環(huán)境樣品庫的建設(shè)與管理

肖乾芬，仇雁翎，劉海玲，陳 皓，孫雅潔，趙建夫，尹大強(qiáng)

(長江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實驗室，污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實驗室，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092)

環(huán)境樣品庫(environmental specimen bank，ESB)的概念是在上世紀(jì)后半葉發(fā)展起來的，是人們對環(huán)境污染有一定的認(rèn)識基礎(chǔ)后，提出了更多的問題：污染物質(zhì)是何時、從哪里進(jìn)入環(huán)境的，濃度是增加還是減少，是否還存在沒有認(rèn)識到的化學(xué)污染物等。要回答這些問題，就必須收集一定數(shù)量的、真實的、具有代表性的樣品，并對它們進(jìn)行可靠而又安全的保存，這個保存中心就是環(huán)境樣品庫。因此，ESB的概念可以總結(jié)為：提供必要條件用于長期而穩(wěn)定地保存具有代表性的環(huán)境樣品，且對入庫樣品的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行齊全的信息存檔[1]。ESB的建立有助于保存各種代表性的環(huán)境樣品，進(jìn)而為評價當(dāng)下的環(huán)境狀況提供依據(jù)，研究各種(污染)物質(zhì)隨時間、空間的濃度變化趨勢及其規(guī)律，為那些治理環(huán)境污染、保障環(huán)境質(zhì)量的諸多措施的效果提供時間與空間的判斷依據(jù)，為過去不曾被關(guān)注或不能被分析的物質(zhì)，因分析技術(shù)的提高或新方法的出現(xiàn)而能進(jìn)行回顧性分析，以獲得歷史時期的環(huán)境信息[1-3]。

1 長江環(huán)境樣品庫的建設(shè)背景與意義

隨著人們對環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)、健康之間關(guān)系認(rèn)識程度的提高，世界各國對ESB的建立和運(yùn)作給予了高度的重視。20世紀(jì)60、70年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，如瑞典、美國、德國、加拿大、日本等，首批建立了ESB，隨后意大利、挪威、芬蘭、丹麥等國家和地區(qū)也相繼建立了ESB，近年來，韓國、法國、英國等也已經(jīng)或正在建設(shè)ESB[2-8]。我國在環(huán)境樣品庫建設(shè)方面的起步較晚。1998年，上海原子核研究所因研究課題的需要，開始在上海嘗試建立一個環(huán)境樣本庫[9]，但隨著相關(guān)科研項目的結(jié)束，該樣本庫已不復(fù)存在。國家海洋局第一海洋研究所于2007年建設(shè)了中國大洋樣品館，主要是保存各大洋調(diào)查航次所得樣品，并展覽“海底區(qū)域”活動的歷程與成果[10]。因全國土壤普查需要，中國環(huán)境監(jiān)測總站于2010年設(shè)立了國家臨時土壤樣品庫[11]。近幾年，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點(diǎn)實驗室也根據(jù)項目研究進(jìn)行了樣品庫的建設(shè)[12]?？傮w來說，在綜合性環(huán)境樣品庫的建設(shè)方面我國相對滯后，沒有形成系統(tǒng)。

長江流域是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的地區(qū)之一，隨著流域人口增加、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程的加快，長江的水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境也在不斷發(fā)生改變。為長期研究長江的生態(tài)環(huán)境演變規(guī)律、評價其環(huán)境質(zhì)量狀況、確保流域乃至全國社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，同濟(jì)大學(xué)從2010年開始，依托污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實驗室和長江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實驗室，著手建設(shè)以長江為主題的環(huán)境樣品庫，即長江環(huán)境樣品庫(Yangtze Environmental Specimen Bank，YESB)。YESB的建立將促進(jìn)2個重點(diǎn)實驗室的系統(tǒng)性研究，是對現(xiàn)有研究內(nèi)容的完善與補(bǔ)充。

在瑞中國際合作項目的支撐及瑞典專家的指導(dǎo)下，樣品庫的“硬件”已按照國際先進(jìn)水平初步建成。對于新建的YESB，更多的挑戰(zhàn)將是在建成以后怎樣來進(jìn)行管理，并使之健康地運(yùn)行。本文總結(jié)了國外比較成熟的ESB的基本經(jīng)驗，特別是瑞典ESB管理的特色，以及所獲得的啟示，以期能夠為YESB的順利運(yùn)作和國內(nèi)其他ESB的建設(shè)提供借鑒。

2 國外成熟環(huán)境樣品庫的基本經(jīng)驗

ESB的運(yùn)行是一個整體，各個環(huán)節(jié)緊密相連。國外ESB的工作流程基本相似：

(1) 根據(jù)研究目標(biāo)制定采樣計劃，并要求所采樣品具有代表性；

(2) 根據(jù)采樣計劃進(jìn)行各種樣品的采集，要求樣品采集過程中，不引入其他污染并能迅速轉(zhuǎn)移至樣品庫；

(3) 采集后的樣品盡快進(jìn)行樣品處理，包括對樣品進(jìn)行信息登記、物理指標(biāo)的測試、真空包裝、大的生物樣品的解剖等；

(4) 根據(jù)樣品保存要求，對樣品進(jìn)行合理的保存，比如是常溫、零下20℃、零下80℃或者液氮，是儲存單個樣品、多個樣品還是儲存某些組織，保存的重量(或數(shù)量)是多少等；

(5) 根據(jù)環(huán)境監(jiān)測、科研或生物多樣性調(diào)查等不同目的，選擇分析指標(biāo)，并進(jìn)行各類指標(biāo)的檢測與分析(有的指標(biāo)需送往特定檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析)；

(6) 將所得數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理，并與往年的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，形成綜合性的報告；

(7) 根據(jù)每年報告中所體現(xiàn)的問題，指出需要改進(jìn)或加強(qiáng)的地方，進(jìn)一步修改下次計劃。

如此循環(huán)而構(gòu)成了ESB的完整工作流程，由此清晰地展示出每個階段所要做的工作，并在不斷改進(jìn)中加以完善。另外，ESB建設(shè)、裝修中材料的選用，樣品保存方法的建立，管理體系、報警系統(tǒng)等都有經(jīng)驗總結(jié)，值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。

3 瑞典ESB管理的特色經(jīng)驗

瑞典的ESB依托于瑞典自然歷史博物館污染物研究部門，是世界上最古老和儲存樣品最多的環(huán)境樣品庫之一，最早的系統(tǒng)采集的環(huán)境樣品可以追溯到20世紀(jì)60年代中期[13]。運(yùn)行持久而又良好的瑞典ESB，有著豐富的管理經(jīng)驗，其特色主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 對內(nèi)分工明確，對外合作密切

在瑞典自然歷史博物館里，ESB所依托的污染物研究部門一共有20余位工作人員，不僅負(fù)責(zé)了整個瑞典國家ESB的日常運(yùn)行和管理，還與外部單位開展了大量的科研項目合作。之所以能夠以如此少的人力完成如此龐大的ESB工作，這主要得益于2個方面。

一是各職能崗位人員的分工和職責(zé)非常明確，如采樣和預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫輸入輸出及管理、每種大型生物(如海豹、水獺等)的解剖、數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計等分別由專人負(fù)責(zé)。如此一來，所有的人都做自己最擅長的事，這有利于將事情做好、做細(xì)、做精。

二是與外部單位和個人保持長時間密切合作，如樣品的采集，因為樣品庫的采樣范圍涉及到整個瑞典，有的采樣點(diǎn)離ESB很遠(yuǎn)，為了節(jié)省物力和人力，ESB與當(dāng)?shù)氐臐O民或研究機(jī)構(gòu)建立長期合作，每年定期采集所要求的樣品并送到ESB。為了比較波羅的海海域的污染情況，與周邊國家進(jìn)行緊密的合作，加入HELCOM(Baltic Marine Environment Protection Commission-Helsinki Commission)，每年合作出版一本海域污染狀況報告[14]。其他還有大量與大學(xué)的合作研究，與其他各國ESB的合作，就不一一列舉了。

3.2 長期監(jiān)測與特色研究項目相結(jié)合

ESB的項目類型比較多，大部分是瑞典環(huán)保局直接支持的長期監(jiān)測項目，如從1999年就開始一直持續(xù)到現(xiàn)在的一個生物多樣性調(diào)查項目，每年研究人員都會在固定的時間和地點(diǎn)監(jiān)測小河里生物的種類、大小、顏色、數(shù)量等情況，并與往年的監(jiān)測數(shù)據(jù)做比較，為判斷生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況提供依據(jù)。此外，還有海豹及麋鹿等大型生物的數(shù)量調(diào)查和病理學(xué)研究，也是持續(xù)多年的固定項目。而更常規(guī)和長期的監(jiān)測則涵蓋了海洋生物及淡水生物的監(jiān)測，比如從80年代開始監(jiān)測藍(lán)貽貝(Mytilus edulis)，沿瑞典的海岸共設(shè)有3個長期監(jiān)測的采樣點(diǎn)，每年從采集的樣品中分析重金屬、持久性有機(jī)物、溴代阻燃劑和多環(huán)芳烴等污染物的含量。從20世紀(jì)60年代開始監(jiān)測淡水鱸魚、鱈魚等，每年從不同的布點(diǎn)處采樣并處理，分析重金屬、持久性有機(jī)物等多種污染物的含量[2,4,6,15]。在特色項目的研究方面，因為ESB儲存了大量有代表性的環(huán)境樣品，且每年都會固定采集新鮮的樣品補(bǔ)充到ESB中，利用這些樣品開展研究，無疑具有很大的科研價值。因此，其他科研單位(如瑞典斯德哥爾摩大學(xué)等)非常愿意與瑞典的ESB合作，每年都能夠從政府或其他渠道申請到一些特色的合作研究項目。通過這些特色項目的研究，反過來促進(jìn)了ESB的發(fā)展，提升了其科研價值。

3.3 重視數(shù)據(jù)管理與積累

ESB的管理，除了對實際環(huán)境樣品的存儲及使用管理，還包括對入庫樣品的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行齊全的信息管理(利用專門的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(database))。其中信息管理是一項非常系統(tǒng)的工作，涉及到ESB工作的各個環(huán)節(jié)。首先是在樣品采集后，填寫數(shù)據(jù)管理的信息表格，賦予樣品編碼。之后，進(jìn)行樣品的物理形態(tài)測量記錄，或大的生物樣品的解剖記錄。真空包裝樣品時需將特定的記錄卡片一起包裝，卡片上的信息須與文檔記錄的信息一致，登記樣品的儲存條件和儲存地，以便于以后查找和使用。所有樣品均可用于不同項目的研究，本年度所采集的樣品均需取樣分析并記錄。如果其他人需要使用樣品庫的樣品，可以遞交申請表，然后管理者根據(jù)申請者的研究目的，視樣品量的多少，考慮是否批準(zhǔn)并記錄。上述的樣品存儲輸入、物理形態(tài)數(shù)據(jù)測量、取用輸出及分析所得數(shù)據(jù)都需要做文檔記錄，并錄入到數(shù)據(jù)庫中。在整個數(shù)據(jù)管理過程中，每一步都設(shè)計有特定的文檔記錄表格，清晰地知道需要填寫哪些信息，并同時保存文檔和電子數(shù)據(jù)庫資料。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計是ESB管理中重要的組成部分，對于環(huán)境監(jiān)測方案中采樣點(diǎn)的布置、采樣頻率、采樣數(shù)目及采樣季節(jié)等的考慮，都是在進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計后得到相應(yīng)的結(jié)論，從而做出調(diào)整的。因此，每年得到分析數(shù)據(jù)后，要由專人對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理，對統(tǒng)計方法和統(tǒng)計效率等做出評估[12]，并在此基礎(chǔ)上完成年度ESB報告。

3.4 堅持對外開放

博物館有大量關(guān)于自然環(huán)境認(rèn)知和生態(tài)保護(hù)的展覽和影片，且大多是免費(fèi)的，每天都有很多人前來參觀，大部分還是在校學(xué)生。這種對外開放的形式對加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識教育和宣傳都是非常有利的。

4 啟示

目前，長江環(huán)境樣品庫的硬件建設(shè)基本完成，如何更好地來建設(shè)“軟件”部分，使其能夠良好有序地運(yùn)行，瑞典ESB管理的經(jīng)驗給我們以下幾點(diǎn)啟示。

4.1 明確定位，細(xì)致規(guī)劃

瑞典ESB著眼于國家而服務(wù)于北歐，得到了國家的長期支持，因此得到長足發(fā)展。長江環(huán)境樣品庫是中國建立的首個綜合性環(huán)境樣品庫，是在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度、對自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一系列影響、亟需研究環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展這樣的背景和前提下建立的，因此，對長江環(huán)境樣品庫的定位，不應(yīng)該僅僅是依托于大學(xué)的一個基地，更應(yīng)該著眼于向國家級環(huán)境樣品庫的發(fā)展，站在一個更高的起點(diǎn)上，加強(qiáng)與國際ESB的對話，以期能夠引領(lǐng)中國ESB領(lǐng)域發(fā)展的未來，并在全球ESB聯(lián)盟中發(fā)揮國際影響力。有了這樣的定位，才能制訂出能夠充分體現(xiàn)遠(yuǎn)謀近慮、長短期相結(jié)合的規(guī)劃目標(biāo)與方案，也才能尋找到確切的研究目標(biāo)，有針對性地制定出具體的研究計劃，并在此基礎(chǔ)上對ESB的各工作環(huán)節(jié)加以細(xì)化。

4.2 加強(qiáng)隊伍建設(shè)，積極開展對外合作

一支專業(yè)、有凝聚力的ESB管理和科研團(tuán)隊，是新建ESB能夠順利開展并保持穩(wěn)定發(fā)展的核心力量。借鑒瑞典的經(jīng)驗，須著重培養(yǎng)專項人才，在分工上盡可能做到明確。同時利用同濟(jì)大學(xué)強(qiáng)大的師資隊伍對新進(jìn)人才進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)和輔導(dǎo)，并利用國際合作優(yōu)勢，將優(yōu)秀人員送出去培訓(xùn)或引進(jìn)國外優(yōu)秀的ESB相關(guān)專家進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，從而培養(yǎng)出專業(yè)的、視野開闊的人才。同時，ESB的工作鏈頗多，需要積極開展對外合作，這不僅有利于節(jié)省人力物力，對擴(kuò)大其影響也是非常有利的。合作可以按需求分為樣品采集的合作和科研項目的合作，如不必每個采樣點(diǎn)都要YESB安排專人去現(xiàn)場采樣，可以與當(dāng)?shù)氐难芯繖C(jī)構(gòu)或個人建立長期合作，按照要求每年定期采集所需要的樣品。為了某一特定區(qū)域的環(huán)境研究，可以和區(qū)域內(nèi)的相關(guān)機(jī)構(gòu)建立科研合作，達(dá)到一次采樣可用于多個目的的作用。另外，在當(dāng)今環(huán)境問題全球化的背景下，還要注重加強(qiáng)與國際ESB間的合作，互相學(xué)習(xí)經(jīng)驗，共同進(jìn)步。

4.3 長期監(jiān)測與特色研究項目相結(jié)合

長期監(jiān)測是YESB的存在根本，一定要在規(guī)劃、布點(diǎn)、樣品種類、采樣方式、采樣周期等方面仔細(xì)思考并制定標(biāo)準(zhǔn)程序，且需要根據(jù)實際情況不斷更新和完善。瑞典的ESB之所以能夠長期存在下去，與其政府對它的重視和支持是分不開的。樣品的采集及運(yùn)輸、樣品預(yù)處理、儲存、分析等都需要大量經(jīng)費(fèi)支撐才能完成。

YESB建設(shè)期間和建成之初，主要是結(jié)合同濟(jì)大學(xué)相關(guān)研究團(tuán)隊的科研項目開展環(huán)境樣品的采集和保存，但要想長期發(fā)展下去，必須從為區(qū)域和流域服務(wù)、為國家環(huán)保政策制定和開展環(huán)境管理提供支撐的角度出發(fā)，開展系統(tǒng)的頂層方案設(shè)計，從而獲得政府或基金會的長期經(jīng)費(fèi)支持，確保長期監(jiān)測得以繼續(xù)。與此同時，結(jié)合高校強(qiáng)大的科研隊伍，大力開展結(jié)合ESB的特色項目研究，如與中瑞環(huán)境健康實驗室的研究相結(jié)合，或與沿江的科研單位、監(jiān)測部門相互合作。在擴(kuò)充ESB庫存的同時，使得樣品得到充分利用，提升ESB的科研價值和影響力。

4.4 加強(qiáng)環(huán)保展示教育

YESB依托于同濟(jì)大學(xué)，對本科生的創(chuàng)新研究、研究生參與科研項目等，都是良好的環(huán)境，要發(fā)揮好其功能，并將先進(jìn)的環(huán)保理念傳遞下去。除此之外，YESB坐落于嘉興的可持續(xù)發(fā)展公園里，公園本身就是環(huán)保節(jié)能的示范公園，對宣傳環(huán)保、節(jié)約能源有良好的展示作用。在未來的發(fā)展中，可以考慮將環(huán)保展示作為公益活動延展到中小學(xué)生中，接受集體的預(yù)約參觀，或?qū)γ癖婇_放，讓YESB在環(huán)保教育和宣傳中發(fā)揮更大的作用。

5 結(jié)束語

國外已有幾十年的ESB運(yùn)行管理經(jīng)驗，尤其是瑞典ESB管理中對內(nèi)部崗位的明確分工、與外部的緊密合作、堅持長期監(jiān)測與特色項目研究相結(jié)合、重視樣品數(shù)據(jù)的積累等，都是值得我們學(xué)習(xí)的地方。新建的YESB，開啟了中國環(huán)境樣品庫建設(shè)新的一頁，但同時也將面臨一系列的挑戰(zhàn)。在借鑒瑞典和其他國家ESB的成熟管理經(jīng)驗的時候，應(yīng)該結(jié)合中國的國情，有所選擇和創(chuàng)新，努力建成具有自己特色的YESB，使之能夠引領(lǐng)中國ESB領(lǐng)域發(fā)展的未來，并在全球ESB聯(lián)盟中發(fā)揮國際影響力。

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