有里程碑式的意义。二、标准编制背景2.1海洋碳循环研究的科学需求海洋碳循环是全球气候变化研究的核心内容之一。海洋作为最大的活跃碳库，其碳储量约为大气碳库的50倍、陆地生物圈碳库的20倍。精确量化海洋吸收CO₂的能力及其时空演变规律，对于全球碳收支核算和气候预测至关重要。然而，海洋CO₂系统参数的测定准确性高度依赖于前端采样环节的规范性，任何采样操作中的偏差都可能导致后续测定结果的系统误差，从而影响对海洋碳源汇格局的科学判断。2.2海洋酸化监测的迫切要求自工业革命以来，全球表层海水pH值已下降约0.1个单位，相当于氢离子浓度增加约26%。根据IPCC的预测，到本世纪末，表层海水pH值还将进一步下降0.2至0.4个单位。海洋酸化对珊瑚礁、贝类等钙化生物的生存构成严重威胁，进而影响海洋生态系统的健康与生物多样性。对海洋酸化进行长期有效的监测，必须依赖标准化、可比较的采样与测定方法。2.3国际标准化工作基础ISO/TC147（水质）技术委员会在ISO5667系列框架下，已先后发布了涵盖地表水、地下水、废水、大气降水等多种水体类型的采样标准。然而，针对海洋CO₂系统这一具有特殊技术要求的参数组，此前尚无专门的国际采样标准可供遵循。科研人员通常参考美国能源部（DOE）发布的《CO₂在水中的测定手册》（HandbookofMethodsfortheAnalysisoftheVariousParametersoftheCarbonDioxideSysteminSeaWater）、联合国教科文组织政府间海洋学委员会（IOC）发布的相关方法建议等技术文件，但这些文件并非正式的标准化文件，在规范性和国际认可度方面存在局限。因此，制定一项专门的ISO标准以填补该领域的空白，成为国际海洋科学界的共同呼声。三、标准编制过程ISO5667-26:2022的编制工作由ISO/TC147/SC6（水质取样分技术委员会）主导推进。SC6成立于1982年，是ISO体系中负责水质取样标准化的权威技术机构，其工作范围涵盖各类水体取样的术语定义、采样程序设计、采样设备技术规范、样品保存与处理方法及质量控制与保证等方面。SC6目前拥有来自全球数十个国家的积极参与成员（P-member）和观察成员（O-member），秘书处由德国标准化协会（DIN）承担。在本标准的制定过程中，美国、中国、德国、韩国、日本等海洋科学研究实力雄厚的国家均派出专家积极参与工作组的技术讨论。标准编制工作严格遵循ISO/IEC指令第1部分所规定的标准制定程序，经历了提案阶段（NP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）、最终国际标准草案（FDIS）等若干阶段。在技术内容方面，标准编制工作组系统梳理了国际海洋碳观测领域已有的成熟方法与操作实践，广泛征求了来自全球海洋碳观测站、海洋调查船队和国际研究计划（如全球海洋酸化观测网GOA-ON）等专业用户的意见反馈。经过多轮投票和修改完善，最终于2022年顺利完成发布。四、标准主要内容ISO5667-26:2022标准正文系统规定了海洋CO₂系统参数取样的全流程技术要求，主体内容包括以下几个方面：（一）适用范围与术语定义标准明确规定了其适用范围为海水环境中总碱度、总溶解无机碳、CO₂分压和pH值等海洋CO₂系统参数测定用样品的采集。同时，标准界定了与海洋CO₂系统取样相关的核心术语，使不同国家和领域的使用者对相关概念形成统一认识。（二）采样计划编制标准强调采样计划的制定应先行于现场采样作业。采样计划需综合考虑研究目标和监测需求，确定采样站位布设方案、采样频率与时间安排、采样层位（表层、中层或底层）的选择依据，同时应充分考虑海洋环境条件的时空变异性，确保样品具有充分的代表性。（三）采样设备技术要求鉴于海洋CO₂系统参数的敏感性，标准对采样设备提出了极高的技术要求。采样设备（如采水瓶、CTD-玫瑰花采水系统等）的制造材料不得对海水样品的化学组成产生污染或吸附效应；与海水接触的部件应避免使用金属材料以防止金属离子干扰，优先采用特氟龙、聚碳酸酯等惰性材料。标准还推荐了采样设备使用前的清洗流程与检查方法。（四）样品采集操作规范标准对样品采集的具体操作步骤予以详细规定，包括：采样瓶的预处理和洗涤方法；采样时样品与瓶壁的接触方式；采水体积与瓶内留空体积的适宜比例（通常要求留空体积尽可能小，以减少气液交换）；瓶盖密封的操作要求等。这些细节要求旨在最大限度减少样品与大气之间的气体交换，避免CO₂体系的平衡被打破。（五）样品保存与运输样品采集后的保存与运输环节同样至关重要。标准针对不同待测参数（如总碱度、溶解无机碳、pH值等）推荐了相应的保存方式，包括化学保存法（如添加氯化汞抑制生物活动）和物理保存法（如低温冷藏）。此外，标准还规定了样品标签标识、运输条件控制以及样品储存时限等技术要求。（六）质量控制与质量保证标准设置了专门的质量控制章节，要求采样人员应经过专业技术培训，具备相应的操作资质；建议在采样过程中采集平行样、空白样以监控采样质量；同时，标准还推荐了采样记录的规范格式，要求对采样现场的环境条件（如温度、盐度、天气状况等）进行翔实记录，以便后续数据分析和溯源。（七）现场测定参数记录标准专门强调了温度、盐度等现场环境参数的同步测定与记录要求，因为这些参数不仅是计算CO₂体系参数所必需的基础数据，也是进行数据质量控制和质量评价的重要参照。五、主要参与单位介绍在本标准的制定过程中，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）发挥了关键性的技术引领作用。NOAA是隶属于美国商务部的联邦科研机构，成立于1970年，总部位于马里兰州银泉市，其核心使命涵盖对地球海洋、大气及空间环境的科学监测与预测研究。NOAA下设的太平洋海洋环境实验室（PMEL）和大西洋海洋与气象实验室（AOML）长期从事全球海洋碳循环监测与研究工作，建立了覆盖全球主要洋区的海洋CO₂观测网络和数据库。NOAA的科学家团队在海洋CO₂系统参数测定方法学研究方面积累了数十年的丰富经验，其研发和完善的多种采样与测定技术方案已成为国际海洋碳观测领域的事实标准。在ISO5667-26的编制过程中，NOAA专家贡献了来自大量实际调查航次的一手实践经验，包括极地、热带和温带不同海区的采样作业场景，为标准技术内容的科学性、可行性和普适性提供了坚实的实证支撑。此外，NOAA还积极推动了标准与美国国内海洋碳观测规范的协调对接，促进了国际标准与国家标准的良性互动。六、标准的科学意义与应用价值ISO5667-26:2022的发布具有多重深远意义。第一，填补国际标准空白。该标准是国际标准化组织在海洋CO₂系统参数取样领域发布的首个专门标准，填补了此前海洋碳监测领域缺乏统一国际采样规范的空白，为全球海洋碳观测工作的规范化提供了权威依据。第二，提升全球数据可比性。通过统一采样操作的技术要求，该标准显著降低了因人为操作差异导致的数据不确定性，使不同国家、不同航次、不同实验室获取的海洋碳数据具备了更高程度的可比性和互认性，从而为全球尺度的海洋碳收支整合评估奠定数据基础。第三，支撑全球变化研究。该标准的实施为全球海洋酸化监测、碳源汇格局评估和气候模型优化等前沿科学问题提供了可靠的数据采集方法论保障，也为联合国可持续发展目标（SDGs）中有关气候行动和海洋保护目标的具体落实提供了标准化技术手段。第四，推动技术方法的持续迭代。标准编制过程中采纳的模块化框架和开放的技术路线，为未来将新兴的自动化在线监测技术（如船载走航式pCO₂系统、剖面浮标传感器等）纳入标准体系预留了接口和空间。七、结论与展望ISO5667-26:2022《水质取样第26部分：海洋二氧化碳系统参数取样指南》的发布，标志着海洋CO₂系统参数监测领域的国际标准化工作迈上了一个重要的新台阶。该标准基于全球海洋碳观测领域数十年科学研究与实践经验的深度凝练，系统提供了从采样方案设计到样品运输全链条的技术规范，充分反映了当前海洋碳监测技术的最新发展水平。展望未来，随着海洋碳监测技术的持续进步，特别是原位传感器技术、无人航行器采样平台和卫星遥感反演等新兴技术的日益成熟，海洋CO₂系统参数的获取方式将发生深刻变革。ISO5667-26标准体系有望在保持其核心规范框架稳定性的基础上，适时吸纳和融合新的技术方法，持续保持标准的前瞻性和实用性。对于我国而言，积极参与海洋碳监测国际标准的制定和实施，不仅有助于提升我国海洋科学研究成果的国际认可度和影响力，也是我国践行“双碳”战略、参与全球海洋治理的重要技术路径。建议国内相关科研机构和标准化技术组织加强与国际标准化组织的对接合作，推动我国海洋碳监测标准与国际标准体系的协调一致，同时加快ISO