生态监测

?环境监测?生态监测

Ecological M onitoring

姜必亮(福建省环境监测中心站,福州350003)

摘要　该文简要阐述了生态监测的基本概念,生态监测基本生态学理论以及开展生态监测的技术支持系统,为日后开展生态监测工作提供基本思路。

关键词:生态监测;生态学;环境监测

Abstract　T he paper br iefly ex pounds the basic co nception of ecolog ical mo ntor ing,the basic eco lo gical principles o f eco-lo gica l mo nito ring and t he technical suppor ting sy stem for developing eco lo gica l monitor ing,w hich w ill o ffer basic t ho ught for carr ying o ut eco lo gica l mo nitor ing wo rk in t he futur e.

Key words:Ecological monitoring;Ecology;Environment al monitoring

“九五”期间,我国已确立了环境污染防治与生态保护并重的工作方针,经过几年的努力,我国在重点流域、重点区域的污染治理上取得了很大的成绩,环境质量有了明显的改善。与此同时,我国的生态保护工作也提上了前所未有的高度,确定了污染防治与生态保护并重、生态保护与生态建设并重的指导思想,即环境保护工作的重点已由单纯污染控制转向注重生态保护和实现生态良性循环为战略目标,从而使环境保护工作进入了新的发展时期,这使得生态监测理所当然地成了环境监测中必不可缺少的重要组成部分。

生态监测是了解和掌握生态质量现状、生态破坏程度和恢复状况及变化趋势的重要手段,其根本任务是为经济建设、生态环境建设和生态保护监督与管理提供决策依据。然而,由于生态系统的复杂性、多样性,传统的理化监测和生物监测难以准确、全面、客观地反映出生态环境质量状况,即单纯地靠理化监测和生物监测已不能满足日益提高的环境保护工作的要求,这也使得生态监测日益显示出巨大的优越性,它将有可能逐步成为今后环境监测的主流。

1　生态监测的基本概念

生态监测作为一种系统地收集地球自然资源信息的技术方法,起始于60年代后期,至今已有30多年的发展历史。但对“生态监测”一词的确切涵义,人们仍有不同的理解。全球环境监测系统(GEM S)将生态监测定义为:生态监测是一种综合技术,它能够相对便宜地收集大范围内生命支持系统能力的数据。前苏联学者在七十年末提出“生态监测是生物圈综合监测”的概念,他们把生态监测理解为在自然因素和人为因素影响下生物圈变化状况的观测、评价和预测的一套技术体系。A.Hirch把生态监则解释为:生态监测是对自然生态系统变化及其原因的监测,监测内容主要是人类活动对自然生态结构和功能的影响及其改变。

从上面各种观点可以看出,尽管人们对生态监测的理解不尽相同,但都强调了将生态学原理作为生态监测的理论基础;将生态系统作为监测对象;监测内容不只局限于环境污染物,而更着重人类活动对生态系统所产生的整体影响和变化。因此,所谓生态监测是以生态学原理为理论基础,运用可比的和较成熟的方法,在时间或空间上对特定区域范围内生态系统或生态系统组合体的类型、结构和功能及其组合要素进行系统地测定,为评价和预测人类活动对生态系统的影响,为合理利用资源、改善生态环境提供决策依据。

2　生态监测的基本原理

生态监测事实上是环境监测工作的深入与发展,由于生态系统本身的复杂性,要完全将生态系统的组成、结构、功能进行全方位的监测十分困难。随着生态学理论与实践的不断发展与深入,特别是景观生态学的发展,对生态监测指标的确立、生态质量评价及生态系统的管理与调控提供了基础框架。景观生态学中的一些基础理论即等级(层次)理论、空间异质性原理等成为生态监测的基本指导思想。以研究生态系统的组成要素、结构与功能、发展与演

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福建环境　第20卷　第1期　2003年2月

替,以及人为影响与调控机制的生态系统生态学理论也为生态监测提供理论支持。生态系统生态学的研究领域主要涵盖了自然生态系统的保护和利用,生态系统的调控机制,生态系统退化的机理、恢复模型及修复技术,生态系统可持续发展问题以及全球生态问题等。这些理论研究从宏观上揭示生物与其外围环境之间的关系和作用规律,为有效保护自然资源和合理利用自然资源提供了科学依据,也为生态监测提供了理论支持。

因此,生态监测方法与传统的物理、化学监测方法有很大的差别,除需传统的物理、化学监测所采用的方法外,由于生态监测具有较强的空间性,遥感、地理信息系统和全球定位系统技术(即3S技术)是开展生态监测必不可少的工作。

3　生态监测的指标体系

生态监测总体思路是宏观遥感监测与地面监测(或野外考察)相结合,两者相辅相成,因此,在进行生态监测指标划分时,势必采用宏观生态监测指标,地面调查、监测指标两套体系。其中宏观监测指标,是以生态区或景观单元为监测对象,采用的手段是不同时相、不同分辨率的遥感数据进行工作。指标选择一方面应考虑遥感信息对生态对象的可识别能力、同时应考虑生态系统的自然与利用属性。

景观生态学认为景观(土地)是土地自然属性和利用属性的综合反映,它既体现土地的数量,也体现土地的质量。土地是一个广义的概念,既包括已经利用的土地,又包括尚未利用的土地,是所有土地的总称。土地客观上存在多种类型,在利用上也有较大差别。为了查清土地类型的数量和分布状况,首先要有一个如实反映土地宏观状况的分类系统,以便作为清查土地、编制图件、量算面积、研究土地结构和动态变化的基本依据。

基本地理单元是地理环境条件基本一致的空间单元,广义“地理环境”应该包括自然环境和人文经济环境,狭义的“地理环境”仅指自然环境(包括人为作用引起的已发生了变化的自然环境)。基于此,宏观生态监测指标可采用三级分类体系:

3.1　一级分类:林业景观系统、农业景观系统、水域景观系统、城镇景观系统以及其他类型景观系统。

3.2　二级分类:主要根据景观特征、利用方式等进一步划分,如林业景观系统可进一步划分为天然林景观系统、人工林景观系统等。

3.3　三级分类:根据景观分异次一级主导因子进一步划分,如天然林景观系统,可根据地貌类型、坡度分级进一步划分丘陵、平原及坡度大于25°等不同等级。也可根据林相进一步划分为针叶林、阔叶林等。

另外,在对某一区域进行生态环境的综合评价时,还应调查社会经济指标,主要是对以人为主导活动下的生态系统进行调查。人类的经济活动使生态系统原有的发育、演替发生了巨大变化,因此,必须将人类经济活动的一些指标纳入生态监测指标体系,如单位GDP、人口、固体废物的产生及处置情况、化肥施用量、农药使用量等等。

在此要强调的是,遥感调查的数据与统计数据有可能有较大的出入,建议采用的基本原则是利用遥感数据进行生态质量或健康评价,而不作为法定数据公布,统计数据作为反映生态压力或作为遥感数据的对比参考,从而做到全面、公正地评估生态系统健康状况。

4　生态监测的主要技术支持

4.1　遥感技术(RS)

遥感技术在生态监测方面上的应用主要有遥感数据源的选择、地理坐标的选择(主要包括投影方式的选择、影像的几何配准、色彩匹配等工作技术流域与质量控制)、遥感影像的识别(即不同生态类型或景观的判读,主要包括分析体系的确立、判读标志的建立、质量控制与质量保证、野外验证等)、数据库的建设(空间数据库的生成、属性数据库的建立、影像库的建设、标志库的建立等)。

4.2　地理信息系统(GIS)

地理信息系统主要用于数据空间分析,包括数据库,如地形地貌、水文、环境背景(如积温、降水、太阳辐射等),以及遥感解析所生成的矢量生态景观类型数据,通过GIS实现对这些数据的面积的量算以及空间综合分析。

4.3　全球定位系统(GPS)

生态监测主要是利用GPS实现对野外调查的空间定位、环境质量监测网的空间定位、示范区(点)的空间定位等,来进行生态状况的综合分析。

5　生态监测的现状与发展趋势

70年代末期,前苏联开展了有关生态监测方面的工作,其中包括自然环境污染监测计划、生态反映监测计划、标准自然生态系统功能指标及其人为影响变化的监测计划等,随后一些东欧国家也相继制订了本国的生态监测计划。

但真正意义上的生态监测直到80年代才开始,美国依借其强大的技术优势和经济优势率先开始了

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生态监测　姜必亮

生态监测工作,其中最具代表性的项目是实施“长期生态研究计划”,现已有17个野外监测站。其主要工作是对森林、草原、农田、沙漠、溪流、江河、湖泊和海湾等不同类型的生态系统进行多方位的研究和监测。主要内容包括环境因子和生物因子各变量的长期监测、生物多样性变化监测,生态失调模式与频率的研究和物种目录的编辑等。在技术手段上,利用了遥感技术,并推广使用地理信息系统。1988年由美国环保局发起的,由多个部门参加,开展了全国性的“环境监测与评价项目”工作,其工作内容是对农业区、干旱区、河口近岸、森林、五大湖区、地表水、湿地等生态类型进行监测,其目的是分析和评价各类生态系统的现状和变化趋势,揭示主要环境问题,为环境监理、决策和科研服务。从50年代以来,尤其是70年代以来,我国也开展了一系列的环境、资源和污染的调查与研究工作,各相关部门和单位如国家环保总局、中国科学院、农业部、国家林业局、国家海洋局、国家气象局等都相继建立了一批生态研究和环境监测站点。如国家环保总局生态监测网站有内蒙古草原生态环境监测站,新疆荒漠生态环境监测站,内陆湿地生态监测站(以洞庭湖湿地生态监测为主,太湖及其他湖泊湿地也进行了一定的湿地生态监测)。海洋生态监测网湾、天津(渤海湾)、广州(两江口)、上海(长江口)为骨干,进行典型海湾、渔场的海洋生态监测。森林生态监测站有吉林抚松森林生态监测站、武夷山森林生态监测站、西双版纳热带雨林生态监测站。流域生态监测网主要是长江暨三峡生态监测网,对长江流域、三峡库区的生态环境进行定期监测。农业生态监测站有江苏大丰县农业生态监测站,对农业生态中的有关问题进行监测;部分市、县监测站亦对农田土壤、作物进行监测。自然陆地生态监测站有黄山太平陆地生态监测站、张家界(武陵源)陆地生态监测站,对自然风景区、丘陵陆地生态进行监测。

农业部在国家、省、县三级建立了四个(农业、渔业、农垦、畜牧)监测中心站和约420多个监测站组成农业生态环境监测网络。国家林业局设有11个森林生态定位研究站。国家海洋局在浙江舟山和福建厦门设有2个海洋生态监测站。中国气象局共设有70个观测局部气候因素与作物生长关系的生态监测站。中国科学院在全国主要生态区设有52个生态定位研究站,长期进行生态、气候变化监测。

以上各生态监测(研究)网站都进行了富有成效的工作,这些成绩和取得的经验为深入开展生态监测工作奠定了基础。但是从整体上看,我国尚未建立起有效的、完善的生态监测网络,尽管有关部门和系统相继建立了一些生态研究观测站、定位站和生态监测站,从事一定的生态监测工作,但仍处于分散的、重复的和不规范的初级阶段,尚未形成可直接应用于生态监测具体工作的完整的、成熟的技术体系。

从生态监测的本身特点,可以预见,将遥感监测和地面监测有机地结合起来,从宏观角度和微观角度来全面了解生态环境质量状况是生态监测的可能发展趋势。这势必要求监测网络设计趋于一体化,技术手段趋于统一体,以增强区域间的数据可比性,评判结果的可靠性。

6　小结

由于生态系统的复杂性、多样性以及区域的差异性。尽管生态遥感的研究工作已涉及到很多方面,却未能形成一系列统一的标准、方法。因此,目前尚难以开展常规的生态监测与评价。为了有效地开展生态遥感监测,规范生态监测的技术方法、制定生态监测的指标体系以及确定生态质量的评价方法具有十分重要的意义。

生态监测是一项涉及多学科、多部门、多角度、多目标的极其复杂的系统工程,应充分发挥相关部门的优势,合理应用现有的条件和成果,实现部门间生态信息共享,这对有效地开展生态监测工作,提高生态监测的技术水平是十分必要的。

生态监测的特点是专业性强、范围广、见效慢、费用高。在生态监测能力建设方面,要建立科学合理的投资机制,即不仅要注重仪器设备投资,还要充分考虑运行费用以及专业技术人员的专业素质,否则生态监测工作难以开展。

参考文献

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福建环境　第20卷　第1期　2003年2月