探究生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

張玉國(guó)

（唐山市生態(tài)環(huán)境局樂(lè)亭縣分局，河北 唐山 063600）

近年來(lái)，由于生態(tài)環(huán)境破壞導(dǎo)致的負(fù)面影響接踵而來(lái)，不僅影響了社會(huì)的發(fā)展，甚至威脅到了人類的健康。因此，為了改善生態(tài)環(huán)境，國(guó)家采取了很多措施，力求讓生態(tài)環(huán)境回歸正常，讓人類能夠生活在優(yōu)質(zhì)無(wú)憂的環(huán)境中。對(duì)于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，國(guó)家也是尤為重視的，加強(qiáng)各個(gè)方面的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)是改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的主要方式，但我國(guó)目前的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)尚未完善，還存在著一定的缺陷和不足，為此我們要加大研究力度，致力于技術(shù)創(chuàng)新，不斷完善開拓，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)更高效地應(yīng)用于我們的生活。

1 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)述

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)是指運(yùn)用地理、計(jì)算機(jī)、化學(xué)、科學(xué)、生物、物理等技術(shù)手段，針對(duì)廢水排放、大氣污染等各種環(huán)境污染現(xiàn)象開展環(huán)境質(zhì)量和污染排放的監(jiān)測(cè)活動(dòng)。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)主要包括以下幾方面：一、對(duì)生態(tài)問(wèn)題的發(fā)生面積及數(shù)量變化進(jìn)行的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；二、對(duì)人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的影響和改變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如向大氣、水資源中排放有害物質(zhì)；三、對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如退耕還林、禁止秸稈焚燒等有利于可持續(xù)發(fā)展的政策；四、對(duì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)所獲取的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行橫縱向?qū)Ρ?，分析生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化并進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警。

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的操作流程：首先要對(duì)目標(biāo)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合分析，并為接下來(lái)的監(jiān)測(cè)制定針對(duì)性的計(jì)劃；其次要布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，持續(xù)采集生態(tài)環(huán)境樣本并進(jìn)行檢測(cè)，最后對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)等。通過(guò)長(zhǎng)期持續(xù)性的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，相關(guān)人員能夠在第一時(shí)間掌握生態(tài)環(huán)境變化并作出應(yīng)對(duì)，所以在監(jiān)測(cè)時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)，避免由于人為失誤而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，影響生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 生物技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

信息技術(shù)背景下，現(xiàn)代科技快速發(fā)展，生物技術(shù)的水平也得到了顯著提升，在研究應(yīng)用方面有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步?，F(xiàn)階段，現(xiàn)代生物技術(shù)被廣泛應(yīng)用和推廣。生物技術(shù)相較于其他學(xué)科技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其實(shí)基于微觀的角度對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于生態(tài)環(huán)境具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能，生態(tài)系統(tǒng)中所含有的污染物質(zhì)成分復(fù)雜且繁多，許多污染物含量很低，單純依靠物理化學(xué)技術(shù)進(jìn)行分析只能得到環(huán)境中污染物的具體含量及其變化，卻不能了解環(huán)境污染對(duì)生物的毒害作用等，但是生物技術(shù)可以彌補(bǔ)這方面的不足，其能夠獲取更多環(huán)境污染物質(zhì)的信息，全面掌握環(huán)境污染狀況。相關(guān)人員利用生物技術(shù)能夠更加高效地對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)提高了生物技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中的地位，推動(dòng)生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的創(chuàng)新和發(fā)展。在現(xiàn)階段環(huán)境監(jiān)測(cè)當(dāng)中被廣泛應(yīng)用的技術(shù)主要為生物大分子型標(biāo)記監(jiān)測(cè)和PCR等等。

2.1.1 生物大分子型標(biāo)記物監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)

當(dāng)前，生態(tài)大分子作為生態(tài)學(xué)研究的主要內(nèi)容具有很大的優(yōu)勢(shì)作用，其不僅有較強(qiáng)的獨(dú)特性和提前預(yù)警性，還具有適應(yīng)性，能夠有效利用分子的適應(yīng)性對(duì)生態(tài)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，更能促進(jìn)生物與環(huán)境之間的和諧發(fā)展，為環(huán)境污染的生物修復(fù)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。生物大分子型標(biāo)記物主要分為兩大類，分別是核酸和蛋白質(zhì)。

（1）核酸分子標(biāo)記物技術(shù)

核酸分子標(biāo)記物技術(shù)主要分為核酸分子損傷檢測(cè)技術(shù)、報(bào)告基因標(biāo)記技術(shù)、DNA芯片技術(shù)和16SrRNA檢測(cè)技術(shù)。目前，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，應(yīng)用較廣的技術(shù)是核酸分子損傷檢測(cè)技術(shù)，其可以將環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)對(duì)各種類型DNA造成的損傷作為生物標(biāo)記物來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的化學(xué)毒性，主要內(nèi)容包括DNA加合物的檢測(cè)、DNA鏈斷裂的檢測(cè)和DNA甲基化測(cè)定。

DNA加合物是一種共價(jià)結(jié)合物，有可能成為導(dǎo)致癌變或突變的最小因子，在一定程度上與致癌物有著巨大的聯(lián)系，在進(jìn)行DNA加合物檢測(cè)過(guò)程中可以對(duì)環(huán)境中的遺傳毒性做出判斷，從而提前預(yù)測(cè)出環(huán)境中致癌物質(zhì)的含量。結(jié)合國(guó)外水生生物DNA 加合物的研究結(jié)果可知，水生生物中魚類對(duì)致癌物較為敏感，利用水生生物DNA 加合物檢測(cè)在一定程度上可以直接對(duì)水環(huán)境的致癌物質(zhì)進(jìn)行有效指示，因此，該種方法是對(duì)致癌物檢測(cè)和篩查的最科學(xué)、高效、理想的方式，因而可以作為海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的標(biāo)記物[2]。

DNA鏈能夠在正常環(huán)境中進(jìn)行自我檢查和修復(fù)，一旦受到外界環(huán)境污染物的嚴(yán)重影響就會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，因而要結(jié)合DNA鏈斷裂作為相應(yīng)標(biāo)記物，再利用其進(jìn)行環(huán)境污染監(jiān)測(cè)。其中，DNA 鏈斷裂的主要檢測(cè)方法有堿性解旋法、單細(xì)胞微凝膠電泳技術(shù)以及微核測(cè)定法等等。堿性解旋法操作簡(jiǎn)單而且能夠反映環(huán)境中的多種遺傳毒性物質(zhì)對(duì)DNA的損傷，適用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的評(píng)價(jià)，并且現(xiàn)階段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于海星、鰈、鮭以及牡蠣等DNA 完整性的分析中。單細(xì)胞微凝膠電泳技術(shù)又稱為彗星實(shí)驗(yàn)，其被廣泛應(yīng)用于生物DNA 損傷研究方面，特別是魚類和無(wú)脊椎動(dòng)物的DNA 損傷領(lǐng)域，在這一過(guò)程中其已經(jīng)取得了較高的成效。微核測(cè)定法主要通過(guò)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的額外核小體問(wèn)題的出現(xiàn)來(lái)評(píng)判有害物質(zhì)存在的試驗(yàn)方法，主要用于指示海洋環(huán)境污染造成的細(xì)胞遺傳損傷和淡水環(huán)境的遺傳毒性檢測(cè)[3]。目前我國(guó)已經(jīng)成功將微核試驗(yàn)應(yīng)用于對(duì)南海水質(zhì)的監(jiān)測(cè)中，在國(guó)外也有科學(xué)家將其應(yīng)用于對(duì)地中海海域貽貝不同類型的細(xì)胞對(duì)遺傳毒物的敏感程度、波羅的海油港區(qū)中的油類污染物對(duì)甲殼類動(dòng)物的毒害效應(yīng)的研究中[4]。

（2）蛋白分子標(biāo)記物技術(shù)

將環(huán)境中的污染物和生物體內(nèi)蛋白質(zhì)相互結(jié)合會(huì)產(chǎn)生一定反應(yīng)，其對(duì)生物體的發(fā)展具有重要影響，與此同時(shí)，對(duì)生物體內(nèi)相應(yīng)基因的表達(dá)產(chǎn)生抑制，進(jìn)而影響生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的含量。所以，可以充分發(fā)揮生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的優(yōu)勢(shì)和作用，將其作為有害物質(zhì)的生物標(biāo)記物，并廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)之中[5]。如乙酰膽堿酯酶檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成功地將乙酰膽堿酯酶活性的抑制作為魚類有機(jī)磷農(nóng)藥中毒的診斷工具；利用金屬硫蛋白檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)用貽貝體內(nèi)的金屬硫蛋白來(lái)監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境中的金屬污染；利用熱休克蛋白的檢測(cè)技術(shù)將小分子HSP60的表達(dá)作為檢測(cè)海洋無(wú)脊椎動(dòng)物遭受環(huán)境威脅的重要指標(biāo)。

2.1.2 PCR技術(shù)

PCR技術(shù)是一種用于放大擴(kuò)增特定DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)，相當(dāng)于生物體外的特殊DNA復(fù)制。PCR技術(shù)具備準(zhǔn)確性與便捷性，最重要的是能夠讓核酸的研究方向脫離活體生物。目前PCR技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于大氣、土壤和水環(huán)境的監(jiān)測(cè)中。

借助RT-PCR技術(shù)對(duì)相關(guān)氣體進(jìn)行采樣，并對(duì)這些氣體進(jìn)行檢驗(yàn)得知空氣傳播為豬瘟傳播的主要方式，這一發(fā)現(xiàn)為豬瘟的預(yù)防工作提供了有力參考；利用LH-PCR技術(shù)對(duì)濕地的菌群結(jié)構(gòu)以及磷元素的遷移、存儲(chǔ)作用分析得知，含磷量的上升會(huì)對(duì)土壤的菌群結(jié)構(gòu)造成影響，并改變?cè)械耐寥谰航Y(jié)構(gòu)，使土壤中原有的生物多樣性降低[6]；而通過(guò)利用 PCR-DGGE 技術(shù)對(duì)土壤中的分解蛋白酶細(xì)菌群落進(jìn)行分析，能夠判斷無(wú)機(jī)肥、有機(jī)肥是否對(duì)植物根系周邊土壤的蛋白酶具有活性作用[7]。這些研究結(jié)果表明，PCR技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景廣泛，還有更多的潛力等待去開發(fā)應(yīng)用。

2.2 物理化學(xué)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

隨著物理、化學(xué)、科學(xué)等學(xué)科的不斷完善和發(fā)展，其在環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用，其中運(yùn)用最廣泛的就是動(dòng)態(tài)膜壓法監(jiān)測(cè)技術(shù)。動(dòng)態(tài)膜壓法的應(yīng)用不需要提前對(duì)水樣進(jìn)行收集，也不需要通過(guò)任何化學(xué)試劑進(jìn)行檢測(cè)就能對(duì)被污染水體的微表層進(jìn)行分析和研究。污水體系中含有有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽、微生物等不同層次的聚集，結(jié)合Gibbs的吸附方程可知，表面超量的情況下低濃度和本體濃度是成正比的，進(jìn)而就可以得出有機(jī)物的含量，秦菲就是結(jié)合此原理的內(nèi)容，通過(guò)動(dòng)態(tài)模壓法測(cè)定不同濃度污水的面積和模壓，從而間接獲取有機(jī)物的含量、面積以及與CODC 之間的線性關(guān)系，為動(dòng)態(tài)模壓儀迅速測(cè)量有機(jī)物含量提供重要保障[8]。

2.3 信息技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，新興的電子信息技術(shù)也逐漸崛起，在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位，社會(huì)也開始逐漸進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，各行各業(yè)都開始嘗試對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行充分應(yīng)用。在環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)中，信息技術(shù)不僅減少了公共數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)，帶動(dòng)了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的轉(zhuǎn)型，更為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了更為高效準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)及預(yù)測(cè)結(jié)論。以青海省為例，從2005 年至今，三江源、青海湖、祁連山等重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)地區(qū)已經(jīng)陸續(xù)建成三十多個(gè)綜合站點(diǎn)，一千多個(gè)基本站點(diǎn)以及一百多個(gè)追蹤站點(diǎn)，相對(duì)完整地建構(gòu)了地面站點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體系，與此同時(shí)，也相繼開展了濕地、森林、水資源、環(huán)境質(zhì)量等方面的專項(xiàng)監(jiān)管監(jiān)測(cè)，確定了地面監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)、生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估等一百多項(xiàng)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)專業(yè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。此外，根據(jù)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，逐步建成地表水監(jiān)測(cè)斷面七十多個(gè)，環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)七十多個(gè)，聲音監(jiān)測(cè)三百多個(gè)，土壤監(jiān)測(cè)四百多個(gè)[9]?，F(xiàn)代化信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得信息技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，其主要應(yīng)用包括綜合指數(shù)法、綜合評(píng)估法等。信息技術(shù)在不斷的實(shí)踐和發(fā)展過(guò)程中，打破傳統(tǒng)思想束縛和限制，敢于突破，不斷創(chuàng)新，充分利用地表水、空氣等進(jìn)行相應(yīng)的科學(xué)化評(píng)價(jià)，從而創(chuàng)造最適宜發(fā)展的新模式，為后續(xù)工作的開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[10]。

2.4 3S技術(shù)的應(yīng)用

2009年以來(lái)，專家越來(lái)越重視3S技術(shù)的應(yīng)用，不同于生物技術(shù)的微觀角度，3S技術(shù)是站在宏觀的角度開展環(huán)境監(jiān)測(cè)，能夠涉及的空間和事件范圍極廣。3S技術(shù)中的3“S”主要是指RS（遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)）、GIS（地理信息技術(shù)）及GPS（全球定位技術(shù)），而“3S”所展現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)和優(yōu)越性使其在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)地位。

2.4.1 RS在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

遙感技術(shù)是從高空或外層空間接收來(lái)自地球表層各類地物的電磁波信息，從而對(duì)地表各類地物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)到的信息進(jìn)行掃描、攝影、傳輸和處理，能夠?qū)υ斜O(jiān)測(cè)對(duì)象反饋的信息進(jìn)行還原和分析，從而得到物體的形態(tài)和性能。而且，利用遙感技術(shù)對(duì)生物信息進(jìn)行采集具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，不僅覆蓋范圍廣、多角度，而且信息內(nèi)容豐富、更新速率快，為大尺度的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障[10]。目前，遙感技術(shù)用于平原土地覆蓋變化而引起的生態(tài)系統(tǒng)功能變化監(jiān)測(cè)，以及對(duì)青海湖流域周邊草地葉綠素的含量進(jìn)行研究分析等。

2.4.2 GIS技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

GIS就是一個(gè)專門管理地理信息的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，不但可以整齊有序地關(guān)系地理信息，還可以對(duì)地理信息進(jìn)行各種組合、分析、檢索、修改、更新等。它還具有“可視化”功能，能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕把所有信息清晰地還原到地圖上，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為生態(tài)資源空間信息管理及可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)GIS技術(shù)的應(yīng)用，專家根據(jù)山區(qū)生態(tài)資源空間信息管理和可視化的研究對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效編制，在二、三維一體化的可視化平臺(tái)下提供了豐富的數(shù)據(jù)圖形查詢系統(tǒng)功能，還曾以蘇州市主城區(qū)為研究對(duì)象，建立了土地適宜性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)，從空間分布上對(duì)蘇州農(nóng)用地種植適宜性進(jìn)行了具體分析等。

2.4.3 GPS在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

GPS具有海陸空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力，新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，能夠高效、快速、實(shí)時(shí)地得到相應(yīng)的空間信息，對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位與動(dòng)態(tài)跟蹤，為提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)水平提供了關(guān)鍵性信息。關(guān)于GPS在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，可以利用GPS技術(shù)對(duì)某黃土邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，提高了變形監(jiān)測(cè)的精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡的動(dòng)態(tài)跟蹤預(yù)測(cè)和變形預(yù)測(cè)，并制定出治理邊坡問(wèn)題的措施等。

3 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的前景

近年來(lái)，我國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，生態(tài)環(huán)境也在緩慢恢復(fù)中，但要想從根本上保護(hù)環(huán)境，就應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)污染物質(zhì)的研究，加強(qiáng)對(duì)污染源頭的管理，進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)具有針對(duì)性，依據(jù)不同物質(zhì)排放含量制定不同的制度，完善各類監(jiān)督和監(jiān)測(cè)制度，保障源頭的有效治理。其次，由于現(xiàn)階段我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)需求呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，所以在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中也要保障其技術(shù)的多元化和自動(dòng)化，這一做法勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)主要的發(fā)展趨勢(shì)，只有實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)技術(shù)的多元化和自動(dòng)化，才能有效、及時(shí)且全面地反映各個(gè)環(huán)境狀況，為后續(xù)工作的高效展開提供助力。在技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，監(jiān)測(cè)儀器也要不斷創(chuàng)新并趨于小型化和復(fù)合化。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的技術(shù)逐日豐富且完善。未來(lái)我們將不斷改善各種應(yīng)用技術(shù)，彌補(bǔ)不足和短處，更高效地對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的高效發(fā)展，進(jìn)而為生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)健康發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)。