ISO 23611-52024 土壤质量土壤无脊椎动物取样第5部分土壤大型无脊椎动物的取样和提取标准立项发展报告

ISO23611-5:2024《土壤质量土壤无脊椎动物取样第5部分：土壤大型无脊椎动物的取样和提取》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Soilquality—Samplingofsoilinvertebrates—Part5:Samplingandextractionofsoilmacro-invertebrates摘要土壤大型无脊椎动物作为陆地生态系统的重要组成部分，在土壤结构形成、有机质分解、养分循环及污染物迁移转化等关键生态过程中发挥着不可替代的作用。随着全球土壤生物多样性保护意识的提升以及土壤健康评价体系的不断完善，建立统一、规范、可比较的土壤大型无脊椎动物取样与提取技术标准，已成为国际土壤生物学研究与环境管理领域的迫切需求。本标准立项发展报告以ISO23611-5:2024《土壤质量土壤无脊椎动物取样第5部分：土壤大型无脊椎动物的取样和提取》为研究对象，系统梳理了该标准的立项背景、研制历程、核心技术内容及国际应用价值。报告指出，该标准作为ISO23611系列标准的重要组成部分，明确了土壤大型无脊椎动物野外取样设计、手工拣拾法、热梯度提取法及样本保存与运输等关键环节的技术要求，填补了国际土壤大型无脊椎动物标准化取样与提取方法的技术空白，为全球土壤生物多样性监测、土壤健康评估及生态风险评价提供了统一的技术依据。该标准的发布实施将有力推动土壤生态学研究的规范化发展，促进不同国家和地区土壤生物监测数据的国际互认与比较分析。关键词：土壤质量；土壤无脊椎动物；大型无脊椎动物；取样方法；国际标准；土壤生物监测Keywords:Soilquality;Soilinvertebrates;Macro-invertebrates;Samplingmethods;Internationalstandard;Soilbiomonitoring1引言土壤是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，其中土壤无脊椎动物构成了土壤生物区系的核心组成部分。根据体型大小的不同，土壤无脊椎动物通常被划分为微型动物（体宽<0.1mm）、中型动物（体宽0.1~2mm）和大型动物（体宽>2mm）三大类群[1]。其中，土壤大型无脊椎动物主要包括蚯蚓、甲虫、蚂蚁、白蚁、蜈蚣、马陆、蜘蛛、蜗牛等类群，它们通过掘穴、取食、排泄等生命活动深刻影响土壤的物理结构、化学性质和生物过程，常被学术界称为"土壤生态系统工程师"[2]。土壤大型无脊椎动物的群落组成、丰度及多样性特征能够敏感反映土壤质量的变化趋势，是土壤健康评价和生态风险表征的重要生物指标。欧盟《土壤监测指令草案》已将大型土壤动物列为土壤生物多样性监测的核心指标之一[3]；联合国粮农组织（FAO）发布的《世界土壤宪章》亦强调土壤生物多样性保护在全球土壤治理中的优先地位[4]。然而，在标准体系建设层面，长期以来国际范围内缺乏专门针对土壤大型无脊椎动物取样与提取的统一技术规范，导致不同研究团队、不同国家在取样面积、取样深度、取样时间、提取方法等关键环节存在显著差异，严重制约了土壤生物监测数据的可比性和互认性。为应对这一技术瓶颈，国际标准化组织于2004年正式启动ISO23611（土壤质量——土壤无脊椎动物取样）系列标准的研制工作。该系列标准旨在构建涵盖土壤跳虫、螨类、线蚓、蚯蚓及大型无脊椎动物等不同生物类群的全链条标准化技术体系。作为该系列的第5部分，ISO23611-5:2024《土壤质量土壤无脊椎动物取样第5部分：土壤大型无脊椎动物的取样和提取》于2024年8月15日正式发布，标志着土壤大型无脊椎动物取样与提取技术在国际层面实现了标准化突破。本报告将从标准立项背景、研制过程、核心技术内容及实施意义等维度，对该标准进行系统分析与全面解读。2标准立项背景2.1土壤生物监测的标准化需求进入21世纪以来，全球土壤退化问题日益严峻。根据FAO发布的《全球土壤退化状况科学报告》，全球约33%的土壤资源已呈现中度至高度退化趋势，土壤生物多样性丧失与土壤功能衰退之间存在明确的耦合关系[5]。在此背景下，各国政府与国际组织纷纷将土壤生物监测纳入国家环境监测网络和土壤保护战略框架。然而，土壤生物监测数据的科学性和可靠性高度依赖于取样与提取方法的规范性和一致性。不同取样方法可能导致监测结果产生数倍差异，严重影响区域乃至全球尺度的数据整合与趋势判断[6]。以土壤大型无脊椎动物为例，不同研究采用的取样框尺寸介于25cm×25cm至50cm×50cm之间，取样深度从10cm到30cm不等，样本处理方式更是千差万别——部分研究采用手工拣拾法，部分采用Tullgren漏斗法或Kempson法等热梯度提取法，各方法间的提取效率差异可达30%~50%[7]。这种方法论层面的混乱状况，已成为国际土壤生物多样性评估和长期生态监测网络建设中亟需解决的关键瓶颈问题。2.2ISO/TC190/SC4技术委员会的工作框架ISO23611-5:2024由国际标准化组织土壤质量技术委员会（ISO/TC190）下设的土壤生物特性分技术委员会（SC4）负责制定。ISO/TC190是国际标准化组织中专门从事土壤质量领域标准研制的技术机构，其工作范围涵盖土壤术语、取样、物理化学方法、生物方法及土壤修复等全方位技术领域。SC4分技术委员会则聚焦于土壤生物学与生态学方法的标准化，其工作目标是为土壤生物多样性和土壤生态功能的评估提供统一的技术规范。自2004年启动土壤无脊椎动物取样系列标准研制工作以来，SC4已先后制定了ISO23611-1（蚯蚓取样）、ISO23611-2（跳虫取样）、ISO23611-3（螨类取样）、ISO23611-4（线蚓取样）等系列标准[8]。ISO23611-5作为该系列的重要组成，在研制过程中充分参照了系列标准的总体框架和编写规范，同时在技术内容上针对大型无脊椎动物的生物学特性和生态学习性进行了专门设计。2.3国际大型土壤动物监测网络的推进近年来，国际大型土壤动物标准化取样方法的建立还受到多个国际研究计划的直接推动。全球土壤生物多样性倡议（GlobalSoilBiodiversityInitiative,GSBI）在2015年发布的《全球土壤生物多样性图谱》中，明确将大型土壤动物列为优先监测类群，并呼吁建立全球统一的取样技术规范[9]。欧盟FP7框架计划资助的EcoFINDERS项目（2011-2015）在欧陆尺度开展了大型土壤动物分布格局的标准化调查，其方法论为ISO23611-5的技术条款提供了重要的实证依据[10]。此外，我国自2015年启动的"中国土壤生物多样性监测网络"也参照ISO23611系列标准构建了大型土壤动物的标准化监测技术体系[11]。上述国际研究计划的实践经验和技术积累，为ISO23611-5的最终发布奠定了坚实的科学基础。3标准编制过程3.1标准立项与研究阶段（2011—2016年）ISO23611-5的研制工作于2011年在ISO/TC190/SC4技术委员会内正式立项。在立项论证阶段，项目组系统收集和比较了全球范围内已发表的土壤大型无脊椎动物取样方法文献，累计梳理了超过500篇相关研究论文，覆盖了欧洲、北美、亚洲、非洲和大洋洲的多种生态系统类型[12]。在此基础上，项目组编制了标准工作草案（WorkingDraft,WD），初步确立了标准的适用范围、术语定义和核心技术框架。3.2委员会草案与征求意见阶段（2017—2021年）2017年，项目组将工作草案升级为委员会草案（CommitteeDraft,CD），并分发至各成员国开展首轮投票和意见征集。各成员国累计提出技术性意见200余条，主要集中在取样时间窗的选择、不同生态系统类型的适用性界定、热梯度提取设备的参数规范等方面。项目组逐条审议了相关意见，并结合最新研究成果对草案进行了系统修订。2020年，修订后的草案升级为国际标准草案（DraftInternationalStandard,DIS），并进入第二轮成员国投票阶段。在此阶段，项目组针对热带土壤和冻土区取样的特殊性问题做了补充说明，增加了样地异质性的处理原则，并对样本运输和储存条件进行了细化[13]。3.3最终草案与标准发布阶段（2022—2024年）2022年，草案通过最终国际标准草案（FinalDraftInternationalStandard,FDIS）投票表决，各成员国一致同意将ISO23611-5作为正式国际标准发布。经过编辑性修改和技术细节完善，ISO23611-5:2024于2024年8月15日正式向全球发布。该版本的发布距离系列标准第一部分ISO23611-1:2006的发布已逾18年，充分体现了大型土壤动物取样标准化技术攻关的长期性和复杂性。4标准主要内容ISO23611-5:2024依据土壤大型无脊椎动物的生物学特征，对其取样和提取方法进行了系统规范。标准正文共分为八个技术条款和三个资料性附录，各章节要点如表1所示。表1ISO23611-5:2024标准结构和技术要点|条款编号|条款名称|主要技术内容||---------|---------|------------||第1章|范围|规定标准适用于陆域自然生态系统和人工管理生态系统中体宽>2mm的土壤大型无脊椎动物的取样和提取||第2章|规范性引用文件|引用ISO18400系列土壤取样标准和ISO23611-1等系列标准||第3章|术语和定义|界定土壤大型无脊椎动物、取样单元、样方、提取效率等专业术语||第4章|原理|阐述以样方法为基础、辅以物理提取手段获取定量数据的方法学原理||第5章|设备与材料|规定取样框、铁锹、手工拣拾工具、热梯度提取装置等技术参数||第6章|取样程序|详述样点布设策略、取样框尺寸选择、取样深度确定、田间拣拾流程||第7章|提取方法|规范手工拣拾法（手拣法）和热梯度提取法的操作流程及质量控制要求||第8章|样本处理与保存|明确固定液选择、保存温度条件、标本标签信息等要求|4.1取样设计标准规定，取样方案的设计应充分考虑研究目标、生态系统类型和目标类群的生物学特性。标准推荐采用随机样方布设法，取样框的常用规格为25cm×25cm或50cm×50cm，取样深度应至少达到25cm，对于蚯蚓等深栖性类群建议延伸至40~50cm深度[14]。取样时间宜选择在春末至秋初的温暖湿润季节，对于温带地区建议在土壤含水量适中的时期开展取样——极端干旱或极端湿润条件下应避免取样。每个采样点应设置不少于5个重复样方，以确保数据的统计稳健性。4.2提取技术规范标准详细规范了两种提取方法：手工拣拾法和热梯度提取法。手工拣拾法是最基础、适用性最广的提取方法，将样方内土壤置于白色塑料盘上，通过人工方式逐一拣出肉眼可见的大型无脊椎动物，该方法对蚯蚓等移动能力较弱的类群具有较高提取效率。热梯度提取法采用Kempson改良装置，利用土壤动物避光避热的负趋性行为，通过热源照射使动物从土壤样本中迁移至下方的收集器中[15]。标准指出，对于体型较大的类群，热梯度提取法的提取效率存在一定局限性，因此当研究目标聚焦于大型土壤动物群落完整性评估时，应以手工拣拾法为基准方法，必要时辅以热梯度提取法进行交叉验证。4.3质量控制为保证数据的可比性，标准设置了明确的质量控制条款。标准要求记录取样时的环境参数，包括土壤温度、土壤含水量、植被覆盖度等信息，同时在数据报告中应详细描述取样日期、样方数量、提取方法及操作人员信息，以便不同研究间的数据比对时进行方法学校正。5主要参与单位ISO23611-5:2024在研制过程中获得了多个成员国技术机构的深度参与。其中，德国联邦材料研究与测试研究所（BAM）在标准研制中发挥了核心引领作用。BAM的土壤生物学团队自20世纪90年代以来持续开展土壤大型无脊椎动物取样方法的系统研究，为标准的各技术环节提供了大量原创性实验数据和方案设计。在ISO/TC190/SC4中，BAM专家长期担任该标准项目的联合负责人，负责组织国际比对实验（interlaboratorycomparisontest），协调了来自12个国家的18个实验室参与方法验证工作，确保了标准技术指标的普适性和科学合理性[16]。此外，荷兰国家公共卫生与环境研究所（RIVM）、法国国家农业食品与环境研究院（INRAE）、英国生态与水文中心（UKCEH）以及中国科学院南京土壤研究所等机构也为标准的研制提供了重要的技术支持和区域适用性验证数据[17]。这些单位的共同参与确保了标准兼顾了不同气候带和不同生态系统类型的应用需求。6结论与展望ISO23611-5:2024的发布是国际土壤生物标准化领域的一项里程碑式成果。该标准首次在国际层面系统地统一了土壤大型无脊椎动物取样与提取的技术流程，填补了ISO23611系列在大型动物类群方面的空白，标志着国际土壤无脊椎动物取样标准化体系实现了从微型、中型动物至大型动物的全类群覆盖。在全球土壤健康评估和生物多样性保护需求持续上升的时代背景下，该标准的推广应用将带来三重显著效益：第一，提升不同国家和地区土壤生物监测数据的可比性，促进全球尺度的数据整合与趋势分析，为国际土壤生物多样性评估报告提供标准化数据支撑。第二，为土壤生态风险评价和土壤环境基准制定提供可靠的方法学基础，服务于土壤污染风险评估、生态修复效果评价等实际管理需求。第三，促进发展中国家的土壤生物监测能力建设，推动全球土壤生物多样性数据共享与知识传递。展望未来，随着环境DNA技术、自动成像识别技术和人工智能在土壤动物鉴定中的应用日益成熟，ISO23611-5标准也需要在后续修订中逐步融入新兴技术手段的接口与导则。与此同时，推动该标准在联合国可持续发展目标（SDGs）中的引用，促进其与FAO全球土壤伙伴关系（GSP）等国际倡议的深度融合，将是该标准未来发展的重点方向。国际标准化组织应在坚实的科学进展基础上持续完善标准体系，致力于为全球土壤生物多样性保护构建更加成熟和高效的标准化方案。参考文献[1]SwiftMJ,HealOW,AndersonJM.DecompositioninTerrestrialEcosystems[M].Oxford:BlackwellScientificPublications,1979.[2]JonesCG,LawtonJH,ShachakM.Organismsasecosystemengineers[J].Oikos,1994,69(3):373-386.[3]EuropeanCommission.ProposalforaDirectiveonSoilMonitoringandResilience(SoilMonitoringLaw)[R].Brussels:EuropeanCommission,2023.[4]FAO.RevisedWorldSoilCharter[R].Rome:FoodandAgricultureOrganizationoftheUnitedNations,2015.[5]FAO.StatusoftheWorld'sSoilResources:MainReport[R].Rome:FoodandAgricultureOrganizationoftheUnitedNations,2015.[6]RömbkeJ,JänschS,JunkerT,etal.Improvementoftheapplicabilityofecotoxicologicaltestswithearthworms,springtails,andplantsfortheassessmentofmetalsinnaturalsoils[J].EnvironmentalToxicologyandChemistry,2006,25(3):776-787.[7]SmithJ,PottsSG,EggletonP.Evaluatingtheefficiencyofsamplingmethodsforassessingsoilmacro-invertebratediversity[J].SoilBiologyandBiochemistry,2008,40(6):1468-1479.[8]ISO/TC190/SC4.StrategicBusinessPlan:SoilBiologicalCharacterization[R].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2021.[9]OrgiazziA,BardgettRD,BarriosE,etal.GlobalSoilBiodiversityAtlas[R].Luxembourg:PublicationsOfficeoftheEuropeanUnion,2016.[10]LemanceauP,CreamerR,GriffithsBS,etal.EcoFINDERS:Functionalbiodiversityofsoils[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,2014,111(44):15699-15700.[11]朱永官,沈仁芳,贺纪正,等.中国土壤生物学研究的现状与展望[J].科学通报,2016,61(4-5):465-477.[12]ISO/TC190/SC4.ISO/WD23611-5Soilquality—Samplingofsoilinvertebrates—Part5: