□ 徐志強

（金山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，上海 金山 200540）

一、土壤監(jiān)測的重要意義

（一）實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段

土壤監(jiān)測是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要求我們從保護自然、利用自然、修復自然的角度出發(fā)，堅持人與自然和諧相處，人與環(huán)境平衡發(fā)展、人類的生活要素不影響生態(tài)屏障的平衡。以此來實現(xiàn)人類不斷地從自然界吸取能量，同時又支持維護自然界的長期可持續(xù)平衡發(fā)展。土壤監(jiān)測是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。土壤監(jiān)測技術可以為某些地區(qū)進行提前監(jiān)測預警測量，初步確定某一地區(qū)的土壤狀況是否污染、富含營養(yǎng)與否，以及污染要素、污染程度等等，這些環(huán)境要素和土壤指標均是需要通過土壤環(huán)境的監(jiān)測才能得到。所以，土壤環(huán)境監(jiān)測可以提前介入，能夠以修復師的視角對土壤的生態(tài)狀況進行診斷，從而實現(xiàn)土壤的長期性和平衡性發(fā)展，以便于為人們在利用土地、開發(fā)土壤的過程中建立動態(tài)平衡、可持續(xù)性發(fā)展機制打下良好的基礎［1］。

（二）保護土壤的前期預警

土壤監(jiān)測是保護土壤的前期預警。一片區(qū)域內的土壤是否受到污染、是否健康、是否還可以持續(xù)利用，其成分含量如何，所含生長要素內容如何，土壤是否富有營養(yǎng)化等，這些要素的判定不是憑借著主觀的感受，而是需要切切實實的相關監(jiān)測數(shù)據(jù)來進行指導判定，而土壤的監(jiān)測是保護土壤的前期預警前提，只有對土壤進行持續(xù)性的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測的狀況得出土壤中各成分含量以及污染物污染狀況，才能有效地對土壤進行保護，所以有效的土壤監(jiān)測技術的實施，可以提前對土壤進行各種監(jiān)測預警，如果土壤出現(xiàn)各種要素不合格、污染嚴重等狀況，可以依據(jù)土壤監(jiān)測的信號指標提前知道土壤狀況變化情況，建立預警機制和先期預案，盡可能將土壤的污染狀況控制在合理范圍之內，以便對后續(xù)土壤治理提前做好相對應的預案［2］。

（三）維護生態(tài)系統(tǒng)的必然要求

土壤監(jiān)測同時也是實現(xiàn)維護生態(tài)系統(tǒng)平衡的必然要求。土壤是整個生態(tài)系統(tǒng)中居于基礎性地位的有機要素，正是在土壤的存在前提下，整個生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)植物、動物和其他生物鏈條的連接，才使整個生態(tài)系統(tǒng)維持動態(tài)平衡，所以對土壤進行監(jiān)測，是維護生態(tài)系統(tǒng)的必然要求，在現(xiàn)代技術手段日益深化的時期，土壤監(jiān)測技術也持續(xù)更新?lián)Q代，持續(xù)創(chuàng)新，在這一過程中，必然要求人們對土壤監(jiān)測技術進行發(fā)展，以明確最新的土壤監(jiān)測技術發(fā)展趨勢以及未來土壤監(jiān)測技術對維護生態(tài)系統(tǒng)平衡發(fā)展所起到的關鍵作用，以此為基準，才可以有備無患，在今后的土壤環(huán)境監(jiān)測、防治土壤污染等相關工作得以順利開展。

二、土壤監(jiān)測技術應用現(xiàn)狀

（一）現(xiàn)代信息技術

現(xiàn)代信息技術被廣泛應用于各種工程和技術監(jiān)測領域，其中農(nóng)業(yè)土壤信息監(jiān)測技術中需要用到信息技術，是當下及未來土壤監(jiān)測中的一大發(fā)展趨勢，特別是信息技術的可視化是土壤監(jiān)測技術持續(xù)發(fā)展的重要內容。由于土壤監(jiān)測涉及到土壤的采樣，在這一過程中需要大量的數(shù)據(jù)支撐，而對數(shù)據(jù)的運算監(jiān)測和分析，依靠現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)計算機信息技術和無線傳感技術，成本低、效率高、速度快，可以短時間內實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時集中上傳和分析，并且依據(jù)監(jiān)測模型對采集的相關土壤數(shù)據(jù)進行實時分析，得出相關的指標結果，從而就土壤監(jiān)測指標中的溫濕度、酸堿度、富含的營養(yǎng)程度和污染指標等進行總體性分析，并得出分析結果，這一系統(tǒng)具有高速集約化信息處理能力［3］。

（二）現(xiàn)代生物技術

現(xiàn)代生物技術監(jiān)測土壤指的是利用生物酶和相關微生物等特性，例如微生物中的酶節(jié)制和部分標注蛋白等，可以廣泛應用作為土壤采集樣中的某些標記物。通過對土壤內的一些微生物和地上植物進行相關的記號標注，同時踩點測算，將這些生物數(shù)據(jù)信息通過集成系統(tǒng)進行分析，計算出土壤的各種相關技術指標，這是進行生物土壤監(jiān)測技術的必要過程，目前我國的生物土壤監(jiān)測技術主要應用方案是PCR技術、大分子標記物技術等。例如，可以利用取樣標本中不同樣本地點的土壤中含有某些微生物細菌的數(shù)量以及微生物細胞內蛋白酶的分子分布來進行標記物染色，通過對其染色得出土壤分布中某些復極化的營養(yǎng)要素、其他相關監(jiān)測指標濃度對比，從而測繪出特定區(qū)域內總體的土壤技術要素指標［4］。

（三）現(xiàn)代地理遙感技術

除了以上兩種土壤監(jiān)測技術發(fā)展之外，目前我國還有一種土壤整體性監(jiān)測技術指標，這一指標的核心要素是利用地理信息收集系統(tǒng)，以衛(wèi)星為載體，通過對土壤環(huán)境特別是水文環(huán)境，特殊地理環(huán)境、氣候環(huán)境和土地礦物環(huán)境進行總體性掃描歸檔，建立數(shù)據(jù)進行土壤的總體監(jiān)測和檢驗，以獲取大面積的范圍內土壤中各種數(shù)據(jù)分布要素。目前使用這一技術主要是3S技術，所謂3S，指的是GIS地理信息系統(tǒng)、RS遙感技術和GPS全球定位系統(tǒng)這三者。地理信息系統(tǒng)集成收集數(shù)據(jù)，建立模型，進行數(shù)據(jù)分析，全球定位系統(tǒng)對相關的土地等進行定位，而遙感技術則是使用空間衛(wèi)星進行空間遙測，由此，對特定區(qū)域的土地按照元素光譜進行總體性遙感分析，數(shù)據(jù)匯總之后，導入地理信息集成系統(tǒng)，總體分析可以大面積地對某一區(qū)域內土壤的整體實施監(jiān)測技術狀況。這一技術具有使用范圍大、測量廣度廣、精確度較高、時效性較強等優(yōu)點。

三、土壤監(jiān)測現(xiàn)代化技術發(fā)展趨勢

（一）土壤監(jiān)測技術的自動化發(fā)展

隨著土壤監(jiān)測技術的智能化數(shù)據(jù)化發(fā)展，以及現(xiàn)代信息技術革命在土壤監(jiān)測等一系列監(jiān)測技術方面的廣泛融合與應用，未來的土壤監(jiān)測現(xiàn)代化技術主要方向是土壤監(jiān)測技術呈現(xiàn)自動化發(fā)展狀態(tài)，目前一些監(jiān)測設備還需要人工取樣、人工定點檢測，這些人為的操縱不可避免地會帶來數(shù)據(jù)上的差異，最終使得分析結果有不準確性，而未來隨著各種檢測運行、定時定點和技術的智能化發(fā)展，人工操作將會持續(xù)剝離，最終完全實現(xiàn)自動化、定點化和實時土壤信息監(jiān)測，在這一過程中，許多數(shù)據(jù)會自動進行采樣分析、上傳系統(tǒng)，完成綜合性分析，并生成總體性土壤分析結果報告。這對未來土壤監(jiān)測技術實現(xiàn)無人化打下了堅實基礎。

（二）光學遙測技術的廣泛應用

隨著我國地理遙感系統(tǒng)和相關土壤監(jiān)測遙感衛(wèi)星的持續(xù)研發(fā)，未來土壤的監(jiān)測將會呈現(xiàn)出更多的光學遙測技術的應用，光學遙測技術不僅可以對大面積的土壤環(huán)境進行總體性的分析，還可以實時調整技術參數(shù)，對某些特定區(qū)域進行特定的數(shù)據(jù)遙測和數(shù)據(jù)定位，并且通過地理信息集成系統(tǒng)自動分析，使土壤監(jiān)測更加智能化廣泛化和即時化。同時，對數(shù)據(jù)的獲取性也十分方便。這將大大促進未來信息社會中土壤監(jiān)測技術的大面積推廣應用。如圖1所示

（三）大數(shù)據(jù)融合的多介質環(huán)境感知技術

未來土壤監(jiān)測中，由于大數(shù)據(jù)和云計算的實施，數(shù)據(jù)處理技術持續(xù)性增強，技術生態(tài)逐漸完善，土壤監(jiān)測技術也會廣泛地采用大數(shù)據(jù)融合技術。由于在土壤監(jiān)測過程中土壤樣表數(shù)據(jù)的獲取和監(jiān)測需要使用多介質環(huán)境，對每一個環(huán)境介質都要進行某種誤差的測算，以使其保持在正確的范圍之內。而使用大數(shù)據(jù)則可以將許多集成的數(shù)據(jù)共同集合，進行統(tǒng)一性運算，這就抑制了數(shù)據(jù)錯誤和方差擴大的影響，使得土壤監(jiān)測的數(shù)據(jù)在多介質的環(huán)境下仍能夠實現(xiàn)正確化采集。此外，大數(shù)據(jù)技術與生態(tài)感知系統(tǒng)相互融合，并且實現(xiàn)人工智能，是發(fā)展方向，是土壤環(huán)境監(jiān)測朝向智能化的關鍵核心，也是土壤監(jiān)測技術未來發(fā)展的主流方向。