俞 衛(wèi)

（昆山市環(huán)境科學研究所 江蘇蘇州 215300）

引言

環(huán)境監(jiān)測技術作為我國現(xiàn)代環(huán)境科學的一個重要的分支領域，主要是通過對各種環(huán)境監(jiān)測技術的系統(tǒng)性調查和研究來測定各種可能影響環(huán)境質量的因素的代表值并針對這些因素進行了綜合評估和分析，從而判斷出環(huán)境的質量或者受到污染的嚴重程度以及其變化趨勢,環(huán)境監(jiān)測這一具有系統(tǒng)性的工作可以為我國的環(huán)境治理和社會環(huán)境建設發(fā)展提供基礎和依據(jù)[1]。

在我國的環(huán)境科學體系中，環(huán)境監(jiān)測工作作為一個基礎性的環(huán)節(jié)還可以為我國的環(huán)境管理、污染源防治控制、環(huán)境計劃等工作提供一個科學的依據(jù)，而我國環(huán)境科學的每一個分支領域都是以深入了解、評價環(huán)境質量及其變化趨勢的數(shù)據(jù)為主要理論基礎，來針對性地進行各種研究和設計并制定與環(huán)境相關的方政策和經(jīng)濟法規(guī)在科技迅猛發(fā)展的今天，提高監(jiān)測質量對我國環(huán)境監(jiān)測工作的開展更是至關重要，更加大力地推進監(jiān)測工作才能為其他各項環(huán)境保護工作奠基[2]。

1 環(huán)境監(jiān)測的對象和分類

隨著現(xiàn)代工業(yè)和社會經(jīng)濟科學的進步，環(huán)境監(jiān)測的范圍和內容也得以有所拓寬，不僅僅是對于工業(yè)中各種污染源的監(jiān)測，現(xiàn)已逐漸發(fā)展為對于大環(huán)境的監(jiān)測，即環(huán)境監(jiān)控的對象從直接影響環(huán)境質量的各種污染性因子擴展為對于生物、生態(tài)變化等各種環(huán)境的監(jiān)控；從現(xiàn)階段的環(huán)境實時質量目標的確立，到未來進行環(huán)境質量的預測。

2 環(huán)境監(jiān)測戰(zhàn)略的發(fā)展

20 世紀50 年代，我國生態(tài)與環(huán)境科學已經(jīng)開始向前進步，成長為一門新興學科，生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測事業(yè)和我國生態(tài)與環(huán)境保護工作也一同展開，1978 年以后我國生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測事業(yè)逐步發(fā)展，回顧我國生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的發(fā)展歷程，學者將其分為四個時期—初創(chuàng)期（1973-1980 年）、成長期（1980-2005年）、躍升期（2005-2012 年）、改革期（2012 年至今）[3]。

初創(chuàng)期我國的環(huán)境保護事業(yè)剛剛起步，環(huán)境監(jiān)測階段由被動監(jiān)測轉為主動監(jiān)測，監(jiān)測方向逐漸從生物監(jiān)測向生態(tài)監(jiān)測發(fā)展，但當時存在監(jiān)測方法不規(guī)范、監(jiān)測數(shù)據(jù)不精確與監(jiān)測人員不專業(yè)等問題。而后中國在1979 年底成立了環(huán)境監(jiān)測總站，從此，中國環(huán)境監(jiān)測事業(yè)發(fā)展掀開了新的篇章。

在成長期，國家通過召開全國環(huán)境監(jiān)測會議起草討論并修改了多份文件使得我國環(huán)境監(jiān)測事業(yè)走向制度化、規(guī)范化道路，第四次全國環(huán)境監(jiān)測會議召開后，污染源監(jiān)測就成為了重點。

躍升期伊始，2005 年的“松花江特大污染事件”[4]促使了我國環(huán)境監(jiān)測預警體系的創(chuàng)建，我國環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的焦點逐漸改為環(huán)境質量監(jiān)測。隨著新綱要的發(fā)布，對新時期的環(huán)境保護工作要求更高，即建立先進的環(huán)境預警機制，完善公共服務型環(huán)境監(jiān)測體系，改善環(huán)境質量狀況。

而進入改革時期，黨的十八大將我國經(jīng)濟社會文明建設擺在了更加重要的戰(zhàn)略地位，國務院也隨之頒布了“大氣十條”、“水十條”、“土十條”文件，更是加大了環(huán)境整治的力度，時至今日我國已建立起較為完整的監(jiān)測網(wǎng)絡體系、監(jiān)測管理體系、監(jiān)督技術體系和監(jiān)測技術保證體系等，所形成的國家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡要素齊全、覆蓋全國、功能完善，主要以地面監(jiān)測為主、遙感監(jiān)測為輔，以污染監(jiān)測與生態(tài)監(jiān)測并重，所實施的大氣、水、土壤污染防治行動計劃也初步獲得成效，所獲數(shù)據(jù)質量明顯提高[5～8]。

3 環(huán)境監(jiān)測技術的發(fā)展

隨著環(huán)境監(jiān)測技術體系的日漸完備，目前，已確立了環(huán)境空氣、地表水、噪聲、固定污染源、生態(tài)、固體廢物、土壤、生物等9 個要素的監(jiān)測技術路線[9]，但數(shù)據(jù)仍是環(huán)境監(jiān)測工作的生命線，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、真實、全面,才能保證環(huán)境監(jiān)測工作完成的質量與效率?，F(xiàn)階段我國環(huán)境監(jiān)測質控體系已漸漸完備，大氣、水、土壤監(jiān)測要素全覆蓋，故對此三要素的具體監(jiān)測技術發(fā)展進行簡要總結。

3.1 大氣監(jiān)測技術發(fā)展

空氣中各種大氣污染物的數(shù)量龐雜，按照《環(huán)境空氣質量標準》 中規(guī)定的各種大氣污染物監(jiān)測項目要求來合理地確定空氣監(jiān)測的項目，分為必測項目和選擇性監(jiān)測項目，必測的項目主要有SO2、NOx、PM2.5、PM10、CO、O3，選測項目主要有鉛、氟化物、苯并[a]芘、有毒有害有機物，每種污染物皆有多種方法監(jiān)測，具體方法如表1[10]。

表1 大氣環(huán)境監(jiān)測中的主要方法

為進一步提高天空大氣監(jiān)測的質量，越來越多的專家和學者建立了地空一體化監(jiān)測系統(tǒng)，在空中，利用先進的無人機遙感技術來確認周圍的環(huán)境和災害；在地面上，采取各種監(jiān)測措施，從而實現(xiàn)精細化的綜合監(jiān)測[11]。針對大氣遙感技術應用較為普及的領域有車載地基遙感監(jiān)測、車載行駛走航立體監(jiān)測、機載遙感監(jiān)測和行星載遙感監(jiān)測，其中，車載行駛走航立體監(jiān)測具有較強的機動性，適合于在不利氣象條件下進行的測量和工作以及對工業(yè)區(qū)域污染物排放的通量；機載遙感監(jiān)控所具有的強大優(yōu)點主要有：在多個時間和尺度下依然可以進行全面、長期、連續(xù)的監(jiān)控，同時對污染源數(shù)據(jù)進行積累，與地圖疊加還能夠便于迅速識別污染源；而這種衛(wèi)星遙感器的優(yōu)勢有其自身獨特的一些優(yōu)點：不僅可以實現(xiàn)全球范圍內的覆蓋，收集數(shù)據(jù)也較為快速，并且有多個光譜能夠收集大量信息。

而具體污染物的測定則是基于大氣環(huán)境高靈敏光譜探測技術原理，常用技術方法有傅里葉變換紅外光譜（FTIR）技術、激光雷達（LIDAR）技術、熒光光譜技術、可調諧半導體激光吸收光譜（TDLAS）技術、以差分光學吸收光譜（DOAS）技術、非分光紅外（NDIR）技術、激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術、光聲光譜技術[12][13]。

3.2 水體監(jiān)測技術發(fā)展

水體監(jiān)測項目是以水體被污染情況、水體功能、廢（污）水中含污染物質及客觀條件等因素為依據(jù)的，細分為地表水（江、河、湖、庫、渠；海水）、地下水、生活飲用水、廢（污）水、其他行業(yè)用水監(jiān)測項目[10]，水體不同所選擇測定的污染物質及標準亦有差別。

常規(guī)的環(huán)境監(jiān)控技術主要是包含許多關于水質保護的項目，如有機物、微生物、無機體、重金屬及其他常規(guī)工程。常規(guī)監(jiān)控技術的發(fā)展及其應用持續(xù)時間相對較長，相關的技術已趨于成熟，運行制度體系也較為完整[14]。

但由于常規(guī)技術具有時效性差等特點，學者們逐漸提出新技術，較為熱門的有以下三種：3S 技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、PLC 技術以及生物監(jiān)測技術。

3S 技術是以遙感技術（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）為基礎，將RS、GIS、GPS 三種獨立技術應用領域當中的相關部分與其他各種高新技術應用領域的相關部分（例如互聯(lián)網(wǎng)技術、通訊技術等）有機結合起來，從而發(fā)展出一項嶄新的綜合性技術。

目前3s 技術廣泛應用于對水資源的調查評估和評價、監(jiān)測濕地水域和河流中的水體沼澤物分布及其變化情況、同時還可以用來監(jiān)測濕地中的水體富營養(yǎng)化和一些泥沙的污染，另外，3s 技術在我國濕地科學研究工作中的應用尤為廣泛[15]。

物聯(lián)網(wǎng)技術主要特點就是將跟蹤技術、射頻識別、云計算和無線通信網(wǎng)絡技術等有機結合在一起，其主要是被廣泛應用于各種分布式的傳感器和網(wǎng)絡，能夠實現(xiàn)全方位、立體地跟蹤河流橫斷面積的水質、含量和相關的氣象參數(shù)，這就促使我們在對河流中物化與生物等相關信息的追溯監(jiān)控能力以及自動化監(jiān)測水平技術有了新突破。

而將物聯(lián)網(wǎng)技術、無線電技術與嵌入式系統(tǒng)技術緊密結合，我們不僅可以直接采集得到湖泊的水溫、水位等各種湖泊的基本情況信息，還能夠監(jiān)測到湖泊內磷酸鹽濃度。物聯(lián)網(wǎng)還可以通過在線直接采集和處理監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，這就可以保證物聯(lián)網(wǎng)能夠實時地傳輸和處理數(shù)據(jù)，全面地提升了對水環(huán)境的監(jiān)測時效性，再通過對水環(huán)境的現(xiàn)狀進行綜合分析,根據(jù)其中存在的一些問題和需求來研究制定合理的解決辦法和方案，由此，物聯(lián)網(wǎng)技術能夠最大程度地實現(xiàn)人機合作[14、16]。

可編程邏輯控制器（programmable logical controller，PLC）是有效結合了計算機自動化技術與無線電通訊自動化技術的一種新型工業(yè)自動化控制裝置，其在整體結構上增添了耐熱、防塵、防潮、抗震等特點，在各種軟硬件上所需要選擇的材料主要有以下幾種具有較高的抗干擾性能：包括隔離、屏蔽、濾波、接地等，因此它們非常合理地應用于環(huán)境惡劣的戶外和工業(yè)現(xiàn)場[17]。

目前，生物傳感技術、藻類生物監(jiān)測以及PCR（Polymerase Chain Reaction 聚合酶鏈式反應）等生物監(jiān)測技術已廣泛的應用于環(huán)境監(jiān)測。生物傳感技術是利用特殊的生物敏感材料作為識別元件，可識別敏感生物物質的濃度并轉換為電信號達到監(jiān)測目的，該技術具有檢測分析快捷、精準度高、經(jīng)濟性好、專一性強、操作系統(tǒng)簡單等特點；藻類生物監(jiān)測技術是將某些藻類的作為指示生物，并根據(jù)其對不同水環(huán)境的生長適宜性來判斷該環(huán)境的水質狀況；相較于傳統(tǒng)監(jiān)測技術，藻類生物作為指示生物繁殖簡單迅速、培養(yǎng)成本低，應用于監(jiān)測過程中更直接、靈敏，還同時具有整體性、持久性和生態(tài)多樣化等優(yōu)點[18]；PCR 技術的工作原理主要是利用微生物通過體外合成各種特異性的DNA 片段，其具有迅捷、靈敏、準確、簡單、特殊性強等功能[15]。

3.3 土壤監(jiān)測技術發(fā)展

土壤環(huán)境污染質量背景監(jiān)測結果根據(jù)調查目的不同可以將其劃分類別為其對土壤環(huán)境質量的影響現(xiàn)狀動態(tài)監(jiān)測、土壤環(huán)境污染災害事故的動態(tài)監(jiān)測、污染物進入土地治理處置的過程動態(tài)調查監(jiān)控和其對土壤環(huán)境質量背景影響數(shù)值的動態(tài)調查,土壤監(jiān)測項目則須根據(jù)監(jiān)測目的來確定。

具體的污染物測定方法應參照 《農(nóng)田土壤環(huán)境質量監(jiān)測技術規(guī)范》[10]。土壤環(huán)境監(jiān)測中主要采用的有物理化學技術、3S 技術、信息技術與生物技術。

物理化學技術是指結合了物理材料學、物理光學、分析化學以及高分子有機化學等科學，并將其運用于土壤環(huán)境監(jiān)測。土壤樣品的元素分析常采用原子吸收光譜法、離子色譜法、偏振能量色散X 射線熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法與發(fā)射光譜法等方法，土壤痕量元素的測定分析更是以這些方法為主[19]。而對于土壤有機物的監(jiān)測分析最常用的技術方法為氣相色譜質譜聯(lián)用和液相色譜質譜聯(lián)用[20]。

3s 技術的綜合應用是指可以有效地對土壤空間信息進行采集、處理、管理、傳遞和應用，滿足實際土壤環(huán)保監(jiān)測的應用大氣信息技術和數(shù)據(jù)資料的需要。該種方法能夠全面地把握土壤環(huán)境的整體情況[21]，具體能夠做到：

（1）通過動態(tài)監(jiān)控對農(nóng)業(yè)耕地的土壤肥力情況進行長期動態(tài)的監(jiān)測；

（2）通過使用GIS 技術的方式來收集和管理各種農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境的監(jiān)測資料，并且我們可以通過自己構建的數(shù)據(jù)庫和一個專門用于土壤環(huán)境評價的模型庫、參數(shù)倉儲庫等，加之運算方法來直接實現(xiàn)對土壤環(huán)境的綜合評價，預測其質量的變化趨勢；

（3）監(jiān)控產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品；

（4）在已經(jīng)遭到污染的農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境區(qū)域，通過GIS 中的緩沖區(qū)分分析功能來定位具體的農(nóng)產(chǎn)品污染源和受污地區(qū)，再經(jīng)過受污面積的綜合計算，最終分析并闡明這些污染物在農(nóng)業(yè)土壤種植過程中的殘留物等[22]。

信息技術在土壤監(jiān)測中主要指無線傳感器網(wǎng)絡技術，該項技術通過在土壤環(huán)境中布置傳感器節(jié)點，通過各個節(jié)點采集環(huán)境數(shù)據(jù)，傳感器節(jié)點再通過無線通信組成網(wǎng)絡，并將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡中，最終由特定的匯聚節(jié)點接收并得出匯總數(shù)據(jù)[23]。同時這些據(jù)都能夠傳送到數(shù)據(jù)處理中心，相關人員可以對數(shù)據(jù)中心進行訪問，從而審核校對或調用編輯數(shù)據(jù)；通過這樣的過程，最終實現(xiàn)對土壤質量參數(shù)的在線監(jiān)控并記錄[24]。

生物技術主要有熒光蛋白標記監(jiān)測技術、PCR技術、變性梯度凝膠電泳（DGGE）技術、基因測序技術和宏基因組學技術等，依然是通過對微生物進行監(jiān)測來實現(xiàn)對土壤環(huán)境的監(jiān)測,這些技術在對受污土壤實施生物修復、土壤侵蝕、土壤微生物多樣性監(jiān)測等方面起著主導的作用[20]，具有速度快、操作簡便、易于進行生態(tài)修復等優(yōu)勢特點[25]。

結語

自我國的環(huán)保事業(yè)起步以來，相關的工作一直處于有條不紊的發(fā)展中，取得了一些成果但也存在一些不足。在自動監(jiān)測一片大好形勢之下我們依然需要通過不斷的手動監(jiān)測來確保數(shù)據(jù)的有效性，同時改良儀器的各項功能；儀器不斷向自動化發(fā)展的同時還需注重其體積及便攜性能，針對于惡劣環(huán)境下的作業(yè)需不斷提升儀器的穩(wěn)定性，不斷測試數(shù)據(jù)的準確性，以達到最大程度替代人工作業(yè)從而保障監(jiān)測人員的安全。隨著監(jiān)測網(wǎng)絡的進一步完善，各項環(huán)境要素的立體監(jiān)測也越來越重要，我們既要看到3S 技術在這一方面的應用，將其不斷完善，也要在此有更多創(chuàng)新，這就需要對環(huán)境監(jiān)測領域加大資金以及人才投入。

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測發(fā)展應當堅持以習近平新時代生態(tài)文明理念和指導思想為核心，不斷貫徹實施該理念，以“實現(xiàn)大監(jiān)測、確保真準全、支撐大保護”為主線和總體思路，構建陸海統(tǒng)籌、天地相通、上下相互協(xié)同、信息資源共享的全球化國家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測服務網(wǎng)絡。