我国大气、水及土壤环境监测技术的发展探索

文/韩璐

人类对生态系统的需求在逐渐增加，生态系统监测工作也越来越受到重视。环境监测是以一种系统的方式，对与之有关的环境质量参数进行测量，并对这些参数展开全面的分析，从而判断出环境质量或污染水平以及它们的变化趋势，从而为环境管理与建设工作提供一定的参考资料和指导基础。所以，加强和改进环境监测技术，改善环境监测品质，是当前国家环保事业发展的当务之急。本文从大气、水、土壤三个层面，阐述环境监测技术的发展，以期通过技术升级和管理优化，持续提高环境监测工作质量。

环境监测是一项十分必要的工作。在过去，环境监测主要局限于放射性物质，而在工业化进程中，环境污染问题日益严重，监测内容也逐步扩展到对环境质量、污染等方面。在实际工作中，主要是进行现场调查，布点，样品采集，样品处理和保存，分析测试，数据处理和综合评价。在对这些资料进行分析与处理后，通常还要做一些评估，并撰写有关的报告，为后续工作开展提供便利。现阶段我国环境监测技术系统已日渐完善，主要涵盖要点是大气，水及土壤，对这三个层面的监测技术发展展开研究分析，是研发与创新更为先进的环境监测技术的必要前提。

我国环境监测工作发展

在20 世纪50 年代，我们国家的生态与环境科学就已经在不断地前进，逐渐成为新兴学科，生态与环境保护事业也在不断地发展，具体可分为四段时期，第一段是初期，集中在1973年到1980年间，第二段是成长时期，集中在1980年到2005年间，第三段是发展节奏较快时期，集中在2005 年到2012 年间，第四段是改革创新时期，主要自2012 年以后到现在。

在初期，环境监测已经从被动监测转变成了主动监测，监测的方向也逐步从生物监测转变到了生态监测。但是那个时候，还面临着监测方法不规范、监测数据不准确和监测人员不专业等问题。之后在1979 年末环境监测总站正式设立，自此中国环保监测工作有了新的发展。在成长阶段，通过制定、讨论和修订和完善各种法律法规，让环境监测事业走上了制度化和规范化道路。在第四次全国环境监测会议之后，对污染源的监测被逐渐提上日程。

随着2005 年“松花江特大污染事件”爆发，国家开始建立起环保监控与预警系统，国家环保工作的重点也逐步转移到环境质量监控上。在颁布新的纲要之后，对新时代的环保工作提出了更高的要求，具体来说就是要构建一套先进的环保预警机制，要健全公共服务型的环保监控系统，要提高环境监测工作整体水平。改革开放的深入，随着“大气十条”，“水十条”，“土十条”的出台，已经建立了一个比较完善的监测网络体系，包括监测管理体系，监测技术体系，监测技术体系，形成监测网络要素齐全，覆盖全国，功能齐全的监测架构体系，以地面监测为主，遥感监测为辅，污染监测与生态监测并重，实施的大气，水，土壤污染防治的工作已经取得一定的成果。

我国大气环境监测技术的发展

立体监测

在大气环境监测技术中应用立体监测技术，主要体现在以下两个方面。

第一个方面是地基遥感监测。这一监测技术的应用很多，包括多波段光度仪监测、被动变换红外线光谱监测等。在该技术的应用中，需要借助陆地设备来实现监测。因为空气中的各个组分具有差异性，从而导致阳光光谱吸收也有很大的差别，监测设备能够获取光谱吸收横断面时的不同数据信息，从而对大气中的各个组份进行综合分析。

第二个方面是车载测量监测技术，这一监测技术在使用时需要在车辆上安装特殊的车载测量设备，然后将车开到特定区域后进行监测数据采集。大气环域中因风的影响而产生多种污染物的运动，车载测量装置能够高效地获得这些污染物运动的信息。

遥感监测

在大气环境监测技术中应用遥感监测技术，主要体现在以下两个方面。

第一个方面是针对大气成分进行遥感监测，空气组分监测是空气污染控制的关键，利用遥感技术可以获取空气中各类污染物的浓度信息，并据此判断哪些污染物超过标准，从而制定相应的控制措施。该技术具体是对温室气体、干湿沉降、臭氧总量、辐射等进行实时监控，以便能够掌握其变化规律，从而达到综合监控的目的。

第二个方面是针对臭氧层进行遥感监测，在大气环境监测中，不能忽略对臭氧的监控，只有对臭氧层细节有了详尽的了解，空气中的污染物就可以得到更好的控制。针对臭氧层进行遥感监测，专业管理部门和工作人员就能够对臭氧层、空洞的具体变化趋势进行充分认识。

伴随着技术的不断发展，已经在各个高度上对臭氧层的分布进行监测，并得到了十分完备和精确的数据，这对于进行大气环境的研究有着十分重要的作用。

原子吸收光谱监测

原子吸收光谱监测技术主要被应用于实验室监测中，该技术的基本应用原理是利用金属原子本身所具有的吸附性，使气体中的金属元素在基态原子的作用下，吸收待测原子，并在吸收中形成特定的反射波长。在得到对应的反射波长后，进行适当的加工，得到不同的光谱图像。并对其光谱特征进行分析，从而得出是否有被污染物质的结论。若检测到有目标物被污染，则需进行更多的定量检测，以确定被污染物质与所确定指标之间的关系，如果超出了规定的范围，就要立即采取相应的措施解决问题。

固体颗粒物监测

固体颗粒物监测技术的使用非常普遍，在监控过程中，固体颗粒的组成较为复杂，因此必须利用空气监测设备，其中主要有二氧化氮和可吸入颗粒物等。

二氧化硫监测

二氧化硫是最普遍的一类空气污染物质，在工业生产过程中，煤炭、石油等传统能源的使用都会产生二氧化硫和其他形态的硫化物，在特定的大气环境污染监控过程中，有关部门必须加强对二氧化硫的监控。

一般来说，最适宜采用的是光度法、库仑滴定法等，既有较强的抗干扰能力，又有较高的测定准确率，能够保证测定结果准确性。

氮氧化物监测

氮氧化物是典型的污染物，其主要来源为机动车尾气，对氮氧化物进行实时监控，有助于环境保护部门了解机动车尾气的真实排放状况。在实际检测中，可以在城区公路上安装固定形态的机动车废气检测装置，从而可以二十四小时进行实时检测。

我国水环境监测技术发展

物联网监测

物联网技术主要是将射频识别技术、追踪技术、通信网络新技术等在实现的过程中进行运用，到现在为止已经获得了较为良好的结果。IBM 开发的智能水管理系列项目，属于物联网技术在水环境监测工作中的典型运用。在实际操作过程中，利用在水体中放入分布式传感器网络，可对水质、水量、水气象等方面展开全方位的监测，可以有效地提高监测工作品质。

通过对其进行监测，能够有效地分析出河流生态变化给生产、生活带来的影响。在全球范围内，许多其它国家也都将监测工作与无线通信等有关的系统技术相融合，对所获得的有关数据展开收集和分析，并对水位、水温等进行采集和分析，这就保证水环境监测工作的真实性和有效性，可以更快地发现水污染问题，并及时制定应对措施，进而提升水环境品质。未来科技的不断进步与发展，水环境监测发展趋势越来越趋向于智能化，能够做到实时采集与分析。

“3S”监测

“3S”技术由遥感、GIS 和GPS 三种技术组成，将空间、地理和遥感三种技术融合在一起，能够高效地采集和分析对象区域内的信息。当前，“3S”技术应用于水质污染水平监测和湿地环境监测，取得了较为显著的成效。“3S”技术的高效运用能够提升水质监控的工作效率，并能够将信息与现代科技相融合，实现对水质的全面监控，然而，“3S”技术在新形势下的运用仍然具有一定的局限，其自身的功能并没有得到最大程度的体现，其发展潜力仍然巨大。

微生物监测

微生物监测技术指的是在工作进行的时候，将微生物群放在所要监测的水质环境之中，利用微生物群可以对水环境展开监控，同时也是水污染的一个重要标志，可以达到更好的使用效果。其中的微生物主要包括了细菌、真菌以及一些小型水藻植物等。技术人员可以根据微生物群的数量和变化情况，有效地获得被监测的水质污染程度，并根据一定的计算规则，与国家监测标准进行对比，进而可以对被监测的水体污染状况作出判断。

发光细菌监测

当前，发光细菌监测技术主要是以生物细胞的发光特点和污染物基因毒性特点为核心，并采用先进的水质毒素测定仪来对被监测水体水质进行监测，该技术的优点在于能够快速得出结果，并且结果也较为精确。现阶段将发光细菌监测技术与分度法进行深入地融合，对于促进水环境监测工作的发展，为我国水环境管理工作带来了更多的发展空间。

生物行为反应监测

利用生物行为反应监测法，可以对被监测水体中的微生物进行更为细致、精确的观测和分析，并可以根据其动作来判定被监测水体的污染程度。现阶段生物行为反应监测法得到了越来越多的认可和运用，通常来说，生物行为反应监测法主要用到软体动物、鱼类等来对水体进行监控，而比较好的适合用来监控水体的生物是斑马鱼，一旦水体受到污染，斑马鱼就会表现出异常的变化，从而被所察觉。另外通过实验，已经证实斑马鱼和人的行为存在较多相似点，技术人员可以用这个方法来解释为什么水环境污染会对人们的生活造成负面影响。

我国土壤环境监测技术发展

“3S”监测技术

通过“3S”技术，可以获得各区域的土壤环境信息，并根据各区域的特点，给出相应的解决对策，从而更好地实施各区域的土壤环境保护工作，提高国家的土壤环境质量。

信息技术

国内在信息化和数据化方面有了较大的突破，在土壤环境监测方面，可以有效地提升技术人员的技术水平，同时也可以有效地对土壤组分进行精确解析，从而保证数据的可靠和科学。

在运用该技术的时候，科技工作者们更多的关注于无线传感技术，充分利用其信息传递强大功能，如当要监控整个土体状况时，利用无线传感技术，能够精确的解析出各种土体状况，并突破时空局限，把土体资讯传递给资料库，极大的提升土体资讯传递品质。

X 射线断层扫描监测

X 射线断层扫描是一种无损检测方法，能在不损伤土体的前提下，对土体中的X 射线进行发射和接收，当X 射线穿过土体时，会产生一定的衰减，经放大、模数转换和空间解析后，就能得到反映土体剖面特征的数字图像。

与遥感、SEM 等技术相比，该技术不仅能够对土层的表层和内部进行实时观测，而且能够对土层中的细观结构进行量化。另外为了提高CT 成像的定量分析性能，还可以利用SEM构建训练样本。

声发射监测

声发射监测拟利用四向存储能量，将其转化为10-10000kHz 的低量级体波，并通过声发射AE 传感设备采集颗粒重排、晶粒尺度移动、裂纹形成与固体表面摩擦中生成的声学变化信息，并对其进行定量化表征。目前利用声发射探测技术，可获取土壤中液桥断裂、裂隙发育、力链释放、颗粒间摩擦、胶结断裂、土壤纤维断裂等AE 来源，以达到探测土壤中复杂生命过程的目标。

光学遥测监测

在土壤环境的实时监测技术方面，利用土壤光学遥测和监测应用技术系统，就可以在中远距离的传感设备上获得多种土壤信息，利用卫星对遥感光传感器进行连续照射，可以获得不同的土壤环境中的多种数据，再利用遥感传送和分析系统，就可以将所获得的遥感数据直接传送给卫星遥感平台的电脑终端。

如此一来，就能极大的减轻工作人员压力，极大地降低获得监测数据处理的工作时间，可以更有效、更快、更准确地对数据质量进行评估和分析，更有效地实现土壤环境实时监测。

多介质环境、生态系感知融合

为使环境检测项目的最后的结果更为的科学化和精确化，一定要随时关注在执行环境监测的项目时所要采用的很多的对象介质，要对这些对象各种不清楚的因素进行充分考量，以防止未来由于某些不确定因素缺失，造成环境观测项目的结果产生一些错误。

在进行大数据的分析和处理的时候，一定要充分地将其它的大数据工具相融合，这样就可以避免由于没有可以进行对比数据源，而导致只能够对大数据中的错误数据进行直接处理。利用生态系统中的生物感知识别技术，期望把土壤环境信息可视化监测预测系统技术往另一种智能监控系统技术方向上发展，但因为到现在这两项新技术和它们的应用方式还远远不够完善，所以可能还要在这个方面不断地努力。

环境监测技术可以为人们的环保工作提供科学、理性的支持基础，对于预防、控制和增强人们的环保意识具有十分重大的实际意义。在未来的工作中，要更加注重对大气、水、土壤环境监测技术的应用，增加技术资源投资，使其更加规范化，提高监测技术水平，更新监测设备，提高监测人员整体素质，构建和完善环境监测系统，促进我国环境监测工作的深入发展。