探究生態環境監測的應用現狀

張玉國

（唐山市生態環境局樂亭縣分局，河北 唐山 063600）

近年來，由于生態環境破壞導致的負面影響接踵而來，不僅影響了社會的發展，甚至威脅到了人類的健康。因此，為了改善生態環境，國家采取了很多措施，力求讓生態環境回歸正常，讓人類能夠生活在優質無憂的環境中。對于生態環境監測工作，國家也是尤為重視的，加強各個方面的生態環境監測是改善和保護生態環境的主要方式，但我國目前的生態環境監測技術尚未完善，還存在著一定的缺陷和不足，為此我們要加大研究力度，致力于技術創新，不斷完善開拓，使生態環境監測技術更高效地應用于我們的生活。

1 生態環境監測簡述

生態環境監測是指運用地理、計算機、化學、科學、生物、物理等技術手段，針對廢水排放、大氣污染等各種環境污染現象開展環境質量和污染排放的監測活動。生態環境監測主要包括以下幾方面：一、對生態問題的發生面積及數量變化進行的動態監測；二、對人類活動對生態系統造成的影響和改變進行監測，如向大氣、水資源中排放有害物質；三、對生態系統的恢復活動進行監測，如退耕還林、禁止秸稈焚燒等有利于可持續發展的政策；四、對生態環境監測所獲取的所有數據進行橫縱向對比，分析生態環境質量的變化并進行預測和預警。

生態環境監測的操作流程：首先要對目標區域的生態環境進行綜合分析，并為接下來的監測制定針對性的計劃；其次要布置監測點，持續采集生態環境樣本并進行檢測，最后對所收集的數據進行統計和分析，對監測目標區域的生態環境進行綜合評價等。通過長期持續性的生態環境監測，相關人員能夠在第一時間掌握生態環境變化并作出應對，所以在監測時一定要認真仔細，避免由于人為失誤而導致監測數據出現誤差，影響生態環境的可持續發展[1]。

2 生態環境監測的應用現狀

2.1 生物技術在生態環境監測中的應用

信息技術背景下，現代科技快速發展，生物技術的水平也得到了顯著提升，在研究應用方面有了突飛猛進的進步。現階段，現代生物技術被廣泛應用和推廣。生物技術相較于其他學科技術的優勢在于其實基于微觀的角度對生態環境進行監測，由于生態環境具有復雜的結構和功能，生態系統中所含有的污染物質成分復雜且繁多，許多污染物含量很低，單純依靠物理化學技術進行分析只能得到環境中污染物的具體含量及其變化，卻不能了解環境污染對生物的毒害作用等，但是生物技術可以彌補這方面的不足，其能夠獲取更多環境污染物質的信息，全面掌握環境污染狀況。相關人員利用生物技術能夠更加高效地對生態環境進行監測，同時提高了生物技術在生態環境領域中的地位，推動生物技術實現更好的創新和發展。在現階段環境監測當中被廣泛應用的技術主要為生物大分子型標記監測和PCR等等。

2.1.1 生物大分子型標記物監測應用技術

當前，生態大分子作為生態學研究的主要內容具有很大的優勢作用，其不僅有較強的獨特性和提前預警性，還具有適應性，能夠有效利用分子的適應性對生態問題進行詳細說明，更能促進生物與環境之間的和諧發展，為環境污染的生物修復工作奠定堅實基礎。生物大分子型標記物主要分為兩大類，分別是核酸和蛋白質。

（1）核酸分子標記物技術

核酸分子標記物技術主要分為核酸分子損傷檢測技術、報告基因標記技術、DNA芯片技術和16SrRNA檢測技術。目前，在生態環境監測中，應用較廣的技術是核酸分子損傷檢測技術，其可以將環境中的化學物質對各種類型DNA造成的損傷作為生物標記物來監測環境中的化學毒性，主要內容包括DNA加合物的檢測、DNA鏈斷裂的檢測和DNA甲基化測定。

DNA加合物是一種共價結合物，有可能成為導致癌變或突變的最小因子，在一定程度上與致癌物有著巨大的聯系，在進行DNA加合物檢測過程中可以對環境中的遺傳毒性做出判斷，從而提前預測出環境中致癌物質的含量。結合國外水生生物DNA 加合物的研究結果可知，水生生物中魚類對致癌物較為敏感，利用水生生物DNA 加合物檢測在一定程度上可以直接對水環境的致癌物質進行有效指示，因此，該種方法是對致癌物檢測和篩查的最科學、高效、理想的方式，因而可以作為海洋環境監測的標記物[2]。

DNA鏈能夠在正常環境中進行自我檢查和修復，一旦受到外界環境污染物的嚴重影響就會出現斷裂現象，因而要結合DNA鏈斷裂作為相應標記物，再利用其進行環境污染監測。其中，DNA 鏈斷裂的主要檢測方法有堿性解旋法、單細胞微凝膠電泳技術以及微核測定法等等。堿性解旋法操作簡單而且能夠反映環境中的多種遺傳毒性物質對DNA的損傷，適用于海洋環境監測的評價，并且現階段已經被廣泛應用于海星、鰈、鮭以及牡蠣等DNA 完整性的分析中。單細胞微凝膠電泳技術又稱為彗星實驗，其被廣泛應用于生物DNA 損傷研究方面，特別是魚類和無脊椎動物的DNA 損傷領域，在這一過程中其已經取得了較高的成效。微核測定法主要通過細胞質內的額外核小體問題的出現來評判有害物質存在的試驗方法，主要用于指示海洋環境污染造成的細胞遺傳損傷和淡水環境的遺傳毒性檢測[3]。目前我國已經成功將微核試驗應用于對南海水質的監測中，在國外也有科學家將其應用于對地中海海域貽貝不同類型的細胞對遺傳毒物的敏感程度、波羅的海油港區中的油類污染物對甲殼類動物的毒害效應的研究中[4]。

（2）蛋白分子標記物技術

將環境中的污染物和生物體內蛋白質相互結合會產生一定反應，其對生物體的發展具有重要影響，與此同時，對生物體內相應基因的表達產生抑制，進而影響生物體內蛋白質的含量。所以，可以充分發揮生物體內蛋白質的優勢和作用，將其作為有害物質的生物標記物，并廣泛應用于環境監測之中[5]。如乙酰膽堿酯酶檢測技術已經成功地將乙酰膽堿酯酶活性的抑制作為魚類有機磷農藥中毒的診斷工具；利用金屬硫蛋白檢測技術，通過用貽貝體內的金屬硫蛋白來監測海洋環境中的金屬污染；利用熱休克蛋白的檢測技術將小分子HSP60的表達作為檢測海洋無脊椎動物遭受環境威脅的重要指標。

2.1.2 PCR技術

PCR技術是一種用于放大擴增特定DNA片段的分子生物學技術，相當于生物體外的特殊DNA復制。PCR技術具備準確性與便捷性，最重要的是能夠讓核酸的研究方向脫離活體生物。目前PCR技術已經應用于大氣、土壤和水環境的監測中。

借助RT-PCR技術對相關氣體進行采樣，并對這些氣體進行檢驗得知空氣傳播為豬瘟傳播的主要方式，這一發現為豬瘟的預防工作提供了有力參考；利用LH-PCR技術對濕地的菌群結構以及磷元素的遷移、存儲作用分析得知，含磷量的上升會對土壤的菌群結構造成影響，并改變原有的土壤菌群結構，使土壤中原有的生物多樣性降低[6]；而通過利用 PCR-DGGE 技術對土壤中的分解蛋白酶細菌群落進行分析，能夠判斷無機肥、有機肥是否對植物根系周邊土壤的蛋白酶具有活性作用[7]。這些研究結果表明，PCR技術在生態環境監測中的應用前景廣泛，還有更多的潛力等待去開發應用。

2.2 物理化學技術在生態環境監測中的應用

隨著物理、化學、科學等學科的不斷完善和發展，其在環境監測中發揮著重要作用，其中運用最廣泛的就是動態膜壓法監測技術。動態膜壓法的應用不需要提前對水樣進行收集，也不需要通過任何化學試劑進行檢測就能對被污染水體的微表層進行分析和研究。污水體系中含有有機物、營養鹽、微生物等不同層次的聚集，結合Gibbs的吸附方程可知，表面超量的情況下低濃度和本體濃度是成正比的，進而就可以得出有機物的含量，秦菲就是結合此原理的內容，通過動態模壓法測定不同濃度污水的面積和模壓，從而間接獲取有機物的含量、面積以及與CODC 之間的線性關系，為動態模壓儀迅速測量有機物含量提供重要保障[8]。

2.3 信息技術在生態環境監測中的應用

隨著經濟和科技的發展，新興的電子信息技術也逐漸崛起，在我國各個領域占據著重要的地位，社會也開始逐漸進入大數據時代，各行各業都開始嘗試對大數據進行充分應用。在環境監測技術中，信息技術不僅減少了公共數據資源的浪費，帶動了生態環境監測技術的轉型，更為生態環境監測提供了更為高效準確的實時及預測結論。以青海省為例，從2005 年至今，三江源、青海湖、祁連山等重點生態保護地區已經陸續建成三十多個綜合站點，一千多個基本站點以及一百多個追蹤站點，相對完整地建構了地面站點監測系統體系，與此同時，也相繼開展了濕地、森林、水資源、環境質量等方面的專項監管監測，確定了地面監測、生態環境評價、生態系統評估等一百多項生態環境系統專業評價指標。此外，根據環境質量進行有效監測，逐步建成地表水監測斷面七十多個，環境空氣監測七十多個，聲音監測三百多個，土壤監測四百多個[9]。現代化信息技術的快速發展，使得信息技術越來越先進，其主要應用包括綜合指數法、綜合評估法等。信息技術在不斷的實踐和發展過程中，打破傳統思想束縛和限制，敢于突破，不斷創新，充分利用地表水、空氣等進行相應的科學化評價，從而創造最適宜發展的新模式，為后續工作的開展奠定堅實基礎[10]。

2.4 3S技術的應用

2009年以來，專家越來越重視3S技術的應用，不同于生物技術的微觀角度，3S技術是站在宏觀的角度開展環境監測，能夠涉及的空間和事件范圍極廣。3S技術中的3“S”主要是指RS（遙感監測技術）、GIS（地理信息技術）及GPS（全球定位技術），而“3S”所展現出來的特點和優越性使其在生態環境監測中占據絕對的主導地位。

2.4.1 RS在生態環境監測中的應用

遙感技術是從高空或外層空間接收來自地球表層各類地物的電磁波信息，從而對地表各類地物進行監測，并對監測到的信息進行掃描、攝影、傳輸和處理，能夠對原有監測對象反饋的信息進行還原和分析，從而得到物體的形態和性能。而且，利用遙感技術對生物信息進行采集具有很強的優勢，不僅覆蓋范圍廣、多角度，而且信息內容豐富、更新速率快，為大尺度的生態環境監測提供了基礎數據保障[10]。目前，遙感技術用于平原土地覆蓋變化而引起的生態系統功能變化監測，以及對青海湖流域周邊草地葉綠素的含量進行研究分析等。

2.4.2 GIS技術在生態環境監測中的應用

GIS就是一個專門管理地理信息的計算機軟件系統，不但可以整齊有序地關系地理信息，還可以對地理信息進行各種組合、分析、檢索、修改、更新等。它還具有“可視化”功能，能夠通過計算機屏幕把所有信息清晰地還原到地圖上，同時對生態環境進行動態監測，為生態資源空間信息管理及可視化系統的實現奠定了基礎。通過GIS技術的應用，專家根據山區生態資源空間信息管理和可視化的研究對系統實現高效編制，在二、三維一體化的可視化平臺下提供了豐富的數據圖形查詢系統功能，還曾以蘇州市主城區為研究對象，建立了土地適宜性評價數據庫，從空間分布上對蘇州農用地種植適宜性進行了具體分析等。

2.4.3 GPS在生態環境監測中的應用

GPS具有海陸空全方位實時三維導航與定位能力，新一代衛星導航與定位系統，能夠高效、快速、實時地得到相應的空間信息，對監測目標進行實時定位與動態跟蹤，為提高生態環境監測水平提供了關鍵性信息。關于GPS在生態環境監測中的應用，可以利用GPS技術對某黃土邊坡進行變形監測，提高了變形監測的精度，實現對邊坡的動態跟蹤預測和變形預測，并制定出治理邊坡問題的措施等。

3 生態環境監測的前景

近年來，我國生態環境監測已經取得了很大的進展，生態環境也在緩慢恢復中，但要想從根本上保護環境，就應該加強對污染物質的研究，加強對污染源頭的管理，進行監測時應具有針對性，依據不同物質排放含量制定不同的制度，完善各類監督和監測制度，保障源頭的有效治理。其次，由于現階段我國環境監測需求呈現多樣化趨勢，所以在進行環境監測過程中也要保障其技術的多元化和自動化，這一做法勢必會成為未來主要的發展趨勢，只有實現了監測技術的多元化和自動化，才能有效、及時且全面地反映各個環境狀況，為后續工作的高效展開提供助力。在技術進步的同時，監測儀器也要不斷創新并趨于小型化和復合化。

4 結語

綜上所述，我國在生態環境監測中應用的技術逐日豐富且完善。未來我們將不斷改善各種應用技術，彌補不足和短處，更高效地對生態環境進行監測，促進生態環境保護工作的高效發展，進而為生態環境的可持續健康發展奠定重要基礎。