土壤環境監測技術的發展及應用

摘要：土壤環境污染是當前污染的主要問題之一，客觀、準確的環境監測結果是保障土壤環境保護工作的基石。本文簡述了國內外土壤環境監測技術的發展和應用。我國通過引進國外技術的同時創新改造，優化土壤監測技術，幫助環保部門及時、全面地了解土壤環境的情況，為推進土壤環境的監測與保護打下堅實的技術基礎。

關鍵詞：土壤;環境監測技術

中圖分類號：X833 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.085

Abstract： Soil environmental pollution is one of the main problems of current pollution. Objective and accurate environmental monitoring results are the cornerstone of soil environmental protection work. This paper briefly describes the development and application of soil environmental monitoring technology at home and abroad. China introduces foreign technologies and simultaneously innovates and optimizes soil monitoring technologies to help environmental protection departments understand the soil environment in a timely and comprehensive manner， laying a solid technical foundation for promoting the monitoring and protection of soil environment.

Key words：Soil;Environmental monitoring technology

1 國外土壤環境監測技術發展及應用

20世紀60年代以來，美國和歐盟相繼展開了土壤環境的監測研究，對土壤的背景值、污染情況等進行了系統全面的研究。在此期間，眾多土壤監測技術也逐步推出和發展，幫助歐美發達國家建立系統性的土壤環境監測系統。

高光譜分辨率遙感技術，是一種在可見光以及近、中、熱紅外等多個電磁波段范圍內獲取多個窄光譜連續影像數據的技術，建成高光譜遙感技術，在土壤環境監測和評估中被廣泛應用。該技術發展于20世紀60-80年代美國調查土壤環境背景值的研究過程。通過光譜技術同時輔以化學實驗檢測法完成采集土壤信息的采集，這個過程中，光譜技術為土壤的分類和制圖工作提供重要的技術基礎。隨著美國大力發展光譜技術的創新和開發，光譜遙感分辨率也經歷了多光譜遙感、高光譜遙感、超光譜遙感的跨越式進步。高光譜技術獲得的數據連續性佳、分辨率高、數據量大、圖譜信息合一等眾多優點讓其在土壤環境監測中被廣泛應用。光譜學技術在土壤研究中主要用于測定土壤的光譜并輔助分析機理，在土壤分類與制圖工作中應用十分廣泛，但技術發展較慢。到20世紀80年代，3S技術（RS、GIS、GPS）的出現使光譜數據和地面實測數據相結合，建立土壤的質量信息系統的模型，實現土壤質量檢測評價的量化。利用3S技術，美國環保部門對全國的土壤環境進行了系統的調查，美國土壤侵蝕研究機構也建立了多種類型的土壤侵蝕模型，為土壤侵蝕的評估和預測提供了有力的技術支持。

無線傳感器網絡（ WSN）也是土壤環境監測的重要技術之一。通過布置在環境中的大量傳感器節點將環境數據發送給網絡的特定匯聚節點，實現數據信息無人化、規模化、分布式采集和回傳分析。無線傳感器網絡技術在信息的采集和處理方面有廣闊的應用前景。2002 年歐盟官方確認當前影響土壤質量的主要因素，為了加強土壤環境保護，歐盟國家建立統一化土壤監測評價參考中心，實行土壤環境監測評價項目。該項目通過建立體系化的土壤環境監測網絡、數據更新和目標選取機制，為建立歐洲統一的土壤環境信息數據信息系統奠定了堅實基礎，解決了過去數據缺乏和數據權屬糾紛等問題，推動歐盟土壤監測統一化高效化管理，推動土壤環境研究快速發展。該項目的另一個重大突破在于建立了歐盟各國的土壤數據共享監測站，實現數據統一化。

土壤環境數據的收集、更新和分析技術是現代土壤監測技術發展的幾個關鍵方向。無線傳感器網絡技術可以實現在線實時監測和分析土壤溫度、含水量、酸堿度等基礎信息，幫助農田管理者實時有效監測和控制土壤情況，科學及時地對農田進行施肥、澆水等干預處理，提升農業的生產效率。

2 我國土壤環境監測技術的發展及應用

我國土壤監測工作起步于20世紀70年代，經過近半個世紀的發展，也取得了很大的技術進步。20世紀80年代，我國檢測了土壤背景值數據，并進行了相關研究。除了自主研究，我國也引進了大量國外的先進技術，經過自主改進和研發優化，我國在遙感技術和無線傳感器網絡技術發展迅速，為土壤環境監測的準確性和高效性提供了強有力的技術支持，推動土壤環境監管和保護工作高效率發展。

1979年，衛星遙感技術開始應用在我國的土壤環境監測領域，現在遙感技術已經可用來定量地監測土壤物質組成，而土壤成分、特性及其動態變化過程是土壤學重點研究方向。高光譜遙感技術為精準、快速監測土壤環境、評價土地質量提供了有利的技術支撐，為科學施肥、農田標準化精細化管理、土壤資源勘查、土壤學研究等方向的工作做出了巨大貢獻。我國利用高光譜遙感技術支持土壤環境監測的成功范例有很多。中科院利用該技術成功反演了青藏高原2003-2010年的表層土壤水分，實現了對脆弱生態區域土壤的監測的突破性成功。高分辨力的成像光譜儀能夠清晰刻畫地表物質的特性，使得通過遙感技術可用于分析地物或大氣的化學成分。高光譜遙感技術的進步將推動土壤監測精準度不斷提升，推動土壤環境管理統一化、高效化發展。

無線傳感器網絡技術研究在歐美發達國家不斷深入，我國的該技術的研究和應用仍處于起步階段，但近年來已經取得了重大突破，無限傳感器網絡技術已經用于我國的土壤監測、軍事監測等多個領域。現在我國已經初步研發出用于監測穩定性低、環境差異性較大區域的土壤水分和溫度的系統。值得注意的是，我國研發了一種微型無線傳感器網絡節點，該節點具有高穩定性、抗干擾、低能耗等優點，可應用于農田土壤環境的長期監測中。該技術在農田中的應用，將有助于推動農業科學化、精準化管理，通過精準施肥、澆水，管理農田，實現農田土壤的改善，同時提升農田作物的產量和質量，為生態農業的發展奠定基礎。無限傳感器網絡技術自動化、規模化的特點可以幫助我們對偏遠和環境惡劣的地區實施有效的土壤環境監測和保護。通過 結合遙感基礎、3S技術，可以幫助實現土壤環境信息的高密度、多維度采集，并集合多學科的分析處理技術，使得土壤環境數據的采集、分析、管理實現統一化管理，使我們能夠全面及時地把握甚至預測土壤環境狀態，提升環境監管和環境保護的工作效率。

除了遙感技術和無線傳感器網絡技術，我國的現代生物技術在土壤環境監測領域的發展也較為迅速。通過生物傳感器、生物探針等可以對土壤環境進行監測和評價，且生物技術可以通過基因工程來治理土壤環境中的生物。另外，生物大分子標記物、PCR技術、凝膠電泳技術、生物芯片的應用也在土壤成分檢測中發揮著重要作用。除此之外，激光溶蝕技術、電感耦合技術等物理化學技術也廣泛應用于土壤化學物質的檢測，為土壤環境污染的檢測和治理提供科學準確的檢測支持。另外，水平定向鉆進技術也幫助土壤環境監測過程中定向穿越障礙物，實現快速精準到達采樣地點，提升土壤采樣和監測效率。

3 土壤環境監測的問題與對策

我國的土壤環境監測工作相比與發達國家存在的問題主要集中在三個方面：監測技術相對落后、環境監測制度體系存在缺陷、缺少高素質環境監測技術和管理人才。

我國的現代土壤環境監測技術和發達國家仍有一定差距，監測設備的穩定性和質量仍待提高，環境監測數據的統一化管理仍待提高。另外，土壤環境監測和評價體系不夠完善，土壤環境保護和監督的方案不明確，使得環境保護工作的執行不足。另外，監測污染物的種類并不能完全覆蓋當前的污染排放物，污染物種類、特征的不明確將帶來環境監管不全面、不徹底的結果，不利于實現全面的土壤環境生態的治理和保護。隨著社會的不斷發展，土壤環境變化的復雜性和特殊性越來越高，需要高素質的人才支持土壤環境監測和管理工作，當前的相關人才的配置和培養不到位，部分人員的專業能力無法應對土壤監測崗位工作的要求。影響土壤環境的監測和保護效率。

科學準確地進行土壤環境監測和管理，應該加大土壤監測技術研究和開發的投入，引入先進技術，結合先進技術進行改造創新，打造土壤環境監測的技術共享交流平臺;完善環境污染物名錄，建立全面體系化的環境監測和管理方案;加大環境監測領域人才培養和人才引進力度，合理配置科研資源和人才隊伍，加強國際交流協作，為科學治理土壤環境提供強有力的技術、制度、人才支持。

參考文獻

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收稿日期：2019-08-17

作者簡介：羅曉艷（1973-），女，漢族，本科學歷，環保工程師，研究方向為過程裝備與控制工程。