农村环境监测的保护和可持续发展

马翔

（山西省太原生态环境监测中心 山西太原 030002）

引言

农村，作为食物和自然资源的供应者，对生活在农村和城市地区的人们的经济福祉起着关键作用。随着城市化和工业化的发展，农村社区面临的农业生计、气候变化、新技术、商品价格、环境法规和经济条件等方面的压力和风险越来越大[1][2]。由于城乡之间在人口变化、经济发展、服务获取和社会成果方面的区域不平衡日益加剧，农村发展成为人类关注的热点和难点问题。

基于物联网的环境监测系统是现代农业发展的必然要求。物联网在环境监测系统中的应用有助于观察和分析植物和环境的状况，为农民护理植物提高农产品的质量和数量提供参考。开发环境监测系统的重要内容之一是数据传输和数据管理。目前流行的环境监测系统是无线传感器网络，因为它在传感和传输数据方面具有良好的性能和易用性。就连接类型而言，最近发展起来的无线传感器网络有很多种，有射频、GSM、Zigbee、Wi-Fi等[3]。但大多数在某些条件下仍存在着一些不足，如用电量大、传输数据距离远、信号受限等。

1 进行农村生态环境保护的重要意义

解决农村发展问题的策略引起了广泛关注。考虑到偏远地区，提供有针对性的差异化方法。例如，已经开发和实施了自下而上的参与式农村评估、快速农村评估和与人合作。国际农村重建研究所、农业与农村合作技术中心、美国农业部农村发展办公室和欧洲农村发展网络已经成立，以探索农业和林业等土地密集型自然资源，其中，自然资源的管理和生态平衡的维护在今天被认为是农村发展的基本要素[4]。人们越来越担心密集的人类活动对农村环境的影响。因此，环境部门不仅要减少不受控制的城市化和工业化所造成的环境破坏，而且要解决农村生态系统的退化问题。以保护和保存自然、景观和文化资源为重点的农村可持续发展概念由此形成。

总体而言，农村生态环境监测与修复保护的重要意义如下：（1）污染物监测已从传统污染物向新兴污染物扩展。（2）特别关注修复技术和设备，需要集成技术，这些趋势要求我们进一步认识污染物在不同农村环境过程中的迁移和转化机制。有效的环境监测和修复依赖于准确的数据和认知，这是水土联合修复技术和设备创新的基础。此外，农村环境管理需要经济、智能、可靠、实用的监测与修复技术和设备，如在线智能监测和预警平台。

2 农村环境监测的现状和发展

《2030 年议程》明确要求在国家层面迅速进行社会生态转型[5]。然而，它的成功在很大程度上取决于用于指导转型治理以在农村地区实现联合国可持续发展目标（即可持续发展目标）的知识库的社会合法性。因此，国家层面对可持续发展目标实施情况的分析取决于地方环境治理，而可持续发展目标的相互关联性质和资源配置的挑战需要社会生态分析，以引导走向可持续的未来。在这种背景下，农村地区在实现可持续发展目标中发挥着关键作用。农村环境监测作为新时期农村环保和可持续发展的重要方面，具有举足轻重的作用，它一方面可以及时了解农村环境变化状况，另一方面可以及时为农村环境的科学治理工作提供数据支持。近年来随着我国农村环境保护工作的加强，农村环境逐步好转，农村环境监测在其中也发挥了一定的成效,但仍存在一些问题。一是农村环境监测缺少政策广泛性，仅在政府层面进行监管，以县区级监测力量为主，农村环境监测力量配备不足，专业性监测人员和能力都有所欠缺。另外农村环境监测体系建设过程中的缺乏资金支持，无法大力推动农村环境监测基础设施建设。目前，国家虽然已逐步关注和重视农村环境质量建设，但监测体系、监测手段和监测质量远远不能满足要求。目前，农村环境监测主要为传统手工环境监测技术，个别发达地区将高新监测技术与手工监测之间结合，这也是农村环境监测发展的总趋势。

3 农村生态环境面临的主要问题

因为环境问题来源于各种各样的来源（自然的和人为的），并以各种形式出现，包括生物、化学、微粒甚至能源（图1）。为了分析污染机制，必须从不同的方面进行研究，从了解环境是如何演变的和它是如何发挥作用的，到直接和间接的相互作用。

图1 农村生态环境面临的主要问题

3.1 农村水环境的恶化

近十年来，农村水环境监测与修复在世界范围内引起了广泛的关注。在研究领域中，氮、磷、重金属、农药等传统污染物以及新出现的污染物多氯联苯、多环芳烃仍是主要关注对象[5]。研究主题从农村水环境具体污染物的去除及其环境行为转向污染物与生态和健康风险的关系。然而，由于新兴污染物的种类和数量不断增加，对其研究还不够充分。为了在复杂的农村环境中为污染监测和水土修复提供方便的测量手段和有效的实施，经济、易于操作和适用的仪器是不可缺少的部分。开发一种原位传感器和一种双模式设备来追踪污染源，一种基于核受体的生物传感器来确定风险，一种仪器来快速检测和识别重金属，以及一种便携式仪器来调查水的急性毒性。在修复设施方面，计划开发地表水修复装置、重金属解毒装置、基于交互流态化生物膜技术的中流修复设备和养殖场永久冻土污染综合系统。根据环境监测方案的要求，对广泛的污染物检测设备的便携性、适用性和经济性对农村环境管理至关重要。以化学传感器为基础的环境检测装置在光学和/或电化学传感器的环境检测中应用频繁；如挥发性有机物传感器、重金属离子传感器、农药及农药残留传感器等。这些设备只能优化到与特定的分析交互，这可能不适合复杂的农村环境监测。而生物传感器通过生物材料的响应来测量或监测物质的出现，这为用最小的样品制备来测量复杂基质中的污染物提供了可能性。因此，这些方法被鼓励用于环境混合料质量评价。将开发一种与核受体亲和柱集成的生物传感器，用于内分泌干扰效应调查和内分泌干扰化合物鉴定，可同时纯化危险化学品并检测其生物活性。

3.2 植被覆盖率降低

鉴于农村植被覆盖率降低，将首先调查农村水地下水、地表水和土壤中的污染物特征。将对植物修复、微生物修复、零价铁耦合生物炭修复和化学稳定等修复技术进行调控和优化，使其能够有效地恢复水土。在此基础上，建立了水网地区污染修复的综合技术体系、组装装置、微生物和化学稳定装置。在农村，土壤干湿交替的汇流是污染物源汇转换的关键因素之一。采用厌氧氨氧化、反硝化、氮磷超蓄能器、金属钝化等技术，形成生态反应屏障，去除污染物。此外，考虑到农村垃圾的散乱分布，开发简易填埋场，就地修复土壤和汇流。在农村地区实施可持续发展目标的一个特别具有挑战性的问题涉及到森林资源利用的相互竞争的目标。鉴于经济发展、人民生计、可持续发展和可持续发展之间可能发生冲突，这就引发了关于可持续发展目标，保护、恢复和促进陆地生态系统的可持续利用、可持续管理森林、防治荒漠化、制止和扭转土地退化、制止生物多样性丧失的真正意义的问题。这损害了以被广泛接受为环境治理合法程序的方式实现这一可持续发展目标的前景，从而危及了变革性环境治理的前景。这篇评论的目的是提出一个理论框架，以便在农村地区实现与可持续发展目标相关的合法变革治理。在为可持续发展目标生产数据和知识方面的民主创新。朝着加强农村自然资源的参与式治理迈出的重要一步。因此，对传统的环境监测和评估进行深刻的更新，以促进可持续发展目标的实施。

3.3 大气环境的恶化

目前，我国经济社会的发展仍然主要依靠资源消耗和污染物排放[6]。农村地区大气环境恶化和环境承载力弱化逐渐突出。环境问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈。大气环境承载力描述了大气消耗和减少各种污染气体的能力。这种能力取决于多种因素，如经济发展、区域产业结构、能源结构、技术水平、人口、资源、地理气象条件、环境保护投资等。对当前社会经济发展中农村空气污染和环境保护管理进行评价，保持经济发展和城市化进程的适当速度，避免人口过快增长。减少污染物排放，控制环境恶化。在社会发展的特定阶段，工业排放的增加是不可避免的。但相应的废气处理能力要足够，使整个复杂系统保持和谐状态。工业尾气排放、汽车数量、工业生产的能源效率和气象扩散条件对大气环境的恶化影响较大。自然和人为对水生环境和资源的压力显著增加。为了保持水体的完整性，并加快人类系统对生态危急情况（如洪水、富营养化和近海石油泄漏）做出反应的有效性，有必要开发水质监测系统，为快速数据分析提供实时测量数据。了解水质趋势需要详细和广泛地覆盖取决于地区的多个时间尺度的水质波动。例如，海岸边缘受沉积物和营养物质的周期性输送影响，通过营养物质和毒物负荷的输送和再悬浮影响珊瑚礁生态系统，在洪水事件期间可能造成生态威胁。河流和小溪等过渡性水道也受到严重污染的影响。传统上，管理机构的水质监测成本高、人力密集、耗时长，而且样品采集随时间和空间尺度的变化而变化。从历史上看，要到达有兴趣的监测点，船上装有笨重的仪器，需要人工操作来收集样本，然后必须将样本运回陆地实验室进行分析。这个漫长而乏味的过程可能是昂贵的，并导致信息不能完全代表时间的变化，因为采样和分析之间的延迟会损害样本的完整性。

3.4 土壤环境的恶化

污染控制与修复的研究主要集中在农村生态环境区域，而农村、山区和寒冷地区的研究较少，特别是土壤间流污染。当涉及未知意外的环境生态风险时，相关研究数据更少，无论在农村、山区还是寒冷地区[5]。目前，研究环境监测与修复以支持农村地区有效的环境管理是一个巨大的挑战。对农村水和土壤/沉积物样品中的未知污染物进行识别。将从环境有机提取物的生物测试开始。如果检测到显著的影响，则通过分馏依次降低环境样品的复杂性。大多数环境质量标准的建立是为了在监测项目中处理风险优先化学品和其他特定污染物。而仅针对优先化学品的目标化学品监测不能解释未知化学品及其转化产物的存在。此外，在标准值以下的环境化学品仍然可能产生显著的毒性作用，因为它们实际上是以混合物的形式存在于环境中。环境监测不能揭示真实的环境效应，单凭目标化学分析可能导致环境污染低估。最后，用高分辨率质谱对分离出的有毒组分进行关键毒物鉴定。

4 农村生态环境治理的主要措施

经济发展、人口增长和天气条件迫使农村生态环境治理发生变化（图2）。污染物的大量排放对农村生态环境治理产生压力，使环境状态发生变化。对整个经济-社会-大气环境复合系统产生各种不利影响，如人体健康损害、空气质量差等。因此，从系统分析的角度考虑农村生态环境治理的相互作用。在当前社会经济发展的背景下，开展农村生态环境规划和管理。

图2 农村生态环境治理的主要措施

4.1 保护人工湿地并开发生态性护岸

支持保护人工湿地并监测和整治关键技术和设备的总体目标，以建设绿色宜居村。提出的概念框架解决了农村环境监测和改造的主要挑战。保护人工湿地并开发生态性护岸侧重于三个方面的研究：（1）适应不同生物地球化学过程中污染物迁移/转化和复合污染特征的污染分类和风险评估技术和设备。（2）适应地下水/地表水频繁相互作用、干湿交替过程的环境修复技术和装置，冻融期过渡和农村环境预警平台和网络监测技术。

4.2 加强农村绿化带的设计和建设

在加强农村绿化带背景下，国家科技部开展了一系列改善农村人居环境、促进农业生产、生活和生态保护协调发展的绿色宜居村项目。在乡村振兴战略指导下开展的，建设绿色宜居村需要在农村清洁、环境卫生、乡镇规划、宜居住宅、绿色建材、清洁能源等方面掌握关键技术。构建基础研究平台、智慧村平台、生态建设平台，推动绿色宜居村建设和发展。其中，农村环境是可持续农村建设的基础，良好的农村环境质量可以促进可持续建设，而环境退化可能对农村建设带来负面影响。加强农村市政当局的环境规划工具和为发展当地公民科学和使其制度化提供足够的资源似乎是克服在农村地区进一步发展公民科学道路上的障碍的潜在重要步骤。最重要的是，这应考虑到体制改革，以便让边缘化的农村人民在地方资源决策中拥有更大的参与性治理能力。原则上这可以帮助在水资源、森林和土地资源的数据生产方面力量日益不对称的地区，增强农村居民和市政当局的能力。然而，这一切都取决于偶然的政治进程。因此，注意明确考虑公民科学政治的重要性，以更新环境监测和评估，旨在参与形式的变革性环境治理。在农村地区可持续发展目标的背景下重新思考环境监测时，需要更多地关注合法性问题。在对更民主的环境治理形式的规范期望，因为，公民科学在为环境治理提供合法性的新来源方面的前景，值得在学术和政治方面进行讨论。

4.3 加强环境监测，推动农村环境可持续发展

近年来，在经济和社会的压力下，越来越多的合成化学品，如农药、化肥、药品和个人护理产品被用于农业、畜牧业和生计，以支持农村发展[7]。因此，这些化学品不可避免地大量排放到农村地区，对农村环境甚至人类健康造成了严重损害。目前，农村环境监测具体主要包括饮用水水源地水质监测、工矿企业污染监测、地表水水质监测、土壤环境质量监测、环境空气质量监测、养殖业和面源污染监测、固体废弃物监测、噪声环境监测等方面。今后，在传统手工环境监测技术的基础上，对农村重点地区可采用网络式布点监测，也可将遥感技术作为农村地区生态环境监测过程中的一种常用手段，通过解译图像数据中的信息，可以反映出农村地区污染源的分布状态。高新监测技术可以让传统手工监测中难以解决的监测问题得到缓解，可以利用无线传输、无人机、遥感技术、卫星监测等技术与人工监测有机结合，构建一种全方位农村生态环境监测体系，以保障农村地区生态的可持续发展。而且，农村环境监测的也为管理，决策部门提供环境现状，污染物时空分布，污染的程度和范围，环境变化趋势，突发性污染事件的危害程度和范围等信息，以保证农村地区环境和可持续发展。

结语

根据绿色宜居村建设目标，环境监测的农村环境保护将为农村土壤、地下和地表水等的环境监测和修复提供技术。在多学科整合研究的基础上，将现场调查、实验室与现场测定相结合，开发适用于复杂农村环境的工具。该研究不仅有利于解决农村迫在眉睫的环境问题，而且为乡村振兴和生态环境改善建设服务。