我國大氣、水及土壤環(huán)境監(jiān)測技術的發(fā)展探索

文/韓璐

人類對生態(tài)系統(tǒng)的需求在逐漸增加，生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測工作也越來越受到重視。環(huán)境監(jiān)測是以一種系統(tǒng)的方式，對與之有關的環(huán)境質量參數(shù)進行測量，并對這些參數(shù)展開全面的分析，從而判斷出環(huán)境質量或污染水平以及它們的變化趨勢，從而為環(huán)境管理與建設工作提供一定的參考資料和指導基礎。所以，加強和改進環(huán)境監(jiān)測技術，改善環(huán)境監(jiān)測品質，是當前國家環(huán)保事業(yè)發(fā)展的當務之急。本文從大氣、水、土壤三個層面，闡述環(huán)境監(jiān)測技術的發(fā)展，以期通過技術升級和管理優(yōu)化，持續(xù)提高環(huán)境監(jiān)測工作質量。

環(huán)境監(jiān)測是一項十分必要的工作。在過去，環(huán)境監(jiān)測主要局限于放射性物質，而在工業(yè)化進程中，環(huán)境污染問題日益嚴重，監(jiān)測內容也逐步擴展到對環(huán)境質量、污染等方面。在實際工作中，主要是進行現(xiàn)場調查，布點，樣品采集，樣品處理和保存，分析測試，數(shù)據(jù)處理和綜合評價。在對這些資料進行分析與處理后，通常還要做一些評估，并撰寫有關的報告，為后續(xù)工作開展提供便利。現(xiàn)階段我國環(huán)境監(jiān)測技術系統(tǒng)已日漸完善，主要涵蓋要點是大氣，水及土壤，對這三個層面的監(jiān)測技術發(fā)展展開研究分析，是研發(fā)與創(chuàng)新更為先進的環(huán)境監(jiān)測技術的必要前提。

我國環(huán)境監(jiān)測工作發(fā)展

在20 世紀50 年代，我們國家的生態(tài)與環(huán)境科學就已經(jīng)在不斷地前進，逐漸成為新興學科，生態(tài)與環(huán)境保護事業(yè)也在不斷地發(fā)展，具體可分為四段時期，第一段是初期，集中在1973年到1980年間，第二段是成長時期，集中在1980年到2005年間，第三段是發(fā)展節(jié)奏較快時期，集中在2005 年到2012 年間，第四段是改革創(chuàng)新時期，主要自2012 年以后到現(xiàn)在。

在初期，環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)從被動監(jiān)測轉變成了主動監(jiān)測，監(jiān)測的方向也逐步從生物監(jiān)測轉變到了生態(tài)監(jiān)測。但是那個時候，還面臨著監(jiān)測方法不規(guī)范、監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確和監(jiān)測人員不專業(yè)等問題。之后在1979 年末環(huán)境監(jiān)測總站正式設立，自此中國環(huán)保監(jiān)測工作有了新的發(fā)展。在成長階段，通過制定、討論和修訂和完善各種法律法規(guī)，讓環(huán)境監(jiān)測事業(yè)走上了制度化和規(guī)范化道路。在第四次全國環(huán)境監(jiān)測會議之后，對污染源的監(jiān)測被逐漸提上日程。

隨著2005 年“松花江特大污染事件”爆發(fā)，國家開始建立起環(huán)保監(jiān)控與預警系統(tǒng)，國家環(huán)保工作的重點也逐步轉移到環(huán)境質量監(jiān)控上。在頒布新的綱要之后，對新時代的環(huán)保工作提出了更高的要求，具體來說就是要構建一套先進的環(huán)保預警機制，要健全公共服務型的環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)，要提高環(huán)境監(jiān)測工作整體水平。改革開放的深入，隨著“大氣十條”，“水十條”，“土十條”的出臺，已經(jīng)建立了一個比較完善的監(jiān)測網(wǎng)絡體系，包括監(jiān)測管理體系，監(jiān)測技術體系，監(jiān)測技術體系，形成監(jiān)測網(wǎng)絡要素齊全，覆蓋全國，功能齊全的監(jiān)測架構體系，以地面監(jiān)測為主，遙感監(jiān)測為輔，污染監(jiān)測與生態(tài)監(jiān)測并重，實施的大氣，水，土壤污染防治的工作已經(jīng)取得一定的成果。

我國大氣環(huán)境監(jiān)測技術的發(fā)展

立體監(jiān)測

在大氣環(huán)境監(jiān)測技術中應用立體監(jiān)測技術，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

第一個方面是地基遙感監(jiān)測。這一監(jiān)測技術的應用很多，包括多波段光度儀監(jiān)測、被動變換紅外線光譜監(jiān)測等。在該技術的應用中，需要借助陸地設備來實現(xiàn)監(jiān)測。因為空氣中的各個組分具有差異性，從而導致陽光光譜吸收也有很大的差別，監(jiān)測設備能夠獲取光譜吸收橫斷面時的不同數(shù)據(jù)信息，從而對大氣中的各個組份進行綜合分析。

第二個方面是車載測量監(jiān)測技術，這一監(jiān)測技術在使用時需要在車輛上安裝特殊的車載測量設備，然后將車開到特定區(qū)域后進行監(jiān)測數(shù)據(jù)采集。大氣環(huán)域中因風的影響而產生多種污染物的運動，車載測量裝置能夠高效地獲得這些污染物運動的信息。

遙感監(jiān)測

在大氣環(huán)境監(jiān)測技術中應用遙感監(jiān)測技術，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

第一個方面是針對大氣成分進行遙感監(jiān)測，空氣組分監(jiān)測是空氣污染控制的關鍵，利用遙感技術可以獲取空氣中各類污染物的濃度信息，并據(jù)此判斷哪些污染物超過標準，從而制定相應的控制措施。該技術具體是對溫室氣體、干濕沉降、臭氧總量、輻射等進行實時監(jiān)控，以便能夠掌握其變化規(guī)律，從而達到綜合監(jiān)控的目的。

第二個方面是針對臭氧層進行遙感監(jiān)測，在大氣環(huán)境監(jiān)測中，不能忽略對臭氧的監(jiān)控，只有對臭氧層細節(jié)有了詳盡的了解，空氣中的污染物就可以得到更好的控制。針對臭氧層進行遙感監(jiān)測，專業(yè)管理部門和工作人員就能夠對臭氧層、空洞的具體變化趨勢進行充分認識。

伴隨著技術的不斷發(fā)展，已經(jīng)在各個高度上對臭氧層的分布進行監(jiān)測，并得到了十分完備和精確的數(shù)據(jù)，這對于進行大氣環(huán)境的研究有著十分重要的作用。

原子吸收光譜監(jiān)測

原子吸收光譜監(jiān)測技術主要被應用于實驗室監(jiān)測中，該技術的基本應用原理是利用金屬原子本身所具有的吸附性，使氣體中的金屬元素在基態(tài)原子的作用下，吸收待測原子，并在吸收中形成特定的反射波長。在得到對應的反射波長后，進行適當?shù)募庸ぃ玫讲煌墓庾V圖像。并對其光譜特征進行分析，從而得出是否有被污染物質的結論。若檢測到有目標物被污染，則需進行更多的定量檢測，以確定被污染物質與所確定指標之間的關系，如果超出了規(guī)定的范圍，就要立即采取相應的措施解決問題。

固體顆粒物監(jiān)測

固體顆粒物監(jiān)測技術的使用非常普遍，在監(jiān)控過程中，固體顆粒的組成較為復雜，因此必須利用空氣監(jiān)測設備，其中主要有二氧化氮和可吸入顆粒物等。

二氧化硫監(jiān)測

二氧化硫是最普遍的一類空氣污染物質，在工業(yè)生產過程中，煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的使用都會產生二氧化硫和其他形態(tài)的硫化物，在特定的大氣環(huán)境污染監(jiān)控過程中，有關部門必須加強對二氧化硫的監(jiān)控。

一般來說，最適宜采用的是光度法、庫侖滴定法等，既有較強的抗干擾能力，又有較高的測定準確率，能夠保證測定結果準確性。

氮氧化物監(jiān)測

氮氧化物是典型的污染物，其主要來源為機動車尾氣，對氮氧化物進行實時監(jiān)控，有助于環(huán)境保護部門了解機動車尾氣的真實排放狀況。在實際檢測中，可以在城區(qū)公路上安裝固定形態(tài)的機動車廢氣檢測裝置，從而可以二十四小時進行實時檢測。

我國水環(huán)境監(jiān)測技術發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測

物聯(lián)網(wǎng)技術主要是將射頻識別技術、追蹤技術、通信網(wǎng)絡新技術等在實現(xiàn)的過程中進行運用，到現(xiàn)在為止已經(jīng)獲得了較為良好的結果。IBM 開發(fā)的智能水管理系列項目，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術在水環(huán)境監(jiān)測工作中的典型運用。在實際操作過程中，利用在水體中放入分布式傳感器網(wǎng)絡，可對水質、水量、水氣象等方面展開全方位的監(jiān)測，可以有效地提高監(jiān)測工作品質。

通過對其進行監(jiān)測，能夠有效地分析出河流生態(tài)變化給生產、生活帶來的影響。在全球范圍內，許多其它國家也都將監(jiān)測工作與無線通信等有關的系統(tǒng)技術相融合，對所獲得的有關數(shù)據(jù)展開收集和分析，并對水位、水溫等進行采集和分析，這就保證水環(huán)境監(jiān)測工作的真實性和有效性，可以更快地發(fā)現(xiàn)水污染問題，并及時制定應對措施，進而提升水環(huán)境品質。未來科技的不斷進步與發(fā)展，水環(huán)境監(jiān)測發(fā)展趨勢越來越趨向于智能化，能夠做到實時采集與分析。

“3S”監(jiān)測

“3S”技術由遙感、GIS 和GPS 三種技術組成，將空間、地理和遙感三種技術融合在一起，能夠高效地采集和分析對象區(qū)域內的信息。當前，“3S”技術應用于水質污染水平監(jiān)測和濕地環(huán)境監(jiān)測，取得了較為顯著的成效。“3S”技術的高效運用能夠提升水質監(jiān)控的工作效率，并能夠將信息與現(xiàn)代科技相融合，實現(xiàn)對水質的全面監(jiān)控，然而，“3S”技術在新形勢下的運用仍然具有一定的局限，其自身的功能并沒有得到最大程度的體現(xiàn)，其發(fā)展?jié)摿θ匀痪薮蟆?/p>

微生物監(jiān)測

微生物監(jiān)測技術指的是在工作進行的時候，將微生物群放在所要監(jiān)測的水質環(huán)境之中，利用微生物群可以對水環(huán)境展開監(jiān)控，同時也是水污染的一個重要標志，可以達到更好的使用效果。其中的微生物主要包括了細菌、真菌以及一些小型水藻植物等。技術人員可以根據(jù)微生物群的數(shù)量和變化情況，有效地獲得被監(jiān)測的水質污染程度，并根據(jù)一定的計算規(guī)則，與國家監(jiān)測標準進行對比，進而可以對被監(jiān)測的水體污染狀況作出判斷。

發(fā)光細菌監(jiān)測

當前，發(fā)光細菌監(jiān)測技術主要是以生物細胞的發(fā)光特點和污染物基因毒性特點為核心，并采用先進的水質毒素測定儀來對被監(jiān)測水體水質進行監(jiān)測，該技術的優(yōu)點在于能夠快速得出結果，并且結果也較為精確。現(xiàn)階段將發(fā)光細菌監(jiān)測技術與分度法進行深入地融合，對于促進水環(huán)境監(jiān)測工作的發(fā)展，為我國水環(huán)境管理工作帶來了更多的發(fā)展空間。

生物行為反應監(jiān)測

利用生物行為反應監(jiān)測法，可以對被監(jiān)測水體中的微生物進行更為細致、精確的觀測和分析，并可以根據(jù)其動作來判定被監(jiān)測水體的污染程度。現(xiàn)階段生物行為反應監(jiān)測法得到了越來越多的認可和運用，通常來說，生物行為反應監(jiān)測法主要用到軟體動物、魚類等來對水體進行監(jiān)控，而比較好的適合用來監(jiān)控水體的生物是斑馬魚，一旦水體受到污染，斑馬魚就會表現(xiàn)出異常的變化，從而被所察覺。另外通過實驗，已經(jīng)證實斑馬魚和人的行為存在較多相似點，技術人員可以用這個方法來解釋為什么水環(huán)境污染會對人們的生活造成負面影響。

我國土壤環(huán)境監(jiān)測技術發(fā)展

“3S”監(jiān)測技術

通過“3S”技術，可以獲得各區(qū)域的土壤環(huán)境信息，并根據(jù)各區(qū)域的特點，給出相應的解決對策，從而更好地實施各區(qū)域的土壤環(huán)境保護工作，提高國家的土壤環(huán)境質量。

信息技術

國內在信息化和數(shù)據(jù)化方面有了較大的突破，在土壤環(huán)境監(jiān)測方面，可以有效地提升技術人員的技術水平，同時也可以有效地對土壤組分進行精確解析，從而保證數(shù)據(jù)的可靠和科學。

在運用該技術的時候，科技工作者們更多的關注于無線傳感技術，充分利用其信息傳遞強大功能，如當要監(jiān)控整個土體狀況時，利用無線傳感技術，能夠精確的解析出各種土體狀況，并突破時空局限，把土體資訊傳遞給資料庫，極大的提升土體資訊傳遞品質。

X 射線斷層掃描監(jiān)測

X 射線斷層掃描是一種無損檢測方法，能在不損傷土體的前提下，對土體中的X 射線進行發(fā)射和接收，當X 射線穿過土體時，會產生一定的衰減，經(jīng)放大、模數(shù)轉換和空間解析后，就能得到反映土體剖面特征的數(shù)字圖像。

與遙感、SEM 等技術相比，該技術不僅能夠對土層的表層和內部進行實時觀測，而且能夠對土層中的細觀結構進行量化。另外為了提高CT 成像的定量分析性能，還可以利用SEM構建訓練樣本。

聲發(fā)射監(jiān)測

聲發(fā)射監(jiān)測擬利用四向存儲能量，將其轉化為10-10000kHz 的低量級體波，并通過聲發(fā)射AE 傳感設備采集顆粒重排、晶粒尺度移動、裂紋形成與固體表面摩擦中生成的聲學變化信息，并對其進行定量化表征。目前利用聲發(fā)射探測技術，可獲取土壤中液橋斷裂、裂隙發(fā)育、力鏈釋放、顆粒間摩擦、膠結斷裂、土壤纖維斷裂等AE 來源，以達到探測土壤中復雜生命過程的目標。

光學遙測監(jiān)測

在土壤環(huán)境的實時監(jiān)測技術方面，利用土壤光學遙測和監(jiān)測應用技術系統(tǒng)，就可以在中遠距離的傳感設備上獲得多種土壤信息，利用衛(wèi)星對遙感光傳感器進行連續(xù)照射，可以獲得不同的土壤環(huán)境中的多種數(shù)據(jù)，再利用遙感傳送和分析系統(tǒng)，就可以將所獲得的遙感數(shù)據(jù)直接傳送給衛(wèi)星遙感平臺的電腦終端。

如此一來，就能極大的減輕工作人員壓力，極大地降低獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的工作時間，可以更有效、更快、更準確地對數(shù)據(jù)質量進行評估和分析，更有效地實現(xiàn)土壤環(huán)境實時監(jiān)測。

多介質環(huán)境、生態(tài)系感知融合

為使環(huán)境檢測項目的最后的結果更為的科學化和精確化，一定要隨時關注在執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測的項目時所要采用的很多的對象介質，要對這些對象各種不清楚的因素進行充分考量，以防止未來由于某些不確定因素缺失，造成環(huán)境觀測項目的結果產生一些錯誤。

在進行大數(shù)據(jù)的分析和處理的時候，一定要充分地將其它的大數(shù)據(jù)工具相融合，這樣就可以避免由于沒有可以進行對比數(shù)據(jù)源，而導致只能夠對大數(shù)據(jù)中的錯誤數(shù)據(jù)進行直接處理。利用生態(tài)系統(tǒng)中的生物感知識別技術，期望把土壤環(huán)境信息可視化監(jiān)測預測系統(tǒng)技術往另一種智能監(jiān)控系統(tǒng)技術方向上發(fā)展，但因為到現(xiàn)在這兩項新技術和它們的應用方式還遠遠不夠完善，所以可能還要在這個方面不斷地努力。

環(huán)境監(jiān)測技術可以為人們的環(huán)保工作提供科學、理性的支持基礎，對于預防、控制和增強人們的環(huán)保意識具有十分重大的實際意義。在未來的工作中，要更加注重對大氣、水、土壤環(huán)境監(jiān)測技術的應用，增加技術資源投資，使其更加規(guī)范化，提高監(jiān)測技術水平，更新監(jiān)測設備，提高監(jiān)測人員整體素質，構建和完善環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，促進我國環(huán)境監(jiān)測工作的深入發(fā)展。