土壤监测现代化技术发展探究

□ 徐志强

（金山区环境监测站，上海 金山 200540）

一、土壤监测的重要意义

（一）实现可持续发展的重要手段

土壤监测是实现可持续发展的重要手段。实现可持续发展，就要求我们从保护自然、利用自然、修复自然的角度出发，坚持人与自然和谐相处，人与环境平衡发展、人类的生活要素不影响生态屏障的平衡。以此来实现人类不断地从自然界吸取能量，同时又支持维护自然界的长期可持续平衡发展。土壤监测是实现可持续发展的重要手段。土壤监测技术可以为某些地区进行提前监测预警测量，初步确定某一地区的土壤状况是否污染、富含营养与否，以及污染要素、污染程度等等，这些环境要素和土壤指标均是需要通过土壤环境的监测才能得到。所以，土壤环境监测可以提前介入，能够以修复师的视角对土壤的生态状况进行诊断，从而实现土壤的长期性和平衡性发展，以便于为人们在利用土地、开发土壤的过程中建立动态平衡、可持续性发展机制打下良好的基础［1］。

（二）保护土壤的前期预警

土壤监测是保护土壤的前期预警。一片区域内的土壤是否受到污染、是否健康、是否还可以持续利用，其成分含量如何，所含生长要素内容如何，土壤是否富有营养化等，这些要素的判定不是凭借着主观的感受，而是需要切切实实的相关监测数据来进行指导判定，而土壤的监测是保护土壤的前期预警前提，只有对土壤进行持续性的监测，根据监测的状况得出土壤中各成分含量以及污染物污染状况，才能有效地对土壤进行保护，所以有效的土壤监测技术的实施，可以提前对土壤进行各种监测预警，如果土壤出现各种要素不合格、污染严重等状况，可以依据土壤监测的信号指标提前知道土壤状况变化情况，建立预警机制和先期预案，尽可能将土壤的污染状况控制在合理范围之内，以便对后续土壤治理提前做好相对应的预案［2］。

（三）维护生态系统的必然要求

土壤监测同时也是实现维护生态系统平衡的必然要求。土壤是整个生态系统中居于基础性地位的有机要素，正是在土壤的存在前提下，整个生态系统经植物、动物和其他生物链条的连接，才使整个生态系统维持动态平衡，所以对土壤进行监测，是维护生态系统的必然要求，在现代技术手段日益深化的时期，土壤监测技术也持续更新换代，持续创新，在这一过程中，必然要求人们对土壤监测技术进行发展，以明确最新的土壤监测技术发展趋势以及未来土壤监测技术对维护生态系统平衡发展所起到的关键作用，以此为基准，才可以有备无患，在今后的土壤环境监测、防治土壤污染等相关工作得以顺利开展。

二、土壤监测技术应用现状

（一）现代信息技术

现代信息技术被广泛应用于各种工程和技术监测领域，其中农业土壤信息监测技术中需要用到信息技术，是当下及未来土壤监测中的一大发展趋势，特别是信息技术的可视化是土壤监测技术持续发展的重要内容。由于土壤监测涉及到土壤的采样，在这一过程中需要大量的数据支撑，而对数据的运算监测和分析，依靠现代互联网计算机信息技术和无线传感技术，成本低、效率高、速度快，可以短时间内实现数据的实时集中上传和分析，并且依据监测模型对采集的相关土壤数据进行实时分析，得出相关的指标结果，从而就土壤监测指标中的温湿度、酸碱度、富含的营养程度和污染指标等进行总体性分析，并得出分析结果，这一系统具有高速集约化信息处理能力［3］。

（二）现代生物技术

现代生物技术监测土壤指的是利用生物酶和相关微生物等特性，例如微生物中的酶节制和部分标注蛋白等，可以广泛应用作为土壤采集样中的某些标记物。通过对土壤内的一些微生物和地上植物进行相关的记号标注，同时踩点测算，将这些生物数据信息通过集成系统进行分析，计算出土壤的各种相关技术指标，这是进行生物土壤监测技术的必要过程，目前我国的生物土壤监测技术主要应用方案是PCR技术、大分子标记物技术等。例如，可以利用取样标本中不同样本地点的土壤中含有某些微生物细菌的数量以及微生物细胞内蛋白酶的分子分布来进行标记物染色，通过对其染色得出土壤分布中某些复极化的营养要素、其他相关监测指标浓度对比，从而测绘出特定区域内总体的土壤技术要素指标［4］。

（三）现代地理遥感技术

除了以上两种土壤监测技术发展之外，目前我国还有一种土壤整体性监测技术指标，这一指标的核心要素是利用地理信息收集系统，以卫星为载体，通过对土壤环境特别是水文环境，特殊地理环境、气候环境和土地矿物环境进行总体性扫描归档，建立数据进行土壤的总体监测和检验，以获取大面积的范围内土壤中各种数据分布要素。目前使用这一技术主要是3S技术，所谓3S，指的是GIS地理信息系统、RS遥感技术和GPS全球定位系统这三者。地理信息系统集成收集数据，建立模型，进行数据分析，全球定位系统对相关的土地等进行定位，而遥感技术则是使用空间卫星进行空间遥测，由此，对特定区域的土地按照元素光谱进行总体性遥感分析，数据汇总之后，导入地理信息集成系统，总体分析可以大面积地对某一区域内土壤的整体实施监测技术状况。这一技术具有使用范围大、测量广度广、精确度较高、时效性较强等优点。

三、土壤监测现代化技术发展趋势

（一）土壤监测技术的自动化发展

随着土壤监测技术的智能化数据化发展，以及现代信息技术革命在土壤监测等一系列监测技术方面的广泛融合与应用，未来的土壤监测现代化技术主要方向是土壤监测技术呈现自动化发展状态，目前一些监测设备还需要人工取样、人工定点检测，这些人为的操纵不可避免地会带来数据上的差异，最终使得分析结果有不准确性，而未来随着各种检测运行、定时定点和技术的智能化发展，人工操作将会持续剥离，最终完全实现自动化、定点化和实时土壤信息监测，在这一过程中，许多数据会自动进行采样分析、上传系统，完成综合性分析，并生成总体性土壤分析结果报告。这对未来土壤监测技术实现无人化打下了坚实基础。

（二）光学遥测技术的广泛应用

随着我国地理遥感系统和相关土壤监测遥感卫星的持续研发，未来土壤的监测将会呈现出更多的光学遥测技术的应用，光学遥测技术不仅可以对大面积的土壤环境进行总体性的分析，还可以实时调整技术参数，对某些特定区域进行特定的数据遥测和数据定位，并且通过地理信息集成系统自动分析，使土壤监测更加智能化广泛化和即时化。同时，对数据的获取性也十分方便。这将大大促进未来信息社会中土壤监测技术的大面积推广应用。如图1所示

（三）大数据融合的多介质环境感知技术

未来土壤监测中，由于大数据和云计算的实施，数据处理技术持续性增强，技术生态逐渐完善，土壤监测技术也会广泛地采用大数据融合技术。由于在土壤监测过程中土壤样表数据的获取和监测需要使用多介质环境，对每一个环境介质都要进行某种误差的测算，以使其保持在正确的范围之内。而使用大数据则可以将许多集成的数据共同集合，进行统一性运算，这就抑制了数据错误和方差扩大的影响，使得土壤监测的数据在多介质的环境下仍能够实现正确化采集。此外，大数据技术与生态感知系统相互融合，并且实现人工智能，是发展方向，是土壤环境监测朝向智能化的关键核心，也是土壤监测技术未来发展的主流方向。