我國大氣、水及土壤環境監測技術的發展探索

文/韓璐

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

環境監測是一項十分必要的工作。在過去，環境監測主要局限于放射性物質，而在工業化進程中，環境污染問題日益嚴重，監測內容也逐步擴展到對環境質量、污染等方面。在實際工作中，主要是進行現場調查，布點，樣品采集，樣品處理和保存，分析測試，數據處理和綜合評價。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，為后續工作開展提供便利?，F階段我國環境監測技術系統已日漸完善，主要涵蓋要點是大氣，水及土壤，對這三個層面的監測技術發展展開研究分析，是研發與創新更為先進的環境監測技術的必要前提。

我國環境監測工作發展

在20 世紀50 年代，我們國家的生態與環境科學就已經在不斷地前進，逐漸成為新興學科，生態與環境保護事業也在不斷地發展，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，第三段是發展節奏較快時期，集中在2005 年到2012 年間，第四段是改革創新時期，主要自2012 年以后到現在。

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

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

我國大氣環境監測技術的發展

立體監測

在大氣環境監測技術中應用立體監測技術，主要體現在以下兩個方面。

第一個方面是地基遙感監測。這一監測技術的應用很多，包括多波段光度儀監測、被動變換紅外線光譜監測等。在該技術的應用中，需要借助陸地設備來實現監測。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，監測設備能夠獲取光譜吸收橫斷面時的不同數據信息，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測技術，這一監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域后進行監測數據采集。大氣環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。

遙感監測

在大氣環境監測技術中應用遙感監測技術，主要體現在以下兩個方面。

第一個方面是針對大氣成分進行遙感監測，空氣組分監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、輻射等進行實時監控，以便能夠掌握其變化規律，從而達到綜合監控的目的。

第二個方面是針對臭氧層進行遙感監測，在大氣環境監測中，不能忽略對臭氧的監控，只有對臭氧層細節有了詳盡的了解，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測，專業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展，已經在各個高度上對臭氧層的分布進行監測，并得到了十分完備和精確的數據，這對于進行大氣環境的研究有著十分重要的作用。

原子吸收光譜監測

原子吸收光譜監測技術主要被應用于實驗室監測中，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，進行適當的加工，得到不同的光譜圖像。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。

固體顆粒物監測

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

二氧化硫監測

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

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控，有助于環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，可以在城區公路上安裝固定形態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。

我國水環境監測技術發展

物聯網監測

物聯網技術主要是將射頻識別技術、追蹤技術、通信網絡新技術等在實現的過程中進行運用，到現在為止已經獲得了較為良好的結果。IBM 開發的智能水管理系列項目，屬于物聯網技術在水環境監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絡，可對水質、水量、水氣象等方面展開全方位的監測，可以有效地提高監測工作品質。

通過對其進行監測，能夠有效地分析出河流生態變化給生產、生活帶來的影響。在全球范圍內，許多其它國家也都將監測工作與無線通信等有關的系統技術相融合，對所獲得的有關數據展開收集和分析，并對水位、水溫等進行采集和分析，這就保證水環境監測工作的真實性和有效性，可以更快地發現水污染問題，并及時制定應對措施，進而提升水環境品質。未來科技的不斷進步與發展，水環境監測發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域內的信息。當前，“3S”技術應用于水質污染水平監測和濕地環境監測，取得了較為顯著的成效?！?S”技術的高效運用能夠提升水質監控的工作效率，并能夠將信息與現代科技相融合，實現對水質的全面監控，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，其發展潛力仍然巨大。

微生物監測

微生物監測技術指的是在工作進行的時候，將微生物群放在所要監測的水質環境之中，利用微生物群可以對水環境展開監控，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。技術人員可以根據微生物群的數量和變化情況，有效地獲得被監測的水質污染程度，并根據一定的計算規則，與國家監測標準進行對比，進而可以對被監測的水體污染狀況作出判斷。

發光細菌監測

當前，發光細菌監測技術主要是以生物細胞的發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測水體水質進行監測，該技術的優點在于能夠快速得出結果，并且結果也較為精確。現階段將發光細菌監測技術與分度法進行深入地融合，對于促進水環境監測工作的發展，為我國水環境管理工作帶來了更多的發展空間。

生物行為反應監測

利用生物行為反應監測法，可以對被監測水體中的微生物進行更為細致、精確的觀測和分析，并可以根據其動作來判定被監測水體的污染程度。現階段生物行為反應監測法得到了越來越多的認可和運用，通常來說，生物行為反應監測法主要用到軟體動物、魚類等來對水體進行監控，而比較好的適合用來監控水體的生物是斑馬魚，一旦水體受到污染，斑馬魚就會表現出異常的變化，從而被所察覺。另外通過實驗，已經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境污染會對人們的生活造成負面影響。

我國土壤環境監測技術發展

“3S”監測技術

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

信息技術

國內在信息化和數據化方面有了較大的突破，在土壤環境監測方面，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，從而保證數據的可靠和科學。

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 射線進行發射和接收，當X 射線穿過土體時，會產生一定的衰減，經放大、模數轉換和空間解析后，就能得到反映土體剖面特征的數字圖像。

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。

聲發射監測

聲發射監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。目前利用聲發射探測技術，可獲取土壤中液橋斷裂、裂隙發育、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。

光學遙測監測

在土壤環境的實時監測技術方面，利用土壤光學遙測和監測應用技術系統，就可以在中遠距離的傳感設備上獲得多種土壤信息，利用衛星對遙感光傳感器進行連續照射，可以獲得不同的土壤環境中的多種數據，再利用遙感傳送和分析系統，就可以將所獲得的遙感數據直接傳送給衛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，極大地降低獲得監測數據處理的工作時間，可以更有效、更快、更準確地對數據質量進行評估和分析，更有效地實現土壤環境實時監測。

多介質環境、生態系感知融合

為使環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行環境監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，造成環境觀測項目的結果產生一些錯誤。

在進行大數據的分析和處理的時候，一定要充分地將其它的大數據工具相融合，這樣就可以避免由于沒有可以進行對比數據源，而導致只能夠對大數據中的錯誤數據進行直接處理。利用生態系統中的生物感知識別技術，期望把土壤環境信息可視化監測預測系統技術往另一種智能監控系統技術方向上發展，但因為到現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。

環境監測技術可以為人們的環保工作提供科學、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、土壤環境監測技術的應用，增加技術資源投資，使其更加規范化，提高監測技術水平，更新監測設備，提高監測人員整體素質，構建和完善環境監測系統，促進我國環境監測工作的深入發展。