探析地學(xué)領(lǐng)域知識(shí)在環(huán)境類專業(yè)的拓展

譚志海　張平　劉釗

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境污染區(qū)域化態(tài)勢(shì)備受關(guān)注。該文通過(guò)實(shí)例分析和對(duì)比方法，深入地探討環(huán)境類專業(yè)與地學(xué)領(lǐng)域知識(shí)的區(qū)別與聯(lián)系。結(jié)果表明：大環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)理念建立和多學(xué)科交叉多項(xiàng)手段是解決污染和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的必要條件。強(qiáng)化地學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)，運(yùn)用地學(xué)領(lǐng)域3S技術(shù)在環(huán)境學(xué)應(yīng)用，加強(qiáng)野外實(shí)習(xí)環(huán)境監(jiān)測(cè)，有助于拓寬環(huán)境類專業(yè)地學(xué)知識(shí)，有助于深入了解污染物在環(huán)境中遷移和轉(zhuǎn)化內(nèi)在機(jī)理，從而為區(qū)域污染物監(jiān)測(cè)和治理提供必要手段。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù) 野外監(jiān)測(cè) 地學(xué)知識(shí) 環(huán)境類

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0218-02

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，諸如全球變暖、森林草原面積銳減、臭氧層空洞、淡水資源匱乏、土壤沙漠化、森林大火等一系列環(huán)境問(wèn)題出現(xiàn)備受關(guān)注[1-5]。據(jù)美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展》雜志2016年3月15日發(fā)表的佐治亞理工學(xué)院研究人員的一項(xiàng)報(bào)告，自2013年以來(lái)北京在內(nèi)的中國(guó)東部持續(xù)近一個(gè)月的空氣污染與2012年秋季北極海冰融化有關(guān)。報(bào)告認(rèn)為，全球氣候變暖很可能讓北極海冰繼續(xù)融化，使得東亞季風(fēng)冬季風(fēng)的減弱，使得華北地區(qū)亞洲冬季風(fēng)活動(dòng)減弱，使得氣象條件不利于污染物擴(kuò)散。此外有些報(bào)道霧霾氣溶膠與季風(fēng)氣候密切聯(lián)系[6]。只有把霧霾天氣災(zāi)害與全球大氣環(huán)境自然氣象條件聯(lián)系起來(lái)，才有助于我們理解霧霾天氣產(chǎn)生原因和特征，才能有效提出科學(xué)治理霧霾天氣根本途徑。目前環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境破壞不僅呈全球化趨勢(shì)，而且形成機(jī)制越來(lái)越為復(fù)雜。防止污染和治理生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，不能僅僅局限于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究，建立在大環(huán)境觀念下的多學(xué)科交叉多項(xiàng)手段，特別是地學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)拓展是十分必要的。

1 拓展環(huán)境類專業(yè)地學(xué)知識(shí)的必要性

1.1 污染物遷移和轉(zhuǎn)化的全球化

最近含有新型礦物或巖石的人為沉積物反映新物質(zhì)或污染物全球范圍內(nèi)快速傳播，包括元素鋁，混凝土，多種塑料，化石燃料燃燒后所釋放的黑碳、無(wú)機(jī)灰粒和球狀含碳顆粒物。這些物質(zhì)自1950年以來(lái)幾乎在全球范圍內(nèi)呈同步增加態(tài)勢(shì)。人為沉積物通量逐步增強(qiáng)，包括因砍伐森林和道路建設(shè)所引發(fā)的土壤侵蝕。自20世紀(jì)50年代以來(lái)諸如高濃度的聚芳碳?xì)浠衔铩⒍嗦嚷?lián)苯和農(nóng)藥殘留，還有含有207/206Pb比率汽油等地球化學(xué)特征物質(zhì)開(kāi)始增加。自1900年至今全球平均氣溫增加0.6～0.9 ℃，特別近50年以來(lái)，其增溫速率超過(guò)了14000年以來(lái)里氣溫變化，同時(shí)自1900年以來(lái)格陵蘭島冰芯氧同位素d18O適度增加，全球海平面從1993年至2010年期間以（3.2±0.4）mm/年速率增加，而且超過(guò)全新世晚期以來(lái)增長(zhǎng)速率。1500年以來(lái)物種滅絕率大大加速，特別是19世紀(jì)以后尤為突出。此外，從地質(zhì)角度世界范圍內(nèi)的前所未有的世界物種入侵和有關(guān)農(nóng)業(yè)和漁業(yè)變化，生態(tài)系統(tǒng)物種組合已經(jīng)被改變[7]。在此全球生態(tài)環(huán)境變化背景下，只有樹(shù)立全球環(huán)境觀念，才能有效理解目前環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境破環(huán)的癥結(jié)和機(jī)制所在，才能有助于生態(tài)環(huán)境各種變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，以便尋找到有效綜合治理方法。

1.2 3S技術(shù)在污染監(jiān)測(cè)和治理作用

3S技術(shù)是遙感技術(shù)（Remote Sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global positioning system，GPS）的統(tǒng)稱，它是空間技術(shù)、通用技術(shù)相結(jié)合的多學(xué)科高度集成對(duì)空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代化信息技術(shù)[8]。污染物時(shí)空分布和種類復(fù)雜，目前環(huán)境問(wèn)題呈全球化或區(qū)域化態(tài)勢(shì)，跨區(qū)域污染物監(jiān)測(cè)和治理是目前的必然趨勢(shì)。從目前污染狀況來(lái)看，環(huán)境污染問(wèn)題呈現(xiàn)全球化或區(qū)域化態(tài)勢(shì)；污染事件發(fā)生來(lái)看，與區(qū)域突發(fā)性自然災(zāi)害聯(lián)系起來(lái)，從污染物組成來(lái)看，污染物化學(xué)組成越來(lái)越復(fù)雜。而地學(xué)野外定位觀測(cè)和3S技術(shù)應(yīng)用，是有助于洞悉污染物區(qū)域范圍內(nèi)遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程的重要現(xiàn)代手段。目前遙感技術(shù)在跨流域水污染、大氣污染、生態(tài)環(huán)境重大污染事件監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著不可替代作用。2005年11月13日中石油吉林石化公司雙苯廠發(fā)生爆炸事故。據(jù)估算，事故產(chǎn)生的約100t苯類污染物通過(guò)排污口進(jìn)入松花江水體，并順流下瀉，匯入黑龍江。事故污染對(duì)流域內(nèi)的水生態(tài)環(huán)境和居民飲用水造成了很大的影響，而且沿黑龍江流入俄羅斯境內(nèi)，引起了跨國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題，國(guó)際社會(huì)給予了空前的關(guān)注，這個(gè)典型跨地區(qū)污染重大事件污染治理和環(huán)境公共安全事件對(duì)于建立一個(gè)高效突發(fā)性環(huán)境污染事件應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，借助3S技術(shù)研究，對(duì)提高應(yīng)急指揮性建設(shè)、有效性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性等決策水平具有極大實(shí)用性，尤其在檢測(cè)和治理方面具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

2 如何拓展環(huán)境類專業(yè)地學(xué)知識(shí)

2.1 拓展地學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)

從全球各學(xué)科的邊緣化、交叉性日益突出的變化趨勢(shì)來(lái)看，將環(huán)境科學(xué)專業(yè)與地學(xué)有機(jī)地融合在一起，將更加凸顯環(huán)境科學(xué)的“大環(huán)境”特征，也更能符合目前全球環(huán)境的研究趨勢(shì)。地學(xué)知識(shí)要在環(huán)境專業(yè)得到拓展，首先課程設(shè)置上安排地學(xué)基礎(chǔ)相關(guān)課程，包括以地學(xué)基礎(chǔ)為主（自然地理學(xué)、普通地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)）課程和以遙感應(yīng)用技術(shù)課程。這些課程的開(kāi)設(shè)，增強(qiáng)了本專業(yè)學(xué)生對(duì)地球科學(xué)及環(huán)境變化的需要，有助于學(xué)生深入理解對(duì)區(qū)域污染在自然環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程，以便為區(qū)域環(huán)境治理提供交叉學(xué)科優(yōu)勢(shì)。其次，搭建拓展平臺(tái)，通過(guò)聽(tīng)學(xué)術(shù)報(bào)告、采取多種多樣的形式開(kāi)展科普教育活動(dòng)。利用典型的地學(xué)標(biāo)本、模型和先進(jìn)的地學(xué)儀器設(shè)備如全球定位系統(tǒng)、羅盤儀等野外工作手段掌握知識(shí)。此外，教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)可圍繞陜西省主要的地質(zhì)災(zāi)害開(kāi)展，組織學(xué)生到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，重點(diǎn)調(diào)查人類工程活動(dòng)帶來(lái)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，如區(qū)域土壤重金屬污染，地面水質(zhì)污染，大量抽取地下水引起區(qū)域大面積地表沉降等。

2.2 提高地學(xué)3S技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理的應(yīng)用endprint

鑒于目前區(qū)域環(huán)境污染物遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程呈現(xiàn)高度的非線性，其中包括許多物理、化學(xué)和生物過(guò)程，加之人類活動(dòng)的干擾，從微觀和宏觀角度去進(jìn)行綜合觀測(cè)分析是十分必要的。運(yùn)用GIS和RS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析區(qū)域人類與環(huán)境相互作用及其預(yù)警評(píng)估，這是現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)的發(fā)展新趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)已經(jīng)將“3S”技術(shù)成功地應(yīng)用在大氣環(huán)境污染、水污染，固體廢棄物和土壤等環(huán)境以及國(guó)土資源調(diào)查等領(lǐng)域。如渭河流域水污染信息監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)建立，即有關(guān)渭河流域生態(tài)環(huán)境資料和數(shù)據(jù)、水污染信息、地理信息等集合在一起，結(jié)合水質(zhì)預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型、評(píng)價(jià)模型與GIS，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體水質(zhì)及其污染狀況、污染濃度擴(kuò)散等的實(shí)時(shí)查詢與模擬計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析，為河流突發(fā)性污染事故處理和水環(huán)境保護(hù)的科學(xué)決策提供支持[9-10]。

2.3 加強(qiáng)野外環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)踐工作

目前區(qū)域環(huán)境污染問(wèn)題是基于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)變、信息傳遞過(guò)程及其相互關(guān)系的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程。環(huán)境野外監(jiān)測(cè)是以野外調(diào)查與定位采樣點(diǎn)觀測(cè)相結(jié)合，以便獲取能夠客觀反映區(qū)域環(huán)境信息演變過(guò)程的樣品或標(biāo)本，再結(jié)合室內(nèi)理化分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)M，運(yùn)用綜合比較研究法和相關(guān)分析研究法，才能從宏觀和微觀相結(jié)合的角度揭示環(huán)境系統(tǒng)過(guò)程與功能的時(shí)空分異規(guī)律，從而深入理解污染物遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程內(nèi)在機(jī)制以及獲得可靠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[11]。

3 結(jié)語(yǔ)

污染物時(shí)空分布和種類復(fù)雜，目前環(huán)境問(wèn)題呈全球化或區(qū)域化態(tài)勢(shì)，跨區(qū)域污染物監(jiān)測(cè)和治理是目前的必然趨勢(shì)。從目前污染狀況來(lái)看，環(huán)境污染問(wèn)題呈現(xiàn)全球化或區(qū)域化態(tài)勢(shì)；污染事件發(fā)生來(lái)看，與區(qū)域突發(fā)性自然災(zāi)害聯(lián)系起來(lái)，從污染物組成來(lái)看，污染物化學(xué)組成越來(lái)越復(fù)雜。從污染危害來(lái)看，表現(xiàn)潛在時(shí)間需要建立區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)機(jī)制的必要性。如今，遙感技術(shù)在跨流域水污染、大氣污染、生態(tài)國(guó)土資源勘察和重大污染事件監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著不可替代作用。拓展地學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)；運(yùn)用地學(xué)領(lǐng)域3S技術(shù)在環(huán)境學(xué)應(yīng)用，加強(qiáng)野外實(shí)實(shí)習(xí)環(huán)境監(jiān)測(cè)和地學(xué)野外定位觀測(cè)，有助于洞悉污染物區(qū)域范圍內(nèi)遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程的重要現(xiàn)代手段。

參考文獻(xiàn)

[1] 聯(lián)合國(guó)社會(huì)發(fā)展研究所，全球化背景的社會(huì)問(wèn)題[M].北京：北京大學(xué)出版社，1997：108.

[2] IGBP，IHDP，WCRP，DIVERSITAS.Global Change and Earth System：A Plant under Pressure[M]. IGBP Science Series，2001.

[3] 張志強(qiáng)，孫成權(quán)，國(guó)際全球變化研究十年新進(jìn)展[J].科學(xué)通報(bào)，1999，44（5）：464-477.

[4] 符超峰，安芷生，強(qiáng)小科，等.全球變化研究進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略[J].干旱區(qū)研究，2006，23（1）：1-7.

[5] 陳宜瑜，陳泮勤，葛全勝，等.全球變化研究進(jìn)展與展望[J].地學(xué)前緣，2002，9（1）：11-18.

[6] Li，Z.，et al.Aerosol and monsoon climate interactions over Asia[J].Review Geophys，2016.

[7] C.N.Waters et al.The Anthropocene is functionally and stratigraphically distinct from the Holocene[J].Science，2016.

[8] 方芳，李華明.“3S”技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用[J].消費(fèi)導(dǎo)報(bào)，2008（9）：194.

[9] 尹剛.基于“3S”技術(shù)河流水污染監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)構(gòu)建[J].裝備環(huán)境工程，2009，6（4）：89-91.

[10] 汪竹青“3S”技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2005，85（4）：82-84.

[11] 伍曌，陳建平.“3S”技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)，2011（19）：49-50.endprint