土壤环境监测技术的发展及应用

土壤环境监测技术的发展及应用

摘要：近年来，随着经济社会的不断发展，资源和生态环境面临着越来越大的

压力，土壤污染的趋势也在逐渐加剧。土壤是人类生态环境的重要组成部分，是

经济社会可持续发展的物质基础，是人类赖以生存的主要自然资源之一。土壤环

境污染状况关系到我国经济社会发展、食品安全和人类健康。因此，国家应大力

加强土壤环境污染调查、评价和监测，全面了解我国土壤生态环境现状，为土壤

污染防治提供科学依据，进一步推进“土十条”工作。

关键词：土壤环境；监测技术；发展；应用

1 环境监测的内涵

环境监测是环境执法的重要依据，也是评价环境质量的重要手段。20世纪初，由于放射性物质的巨大危害以及对人体和周围环境的巨大影响，人们开始对核材

料进行监测。随着工业化的快速发展，环境污染事件也越来越多。环境监测的意

义十分重要。已发展成为环境污染监测和环境质量监测。环境监测过程主要包括

以下步骤：现场调查、监测点位、样品采集、样品加工保存、分析测试、综合评

价等。首先，环境监测应根据监测目的进行现场调查。调查内容包括多方面，主

要包括：污染源、表现、浓度和排放规律、水文、地理和气象条件等数据。其次，设计采样点的位置和数量，确定采样时间和频率，采集并保存样品，送实验室分析。最后，对试验数据进行分析整理，并按照相关标准进行综合评价，得出监测

报告。

2危害

土壤污染是对我国经济可持续发展、人民身体安全和社会生态安全的严重威胁，主要表现在以下四个方面：一是农作物减产或污染。如果土壤受到重金属污染，全国粮食年减产将超过1000万吨，受重金属污染影响的粮食将高达1200万吨。二者相加，我国粮食经济损失将高达200亿元。例如，江苏某县44%的耕地

被重金属污染，形成了670 hm2的镉稻田面积。二是农产品出口受到严重阻碍。

随着中国东部经济的快速发展，由于工业化速度的不断提高，在开发区土壤中存

在着60多种有机污染物，其中33.33%难降解有机化合物。严重影响了21世纪初

我国农作物的出口。如2003年上半年，辽宁省玉米出口量同比下降56.5%，蔬菜

出口量同比下降9.6%。农产品出口总量下降的原因是污染物超标。三是土地资源

短缺。我国虽然土地面积居世界第三，但人口众多，人均耕地资源相对不足。与

世界标准水平相比，只有25%，甚至有些地区低于联合国有关组织提出的最低保

障线。但据检测，我国重金属污染耕地已达2000万公顷，占全国耕地总量的1/6，导致我国原有稀缺耕地资源短缺，严重影响我国农作物生产。第四，土壤受到污

染后，其污染不仅会通过农作物进入人体，还会受到风沙天气的影响，从呼吸系

统进入人体，严重影响人体健康。此外，土壤污染也会造成严重的地下水污染。

3我国土壤环境监测技术的发展及应用

我国土壤监测工作始于20世纪70年代，经过近半个世纪的发展，取得了巨

大的技术进步。20世纪80年代，对我国土壤背景值资料进行了检验和研究。除

了自主研究外，中国还引进了大量国外先进技术。通过自主改进和研发优化，我

国遥感技术和无线传感器网络技术发展迅速，为土壤环境监测的准确性和效率提

供了强有力的技术支撑，促进了土壤环境监测与保护的高效发展。

1979年，卫星遥感技术开始应用于我国土壤环境监测领域。目前，利用遥感

技术对土壤物质组成进行定量监测，土壤组成、特征及动态变化过程是土壤科学

的重要研究方向。高光谱遥感技术为土壤环境的准确、快速监测和土地质量评价

提供了良好的技术支持，为科学施肥、农田规范化精细化管理、土壤资源勘查和

土壤科学研究做出了重要贡献。我国利用高光谱遥感技术支持土壤环境监测的成

功实例很多。中国科学院利用这项技术成功地反演了2003年至2010年青藏高原

表层土壤水分，在生态脆弱区土壤监测方面取得了突破性的成功。高分辨率成像

光谱仪能够清晰地描述地表物质的特性，从而可以利用遥感技术分析地表或大气

的化学成分。高光谱遥感技术的进步将促进土壤监测的准确性，促进土壤环境管

理的统一高效发展。

这项技术在我国的研究和应用还处于起步阶段，但近年来取得了重大突破。

无限传感器网络技术在我国土壤监测、军事监测等领域得到了广泛的应用。目前，我国已初步建立了稳定度低、环境差异大地区土壤温湿度监测系统。值得注意的是，我国已研制出一种微型无线传感器网络节点，具有稳定性高、抗干扰能力强、能耗低等优点，可应用于农田土壤环境的长期监测。该技术在农田中的应用，将

有助于促进农业科学化、精细化管理。通过精准施肥和浇水，对农田进行管理，

实现农田土壤改良。同时，提高农作物产量和品质，为生态农业的发展奠定基础。无限传感器网络技术的自动化和规模化特点，有助于我们有效地监测和保护边远

艰苦地区的土壤环境。通过遥感基础与3S技术的结合，有助于实现高密度、多

维的土壤环境信息采集，并整合多学科分析和处理技术，从而实现采集，对土壤

环境数据进行分析和管理，可以实现统一管理，使我们能够全面、及时地掌握甚

至预测土壤环境状况，提高环境监理和环境保护的效率。

除了遥感技术和无线传感器网络技术外，现代生物技术在土壤环境监测领域

的发展也相对较快。土壤环境可以通过生物传感器和生物探针进行监测和评价，

生物技术可以通过基因工程控制土壤环境中的生物。此外，生物标志物、PCR、

凝胶电泳和生物芯片技术在土壤成分检测中也发挥着重要作用。此外，激光腐蚀

技术、感应耦合技术等理化技术也广泛应用于土壤化学物质的检测，为土壤环境

污染的检测和治理提供了科学准确的检测支持。此外，水平定向钻进技术还有助

于土壤环境监测过程中障碍物的定向穿越，实现快速准确到达采样点，提高土壤

采样监测效率。

4 土壤环境监测的问题与对策

与发达国家相比，我国土壤环境监测存在的问题主要集中在三个方面：监测

技术相对落后、环境监测体系存在缺陷、缺乏高质量的环境监测技术和管理人员。

我国现代土壤环境监测技术与发达国家还有一定差距，监测设备的稳定性和

质量还有待提高，环境监测数据的统一管理还有待提高。此外，土壤环境监测评

价体系不完善，土壤环境保护与监测方案不明确，使得环境保护的实施力度不够。此外，监测污染物的种类不能完全覆盖当前的污染排放。污染物种类和特征不清，将导致环境监管不完善、不完善，不利于实现土壤生态综合治理和保护。随着社

会的不断发展，土壤环境变化的复杂性和特殊性越来越高。土壤环境监测与管理

需要高素质的人才支持。目前，相关人才的配置和培养不到位，部分人员的专业

能力不能满足土壤监测岗位的要求。影响土壤环境的监测和保护效率。

为科学准确地监测和管理土壤环境，应加大对土壤监测技术研发的投入，引

进先进技术，以先进技术创新，构建土壤环境监测技术共享与交流平台，完善环

境污染物清单，建立全面系统的环境监测管理方案，加大环境监测人才培养力度，加强科研资源和人才引进，加强国际交流与合作，为土壤环境科学管理提供强有

力的技术、体制和人才支持。