對國家環境保護野外觀測研究站建設的幾點思考

劉海江，齊 楊，孫 聰，何立環，彭福利，張建輝

中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012

改革開放以來，經濟社會快速發展，以高耗能、高污染和資源消耗型為特征的產業結構帶來了一系列生態環境問題。中國已進入生態環境問題高發期，體現為環境污染與生態退化交織，生態環境問題的區域性、復合性特征越來越明顯。新的形勢要求生態環境研究要從單一要素、單一問題向區域性、系統性研究轉變，需要從生態系統甚至地球系統科學角度開展綜合觀測研究［1］。生態環境野外觀測研究站作為開展生態系統綜合研究的重要手段之一，自20世紀80年代以來發展迅速，在全球、區域或國家尺度上形成了比較有影響力的生態環境觀測研究網絡。中國環境保護主管部門也認識到生態環境野外觀測研究站在生態環境管理及科技發展中的重要作用，在《國家環境保護“十二五”科技發展規劃》［2］中提出要啟動建立國家環境保護野外觀測研究站，將其作為“十二五”環境科技支撐能力建設內容之一。同時，在2013年國務院印發的《“十二五”國家自主創新能力建設規劃》［3］中也將國家野外科學觀測研究站(網)作為科技創新基礎條件建設內容，提出要加強農業、氣象、環保、水利等領域野外科學觀測研究站(網)建設，推進野外科學觀測研究站(網)的信息化，形成資源共享的綜合性、專業性野外科學觀測研究基地。

國家環境保護野外觀測研究臺站作為今后中國科技創新基礎條件的重要內容，將為中國重大或區域性的生態環境問題及可持續發展提供科技支撐。圍繞環保部門在生態環境保護方面的重點業務領域和部門職責，同時結合未來國家生態環境保護新要求和新趨勢，就國家環境保護野外觀測研究臺站的建設目標與定位、建設原則、空間布局、運行機制、觀測指標等進行分析和探討，以期為“十二五”及今后更長一段時期內國家環境保護野外觀測研究站(網)的建設和發展提供支持。

1 現狀與問題

目前，環保部門生態環境野外觀測研究站建設剛剛起步，與中科院的中國生態系統研究網絡(CERN)或林業部門的中國森林生態系統定位研究網絡(CFERN)均具有較大差距。但是相關研究起步比較早，在20世紀90年代初就進行過相關探索，如1993年原國家環境保護局組織編寫了“生態監測技術大綱”，提出野外生態監測站的監測指標體系和監測方法，按照不同生態系統類型和水文、氣象、土壤、植被、動物和微生物等6個要素，確定了監測指標［4］。1994年，原國家環境保護局提出在全國建立9個生態監測站，對各類生態系統進行監測［5］。1996年，在世界銀行貸款支持下，原國家環境保護局組織完成了中國生態監測網絡建設規劃研究，以構建全國統一的生態監測網絡為目標進行頂層設計，將整個網絡分為農業生態監測網絡(農田、草原、漁業)，自然陸地生態監測網絡(森林、荒漠)，中國淡水生態監測網絡(河流、湖泊、內陸濕地)以及中國海洋生態監測網絡4個主題，并按照近期、中期、遠期3個階段確定了要建立的生態監測站點及監測指標體系，同時對生態環境評價及監測網絡運行管理機制進行了探索［6］。此外，中國環境監測總站從構建完善的國家環境監測網以及監測技術體系角度出發，也對生態環境綜合監測及監測指標、評價方法、數據質控、發展方向、能力建設等進行了研究和探討［7-10］。

由于種種原因，“十五”和“十一五”期間環保部門的生態環境野外觀測臺站建設進展緩慢，只有部分環境監測站在原有基礎上堅持開展植物群落監測，但環境要素監測未能同步開展，野外臺站的硬件能力建設投入幾乎沒有，如內蒙古自治區環境監測中心站在呼倫貝爾草甸草原、錫林郭勒典型草原、包頭達茂旗荒漠草原、阿拉善荒漠、鄂爾多斯毛烏素沙地、呼和浩特清水河縣黃土高原、巴盟磴口縣烏蘭布和沙漠建立了7個觀測點，定期開展植物群落監測;新疆自治區環境監測總站從2000年起在塔里木河流域以及伊犁、阿爾泰、哈密地區的高山草地開展監測工作;青海省環境監測中心站“十一五”期間開展三江源高寒草原生態系統監測;湖南省洞庭湖生態環境監測站開展洞庭湖水質、底泥以及浮游動植物、底棲動物等水生生物監測?！笆濉币詠?，為了建立生態環境天地一體化監測技術體系，彌補目前國家環境監測網生態環境例行監測以遙感為主要技術手段的不足，中國環境監測總站于2010年開展了生態環境地面監測站建設規劃研究，研究制定了生態環境地面監測站點布設及監測指標體系和監測方法，并從2011年起，與相關省環境監測站共同開展生態環境地面監測工作，目前已經在吉林、內蒙古、海南、湖北、湖南、四川、青海和新疆等10余個省份的重要生態功能區、生態脆弱區、重要湖泊濕地、大型涉水工程區開展生態系統連續監測。采取的監測模式為總站和省級或市級環境監測站聯合監測，所有設立的觀測樣地(區域)不進行封閉管理，均在原本自然狀態下進行定期連續監測，這種模式不需要建設獨立的野外觀測研究站房，只需解決每年的監測經費即可，運行成本低，便于在很短時間內開展監測工作。此外，環保部其他直屬單位“十二五”以來也建立了一些生態環境野外觀測研究站，如中國環境科學研究院在洞庭湖、呼倫貝爾、井岡山、秦嶺等地建立了生態觀測研究站，環保部南京環境科學研究所在太湖、西藏、武夷山等地建立了觀測臺站，環保部華南環境科學研究所在珠三角、云貴等地建立了觀測研究臺站。

總體來看，目前環保部門的生態環境野外觀測臺站建設水平比較低，距離作為國家環?？萍紕撔缕脚_的目標差距比較大，表現為缺乏統一規劃和頂層設計，空間布局不太合理;發展水平比較低，不少野外臺站基本停留在掛牌階段，實質性觀測研究工作較少;觀測研究基礎設施差，觀測研究能力弱，尚未建立規范的數據觀測技術方法和運行管理機制;同時缺乏穩定、足夠的運行保障經費。

2 建設目標與定位

國家環境保護野外觀測研究站作為今后一段時期中國環境科技創新發展條件平臺，要為解決新形勢下中國生態環境問題提供科技支撐，其主要目標有2個方面:①針對突出的或重大的生態環境問題，開展基于生態系統的長期、多要素連續觀測研究，為揭示生態環境問題形成機理、演化過程與治理提供科學支撐;②針對重點區域開展生態環境現狀和演變綜合評估，研究生態環境演變過程，并針對水、土、氣不同污染介質，研究典型污染物遷移轉化規律，探索生態環境監測預警技術方法。

在定位上要重點關注2個方面:①要與中國已有的生態環境野外觀測研究臺站形成互補，起到加密和補充作用。目前國內主要的野外觀測研究臺站網絡有中科院的 CERN［11］和林業部門的CFERN［12］，其中CERN側重于生態系統結構與功能、過程與機理方面基礎科學問題的觀測與研究［1］，主要在森林、草原、荒漠、農田、濕地等不同類型生態系統的典型代表區域建立長期定位觀測站，都建立有獨立的站房設施，設立封閉管理的長期定位觀測樣地(點);CFERN重點開展森林生態系統結構、功能之間相互反饋機理以及服務功能方面的研究［13］，側重森林單一生態系統的觀測研究。國家環境保護野外觀測研究站在空間上要加密和補充目前生態系統定位研究臺站，在觀測數據上要彌補已有臺站尚未觀測，但環保部門為解決生態環境問題所必須觀測的數據(如水、空氣、土壤等介質中的各種污染物監測)。②要突出環保部門的特色。環境保護野外觀測研究站要體現觀測研究的綜合性和多學科交叉性，重點關注區域性生態環境問題以及水、氣、土等污染特征的觀測研究，此外對區域生態環境狀況的評價也是重要內容，突出對區域生態環境狀況的整體診斷和評估，體現環保部門綜合監管職責特點。在監測領域方面，根據環保部門的生態環境監管職責分工，側重于對中國生物多樣性保護重要區、生態脆弱區、重要(點)生態功能區的綜合觀測與評估。

3 建設原則

3.1 頂層設計，統籌規劃

國家環境保護野外觀測研究站(網)的建設是個耗時較長的系統工程，需要相當一段時間的穩步持續推進，因此需要規劃先行，做好頂層設計。在設計上既要立足目前國家環境保護的重點領域以及環保部門的生態環境管理職責，又要放眼長遠，圍繞今后國家生態環境保護管理體制改革方向;同時要打破區域、部門界限，根據中國生態地理空間分異規律及主要生態環境問題的空間分布，規劃建立陸海統籌的生態環境野外監測網絡以及觀測指標、觀測方法、質量控制、數據管理等全程序的觀測技術體系。

3.2 突出重點，特色鮮明

國家環境保護野外觀測研究站(網)除了觀測水、土、氣等環境要素常規特征外，還要突出重點，體現部門特色，重點圍繞水、空氣、土壤等主要介質的污染物特征、演變以及預警開展觀測研究。優先在重要(點)生態功能區、生物多樣性保護優先區、生態脆弱區、重要濕地建立觀測研究臺站。

3.3 先行試點，逐步完善

為探索建立國家環境保護野外觀測研究站的運行管理機制和模式、觀測技術規范、能力建設等，應先進行試點，在試點中逐步完善管理機制、技術規范等，同時也要開展基于觀測數據的區域生態環境狀況評估方法研究。根據目前環保部門生態環境野外觀測實際情況，探索多種模式的野外觀測運行機制，如建立野外觀測站模式的運行機制、不需要基建只需在特定區域設立長期觀測樣地(點位)并定期開展觀測的運行機制、以及與高校等相關部門已有監測臺站共建的運行機制等，通過多種試點建立具有部門特色的野外觀測站組織管理模式和技術體系。

3.4 填平補齊，分期實施

國家環境保護野外觀測研究站(網)建設需要分期分階段實施，可按照近期、中期和遠期制定發展目標。近期目標主要是對目前已有一定工作基礎的野外觀測研究臺站加大投入，填平補齊，提升軟硬件能力，盡快建成符合國家環境保護野外觀測研究臺站規劃要求的標準臺站。同時，積極地推動這些臺站成為國家生態環境觀測研究網絡(CNERN)［14］甚至國際及區域性生態環境觀測研究網絡的成員單位。

目前環保部門野外觀測研究臺站中，由中國環境監測總站運行管理的14個國家環境空氣背景監測站以及31個區域大氣環境監測站具備很好的硬件條件，都建立有獨立的野外觀測站房，具備通水、通電、通路以及必要的生活設施，而且還預留有實驗室，目前主要開展環境空氣單一要素的自動連續觀測，只需補充生物(生態)等觀測設備即可成為標準化的環境保護野外觀測研究站。

4 空間布局

在空間布局上，國家環境保護野外觀測研究臺站要區別于以生態系統類型設立的CERN和以中國森林生態地理分布設立的CFERN。臺站空間布局從2個角度考慮:

在目前水、土、氣等介質面臨的環境污染問題的空間分布區或重點監控區域設立野外觀測研究站。水環境方面可以在重要湖泊、河流和重大涉水工程中建立野外觀測站(如在太湖、巢湖、滇池、洞庭湖、鄱陽湖、丹江口水庫、三峽水庫以及黃河口、長江口等河口環境開展以水生態系統為主的定位觀測研究)。空氣環境方面可以圍繞大氣污染比較嚴重的京津冀、長三角、珠三角開展空氣污染方面的長期定位觀測研究，目前隸屬于國家環境監測網的空氣質量監測網是國內最先進、實力最雄厚的大氣監測網絡，但主要開展較大城市(地級市以上)的環境空氣污染物監測，為了深入了解區域空氣污染物來源及空間遷移規律，建立空氣污染監測預警體系，還需要在主要城市以外區域建立區域性監測站點，形成能夠比較均勻覆蓋區域的環境空氣監測網。土壤環境方面根據國家已經完成的土壤污染調查成果，在受關注度高、污染比較嚴重的農產品主產區和污染場地集中分布區建立土壤污染物遷移轉化和污染修復觀測研究臺站。

根據環保部門的生態環境監管職責，在一些關系國家或區域生態安全、具有重要生態屏障功能的區域建立生態環境觀測研究臺站，開展區域生態系統結構、功能、演變過程、生態服務及污染物生態效應方面的觀測研究。重要生態區域可根據國務院《全國主體功能區規劃》［15］、環保部《全國生態功能區劃》［16］、《全國生態脆弱區保護規劃綱要》［17］、《中國生物多樣性保護戰略與行動計劃》(2011—2030 年)［18］確定，如《全國主體功能區規劃》限制開發區中劃定的防風固沙、水土保持、水源涵養和生物多樣性維護4類25個國家重點生態功能區，以及環保部《全國生態功能區區劃》劃定的水源涵養、土壤保護、防風固沙、生物多樣性維護和洪水調蓄5類50個重要生態功能區，這些區域可作為國家環境保護野外觀測研究臺站建設的優先區域(表1)。

5 運行機制

5.1 組織模式

國家環境保護野外觀測研究臺站由環保部組織建立，在組織模式上，應該建立由科學指導委員會、執行委員會、綜合管理中心的組織管理模式?？茖W指導委員會負責指導國家環境保護野外觀測研究站(網)的發展規劃、頂層設計、科學研究目標凝練以及發展方向的把握，一般由國內外生態環境領域的知名專家組成。執行委員會負責制定國家環境保護野外觀測研究站(網)發展規劃、臺站建設、臺站定期評估等事項，成員主要由各觀測研究站負責人組成。綜合管理中心協助執行委員會完成國家環境保護野外觀測研究站網的日常運行管理、數據采集、數據質控、技術培訓等工作。

5.2 建設模式

在臺站建設模式上，根據實際情況可采用不同的模式，如定位觀測站模式，在特定區域建立野外觀測研究站以及長期定位觀測設施開展觀測研究。該模式需要在征地、基建、儀器設備以及通水、通電、通路、生活設施方面投入，建設周期長，投入大;第2種模式為利用環保系統已有的環境監測業務體系，依托各級環境監測站在特定區域開展觀測研究，該模式不需要單獨建立觀測站房，省去征地、基建及通水、通電、通路方面的建設費用，只需在儀器設備方面按照環境保護野外觀測研究臺站建設標準填平補齊即可，投入相對較少，節省了野外觀測站的運行維護費用，并且能在較短時間內開展觀測研究工作;第3種為共建模式，利用目標區域其他部門或單位已建立的站房基礎設施聯合建立野外觀測研究站。

表1 國家環境保護野外觀測研究臺站優先建設區域

6 監測與評價技術體系構建

科學的生態環境數據采集是國家環境保護野外觀測研究臺站的主要使命，數據質量有保證，才能對生態環境的狀態進行科學的、可信的表征與診斷，只有最大程度保證評價結果的科學性和可靠性，才能為生態系統管理決策提供科學支撐［19］。野外觀測研究臺站的標準化、規范化建設、運行及科學觀測是數據質量的基本保證，因此需要制定一系列技術規范或指南，如《國家環境保護野外觀測研究臺站建設規劃》、《國家環境保護野外觀測研究臺站管理辦法》、《國家環境保護野外觀測研究臺站建設規范及技術要求》、《國家環境保護野外觀測研究臺站觀測指標體系》、《國家環境保護野外觀測研究臺站觀測技術規范》、《國家環境保護野外觀測研究臺站數據質控規范》、《國家環境保護野外觀測研究臺站數據管理規范》、《國家環境保護野外觀測研究臺站數字化信息化建設規范》等。

同時，為了更好地服務環境管理，開展基于生態環境綜合觀測數據的生態環境狀況評價方法研究也十分必要，在評價方法研究上需要重點關注2個方面:①如何將定點定位的生態環境綜合觀測數據通過尺度轉換來反映區域的生態環境狀況，即由點到面的尺度轉換方法研究。定位觀測的最終目的是要了解區域生態環境狀況及演變過程，因此需要將基于空間定點的觀測數據通過尺度轉換方法或模型來表征區域生態環境狀況及演變規律。②區域生態環境狀況評價要有明確的目標導向，要與環保部門的生態環境監管職責緊密結合，要為生態環境管理提供針對性、精細化的技術支持，如對位于重要(點)生態功能區的觀測研究站，根據臺站所處生態功能區所承擔的生態服務功能類型(如水土保持、水源涵養、防風固沙或生物多樣性維護)，將主導生態服務功能狀況及動態變化評估作為建立評價方法和模型的出發點。當然也可從生態系統健康狀況、脆弱性、敏感性、生態安全或生態風險等不同角度開展區域生態環境狀況的評估。

7 監測指標體系框架

國家環境保護野外觀測研究臺站的監測指標體系按照組成生態系統的生物群落、水分、土壤、空氣、氣象等要素篩選確定，由于每個要素包括許多指標，若全部監測，在人力、物力上不現實，同時一些指標之間具有相關性，因此沒有必要全部監測，將監測指標分為核心指標和輔助指標2類，其中核心監測指標由最能表征各要素狀況的指標組成，也是開展生態環境綜合評價的關鍵指標，屬于必測指標，輔助監測指標根據實際情況可進行選擇性監測(表2)。

表2 國家環境保護野外觀測研究臺站監測指標體系框架

監測指標體系框架注重突出環保部門特色，如水、土、空氣環境要素的監測指標均按照目前中國水質、空氣質量和土壤環境質量評價所需的監測指標組成，這些指標作為必測指標，便于與已有的監測數據進行對比分析，揭示區域生態系統的變化規律。其中水環境必測指標為現行《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中表1的24項指標;空氣環境必測指標為新修訂的《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)中表1的6項指標;土壤環境必測指標分為質量評價必測指標和土壤物理性狀監測指標，其中質量評價監測指標按照《土壤環境質量標準》(GB 15618—1995)表1的11項指標，物理性質監測指標包括土壤質地、非毛管孔隙度、土壤最大持水量等7個指標。生物群落指標主要監測植物群落物種組成、結構、生物生產量等，目前國內尚未建立統一的監測指標體系。由于森林、草原、荒漠以及濕地4類生態系統在物種組成、群落結構等方面具有顯著差異，因此監測內容和方法也均有較大差異，如為了保護良好的森林生態系統，需要對喬木層、灌木層、草本層、地被層進行監測;對于典型的草原生態系統，一般只需監測草本層。因此生物要素指標按照喬木層、灌木層、草本層分別設立，在監測中可根據生態系統類型選擇要監測的指標。在輔助監測指標中，針對4類生態系統分別設定了相關指標，這些指標均有助于了解生態系統狀況。另外還有景觀指標，包括土地利用、植被類型以及人類活動(如開墾、放牧)等對生態系統的干擾情況。

8 結語

國家環境保護野外觀測研究站是國家環保領域的重要科技支撐和基礎設施，也是國家野外觀測研究臺站的重要組成部分，對于研究和解決區域性、系統性的生態環境問題具有重要作用。就國家環境保護野外觀測研究站(網)建設的目標與定位、空間布局、運行機制、監測與評價技術體系等方面進行了初步探討與分析。

國家環境保護野外觀測研究臺站建設目標應定位于針對中國突出的生態環境問題，開展基于生態系統的長期、多要素連續觀測研究;針對重點區域水、土、氣不同污染介質典型污染物遷移轉化規律觀測與研究。在發展方式上，由于建設周期長、投入大，前期建設規劃非常重要，需要管理部門做好頂層設計;按照近、中、遠期統籌規劃設計。在觀測站點分布上，一方面重點關注水、土、氣等介質面臨的環境污染問題的區域或重點監控區，另一方面也要加強對中國重要生態安全屏障區的監測，目前《全國主體功能區規劃》的25個國家重點生態功能區和《全國生態功能區劃》的50個重要生態功能區是優先布設站點的區域。標準化、規范化的觀測對于生態長期觀測尤為重要，需要提前開展相關方面的研究，制定相關的監測指標體系和技術規范，為國家環境保護野外觀測研究網絡做好技術準備。

［1］傅伯杰，牛棟，于貴瑞．生態系統觀測研究網絡在地球系統科學中的作用［J］．地理科學進展，2007，26(1):1-16．

［2］環境保護部．國家環境保護“十二五”科技發展規劃［EB/OL］．(2011-6-9)［2014-4-30］．http://www．mep．gov．cn．

［3］國務院．“十二五”國家自主創新能力建設規劃［EB/OL］．［2014-4-30］．http://www．gov．cn．

［4］萬本太．中國環境監測技術路線研究［M］．長沙:湖南科學技術出版社，2003:191-193．

［5］中國環境監測總站．中國環境監測方略［M］．北京:中國環境科學出版社，2005:103-107．

［6］原國家環境保護局．中國生態監測網絡建設規劃研究總報告［R］．北京:原國家環境保護局，1996．

［7］萬本太．中國環境監測工作的成就、問題和對策［J］．中國環境監測，1996，12(2):27-31．

［8］萬本太，蔣火華．論中國環境監測技術體系建設［J］．中國環境監測，2004，20(6):1-4．

［9］李國剛，萬本太．中國環境監測科技發展需求分析［J］．中國環境監測，2004，20(6):5-8．

［10］萬本太，蔣火華．論中國環境監測發展戰略［J］．中國環境監測，2005，21(1):1-3．

［11］中國科學院．中國生態系統研究網絡［EB/OL］．［2014-4-30］．http://www．cern．ac．cn．

［12］國家林業局．中國森林生態系統定位研究網絡［EB/OL］．［2014-4-30］．http://www．cfern．org/．

［13］王兵，崔向慧，楊鋒偉．中國森林生態系統定位研究網絡的建設與發展［J］．生態學雜志，2004，23(4):84-91．

［14］中國科學院．中國國家生態系統觀測研究網絡［EB/OL］．［2014-4-30］．http://159.226.111.43．

［15］國務院．全國主體功能區規劃［R］．北京:國務院，2010．

［16］環境保護部．全國生態功能區劃［R］．北京:環境保護部，2008．

［17］環境保護部．全國生態脆弱區保護規劃綱要［R］．北京:環境保護部，2008．

［18］環境保護部．中國生物多樣性保護戰略與行動計劃(2011—2030年)［R］．北京:環境保護部，2011．

［19］董貴華，何立環，劉海江，等．生態系統管理中生態環境評價的關鍵問題［J］．中國環境監測，2013，29(2):41-45．