農村環境監測的保護和可持續發展

馬翔

（山西省太原生態環境監測中心 山西太原 030002）

引言

農村，作為食物和自然資源的供應者，對生活在農村和城市地區的人們的經濟福祉起著關鍵作用。隨著城市化和工業化的發展，農村社區面臨的農業生計、氣候變化、新技術、商品價格、環境法規和經濟條件等方面的壓力和風險越來越大[1][2]。由于城鄉之間在人口變化、經濟發展、服務獲取和社會成果方面的區域不平衡日益加劇，農村發展成為人類關注的熱點和難點問題。

基于物聯網的環境監測系統是現代農業發展的必然要求。物聯網在環境監測系統中的應用有助于觀察和分析植物和環境的狀況，為農民護理植物提高農產品的質量和數量提供參考。開發環境監測系統的重要內容之一是數據傳輸和數據管理。目前流行的環境監測系統是無線傳感器網絡，因為它在傳感和傳輸數據方面具有良好的性能和易用性。就連接類型而言，最近發展起來的無線傳感器網絡有很多種，有射頻、GSM、Zigbee、Wi-Fi等[3]。但大多數在某些條件下仍存在著一些不足，如用電量大、傳輸數據距離遠、信號受限等。

1 進行農村生態環境保護的重要意義

解決農村發展問題的策略引起了廣泛關注。考慮到偏遠地區，提供有針對性的差異化方法。例如，已經開發和實施了自下而上的參與式農村評估、快速農村評估和與人合作。國際農村重建研究所、農業與農村合作技術中心、美國農業部農村發展辦公室和歐洲農村發展網絡已經成立，以探索農業和林業等土地密集型自然資源，其中，自然資源的管理和生態平衡的維護在今天被認為是農村發展的基本要素[4]。人們越來越擔心密集的人類活動對農村環境的影響。因此，環境部門不僅要減少不受控制的城市化和工業化所造成的環境破壞，而且要解決農村生態系統的退化問題。以保護和保存自然、景觀和文化資源為重點的農村可持續發展概念由此形成。

總體而言，農村生態環境監測與修復保護的重要意義如下：（1）污染物監測已從傳統污染物向新興污染物擴展。（2）特別關注修復技術和設備，需要集成技術，這些趨勢要求我們進一步認識污染物在不同農村環境過程中的遷移和轉化機制。有效的環境監測和修復依賴于準確的數據和認知，這是水土聯合修復技術和設備創新的基礎。此外，農村環境管理需要經濟、智能、可靠、實用的監測與修復技術和設備，如在線智能監測和預警平臺。

2 農村環境監測的現狀和發展

《2030 年議程》明確要求在國家層面迅速進行社會生態轉型[5]。然而，它的成功在很大程度上取決于用于指導轉型治理以在農村地區實現聯合國可持續發展目標（即可持續發展目標）的知識庫的社會合法性。因此，國家層面對可持續發展目標實施情況的分析取決于地方環境治理，而可持續發展目標的相互關聯性質和資源配置的挑戰需要社會生態分析，以引導走向可持續的未來。在這種背景下，農村地區在實現可持續發展目標中發揮著關鍵作用。農村環境監測作為新時期農村環保和可持續發展的重要方面，具有舉足輕重的作用，它一方面可以及時了解農村環境變化狀況，另一方面可以及時為農村環境的科學治理工作提供數據支持。近年來隨著我國農村環境保護工作的加強，農村環境逐步好轉，農村環境監測在其中也發揮了一定的成效,但仍存在一些問題。一是農村環境監測缺少政策廣泛性，僅在政府層面進行監管，以縣區級監測力量為主，農村環境監測力量配備不足，專業性監測人員和能力都有所欠缺。另外農村環境監測體系建設過程中的缺乏資金支持，無法大力推動農村環境監測基礎設施建設。目前，國家雖然已逐步關注和重視農村環境質量建設，但監測體系、監測手段和監測質量遠遠不能滿足要求。目前，農村環境監測主要為傳統手工環境監測技術，個別發達地區將高新監測技術與手工監測之間結合，這也是農村環境監測發展的總趨勢。

3 農村生態環境面臨的主要問題

因為環境問題來源于各種各樣的來源（自然的和人為的），并以各種形式出現，包括生物、化學、微粒甚至能源（圖1）。為了分析污染機制，必須從不同的方面進行研究，從了解環境是如何演變的和它是如何發揮作用的，到直接和間接的相互作用。

圖1 農村生態環境面臨的主要問題

3.1 農村水環境的惡化

近十年來，農村水環境監測與修復在世界范圍內引起了廣泛的關注。在研究領域中，氮、磷、重金屬、農藥等傳統污染物以及新出現的污染物多氯聯苯、多環芳烴仍是主要關注對象[5]。研究主題從農村水環境具體污染物的去除及其環境行為轉向污染物與生態和健康風險的關系。然而，由于新興污染物的種類和數量不斷增加，對其研究還不夠充分。為了在復雜的農村環境中為污染監測和水土修復提供方便的測量手段和有效的實施，經濟、易于操作和適用的儀器是不可缺少的部分。開發一種原位傳感器和一種雙模式設備來追蹤污染源，一種基于核受體的生物傳感器來確定風險，一種儀器來快速檢測和識別重金屬，以及一種便攜式儀器來調查水的急性毒性。在修復設施方面，計劃開發地表水修復裝置、重金屬解毒裝置、基于交互流態化生物膜技術的中流修復設備和養殖場永久凍土污染綜合系統。根據環境監測方案的要求，對廣泛的污染物檢測設備的便攜性、適用性和經濟性對農村環境管理至關重要。以化學傳感器為基礎的環境檢測裝置在光學和/或電化學傳感器的環境檢測中應用頻繁；如揮發性有機物傳感器、重金屬離子傳感器、農藥及農藥殘留傳感器等。這些設備只能優化到與特定的分析交互，這可能不適合復雜的農村環境監測。而生物傳感器通過生物材料的響應來測量或監測物質的出現，這為用最小的樣品制備來測量復雜基質中的污染物提供了可能性。因此，這些方法被鼓勵用于環境混合料質量評價。將開發一種與核受體親和柱集成的生物傳感器，用于內分泌干擾效應調查和內分泌干擾化合物鑒定，可同時純化危險化學品并檢測其生物活性。

3.2 植被覆蓋率降低

鑒于農村植被覆蓋率降低，將首先調查農村水地下水、地表水和土壤中的污染物特征。將對植物修復、微生物修復、零價鐵耦合生物炭修復和化學穩定等修復技術進行調控和優化，使其能夠有效地恢復水土。在此基礎上，建立了水網地區污染修復的綜合技術體系、組裝裝置、微生物和化學穩定裝置。在農村，土壤干濕交替的匯流是污染物源匯轉換的關鍵因素之一。采用厭氧氨氧化、反硝化、氮磷超蓄能器、金屬鈍化等技術，形成生態反應屏障，去除污染物。此外，考慮到農村垃圾的散亂分布，開發簡易填埋場，就地修復土壤和匯流。在農村地區實施可持續發展目標的一個特別具有挑戰性的問題涉及到森林資源利用的相互競爭的目標。鑒于經濟發展、人民生計、可持續發展和可持續發展之間可能發生沖突，這就引發了關于可持續發展目標，保護、恢復和促進陸地生態系統的可持續利用、可持續管理森林、防治荒漠化、制止和扭轉土地退化、制止生物多樣性喪失的真正意義的問題。這損害了以被廣泛接受為環境治理合法程序的方式實現這一可持續發展目標的前景，從而危及了變革性環境治理的前景。這篇評論的目的是提出一個理論框架，以便在農村地區實現與可持續發展目標相關的合法變革治理。在為可持續發展目標生產數據和知識方面的民主創新。朝著加強農村自然資源的參與式治理邁出的重要一步。因此，對傳統的環境監測和評估進行深刻的更新，以促進可持續發展目標的實施。

3.3 大氣環境的惡化

目前，我國經濟社會的發展仍然主要依靠資源消耗和污染物排放[6]。農村地區大氣環境惡化和環境承載力弱化逐漸突出。環境問題日益成為制約社會經濟發展的瓶頸。大氣環境承載力描述了大氣消耗和減少各種污染氣體的能力。這種能力取決于多種因素，如經濟發展、區域產業結構、能源結構、技術水平、人口、資源、地理氣象條件、環境保護投資等。對當前社會經濟發展中農村空氣污染和環境保護管理進行評價，保持經濟發展和城市化進程的適當速度，避免人口過快增長。減少污染物排放，控制環境惡化。在社會發展的特定階段，工業排放的增加是不可避免的。但相應的廢氣處理能力要足夠，使整個復雜系統保持和諧狀態。工業尾氣排放、汽車數量、工業生產的能源效率和氣象擴散條件對大氣環境的惡化影響較大。自然和人為對水生環境和資源的壓力顯著增加。為了保持水體的完整性，并加快人類系統對生態危急情況（如洪水、富營養化和近海石油泄漏）做出反應的有效性，有必要開發水質監測系統，為快速數據分析提供實時測量數據。了解水質趨勢需要詳細和廣泛地覆蓋取決于地區的多個時間尺度的水質波動。例如，海岸邊緣受沉積物和營養物質的周期性輸送影響，通過營養物質和毒物負荷的輸送和再懸浮影響珊瑚礁生態系統，在洪水事件期間可能造成生態威脅。河流和小溪等過渡性水道也受到嚴重污染的影響。傳統上，管理機構的水質監測成本高、人力密集、耗時長，而且樣品采集隨時間和空間尺度的變化而變化。從歷史上看，要到達有興趣的監測點，船上裝有笨重的儀器，需要人工操作來收集樣本，然后必須將樣本運回陸地實驗室進行分析。這個漫長而乏味的過程可能是昂貴的，并導致信息不能完全代表時間的變化，因為采樣和分析之間的延遲會損害樣本的完整性。

3.4 土壤環境的惡化

污染控制與修復的研究主要集中在農村生態環境區域，而農村、山區和寒冷地區的研究較少，特別是土壤間流污染。當涉及未知意外的環境生態風險時，相關研究數據更少，無論在農村、山區還是寒冷地區[5]。目前，研究環境監測與修復以支持農村地區有效的環境管理是一個巨大的挑戰。對農村水和土壤/沉積物樣品中的未知污染物進行識別。將從環境有機提取物的生物測試開始。如果檢測到顯著的影響，則通過分餾依次降低環境樣品的復雜性。大多數環境質量標準的建立是為了在監測項目中處理風險優先化學品和其他特定污染物。而僅針對優先化學品的目標化學品監測不能解釋未知化學品及其轉化產物的存在。此外，在標準值以下的環境化學品仍然可能產生顯著的毒性作用，因為它們實際上是以混合物的形式存在于環境中。環境監測不能揭示真實的環境效應，單憑目標化學分析可能導致環境污染低估。最后，用高分辨率質譜對分離出的有毒組分進行關鍵毒物鑒定。

4 農村生態環境治理的主要措施

經濟發展、人口增長和天氣條件迫使農村生態環境治理發生變化（圖2）。污染物的大量排放對農村生態環境治理產生壓力，使環境狀態發生變化。對整個經濟-社會-大氣環境復合系統產生各種不利影響，如人體健康損害、空氣質量差等。因此，從系統分析的角度考慮農村生態環境治理的相互作用。在當前社會經濟發展的背景下，開展農村生態環境規劃和管理。

圖2 農村生態環境治理的主要措施

4.1 保護人工濕地并開發生態性護岸

支持保護人工濕地并監測和整治關鍵技術和設備的總體目標，以建設綠色宜居村。提出的概念框架解決了農村環境監測和改造的主要挑戰。保護人工濕地并開發生態性護岸側重于三個方面的研究：（1）適應不同生物地球化學過程中污染物遷移/轉化和復合污染特征的污染分類和風險評估技術和設備。（2）適應地下水/地表水頻繁相互作用、干濕交替過程的環境修復技術和裝置，凍融期過渡和農村環境預警平臺和網絡監測技術。

4.2 加強農村綠化帶的設計和建設

在加強農村綠化帶背景下，國家科技部開展了一系列改善農村人居環境、促進農業生產、生活和生態保護協調發展的綠色宜居村項目。在鄉村振興戰略指導下開展的，建設綠色宜居村需要在農村清潔、環境衛生、鄉鎮規劃、宜居住宅、綠色建材、清潔能源等方面掌握關鍵技術。構建基礎研究平臺、智慧村平臺、生態建設平臺，推動綠色宜居村建設和發展。其中，農村環境是可持續農村建設的基礎，良好的農村環境質量可以促進可持續建設，而環境退化可能對農村建設帶來負面影響。加強農村市政當局的環境規劃工具和為發展當地公民科學和使其制度化提供足夠的資源似乎是克服在農村地區進一步發展公民科學道路上的障礙的潛在重要步驟。最重要的是，這應考慮到體制改革，以便讓邊緣化的農村人民在地方資源決策中擁有更大的參與性治理能力。原則上這可以幫助在水資源、森林和土地資源的數據生產方面力量日益不對稱的地區，增強農村居民和市政當局的能力。然而，這一切都取決于偶然的政治進程。因此，注意明確考慮公民科學政治的重要性，以更新環境監測和評估，旨在參與形式的變革性環境治理。在農村地區可持續發展目標的背景下重新思考環境監測時，需要更多地關注合法性問題。在對更民主的環境治理形式的規范期望，因為，公民科學在為環境治理提供合法性的新來源方面的前景，值得在學術和政治方面進行討論。

4.3 加強環境監測，推動農村環境可持續發展

近年來，在經濟和社會的壓力下，越來越多的合成化學品，如農藥、化肥、藥品和個人護理產品被用于農業、畜牧業和生計，以支持農村發展[7]。因此，這些化學品不可避免地大量排放到農村地區，對農村環境甚至人類健康造成了嚴重損害。目前，農村環境監測具體主要包括飲用水水源地水質監測、工礦企業污染監測、地表水水質監測、土壤環境質量監測、環境空氣質量監測、養殖業和面源污染監測、固體廢棄物監測、噪聲環境監測等方面。今后，在傳統手工環境監測技術的基礎上，對農村重點地區可采用網絡式布點監測，也可將遙感技術作為農村地區生態環境監測過程中的一種常用手段，通過解譯圖像數據中的信息，可以反映出農村地區污染源的分布狀態。高新監測技術可以讓傳統手工監測中難以解決的監測問題得到緩解，可以利用無線傳輸、無人機、遙感技術、衛星監測等技術與人工監測有機結合，構建一種全方位農村生態環境監測體系，以保障農村地區生態的可持續發展。而且，農村環境監測的也為管理，決策部門提供環境現狀，污染物時空分布，污染的程度和范圍，環境變化趨勢，突發性污染事件的危害程度和范圍等信息，以保證農村地區環境和可持續發展。

結語

根據綠色宜居村建設目標，環境監測的農村環境保護將為農村土壤、地下和地表水等的環境監測和修復提供技術。在多學科整合研究的基礎上，將現場調查、實驗室與現場測定相結合，開發適用于復雜農村環境的工具。該研究不僅有利于解決農村迫在眉睫的環境問題，而且為鄉村振興和生態環境改善建設服務。