北京普天同创生物科技有限公司
一、生态监测指标体系
(一)生态监测指标确定原则
生态监测指标主要指一系列能敏感清晰地反映生态系统基本特征及生态环境变化趋势并相互印证的项目,是生态监测的主要内容。选择生态监测指标时应遵循如下原则:①生态监测指标的确定应根据监测内容充分考虑指标的代表性、综合性及可操作性;②不同监测站间同种生态系统的监测必须按统一的生态监测指标体系进行,尽量使监测内容具有可比性;③各监测站可依监测项目的特殊性增加特定的指标,以突出各自的特点;④生态监测指标体系应能反映生态系统的各个层次和主要的生态环境问题,并应以结构和功能指标为主;⑤宏观生态监测可依监测项目选定相应的数量指标和强度指标,微观生态监测指标应包括生态系统的各个组分,并能反映主要的生态过程。
(二)生态监测指标及其质量评价
生态监测指标要体现生态环境的整体性和系统性、本质特征的代表性和环境保护的综合性。
1.宏观生态监测指标的选择
对于宏观生态监测,一级指标应选为:优劣度、稳定度或脆弱度;二级指标应选为:生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数、污染负荷指数。各项二级指标可根据不同情况分别赋予不同的权重,各项评价指标的权重见表6-14。各项评价指标赋予的权重并非固定不变,应根据实际情况加以调整。
表6-14各项评价指标的权重
生态环境质量的优劣可用生态环境状况指数(ecological index, El)来评价,El可按下式计算:
El=0.25×生物丰度指数+0.2×植被覆盖指数+0.2×水网密度指数+0.2×土地退化指数+0.15×污染负荷指数
生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数、污染负荷指数的计算方法见《生态环境状况评价技术规范(试行)》( HYT 192-2006)。
根据El的大小,将生态环境分为五级,即优、良、一般、较差和差,生态环境分级标准见表6-15。
表6-15生态环境分级标准
2.不同类型生态监测站(各类生态子系统)监测指标的选择
地球上的生态系统,从宏观角度可划分为陆地和水生两大生态系统。陆地生态系统包括森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统和农田生态系统。水生生态系统包括淡水生态系统和海洋生态系统。每种类型的生态系统都具有多样性,它不仅包括了环境要素变化的指标和生物资源变化的指标,同时还要包括人类活动变化的指标。
一般来说,陆地生态监测站(农田生态系统、森林生态系统和草原生态系统等)的指标体系分为气象、水文、土壤、植物、动物和微生物六大要素;水文生态监测站(淡水生态系统和海洋生态系统)的指标体系分为水文气象、水质、底质、浮游植物、浮游动物、游泳动物、着生藻类和底栖生物、微生物八大要素。除上述自然指标外,指标体系的选择要根据生态监测站各自的特点、生态系统类型及生态干扰方式,同时兼顾以下三方面:人为指标(人文景观、人文因素等)、一般监测指标(常规生态监测指标、重点生态监测指标等)和应急监测指标(包括自然因素和人为因素造成的突发性生态问题)。
根据监测指标确定的原则,两类生态系统的监测项目分别见表6-16和表6-17。
表6-16陆地生态系统的监测项目
表6-17水生生态系统的监测项目
二、生态监测指标监测方法
根据各类生态系统监测指标的内容,所用监测方法分为水文、气象参数观测法,理化参数测定法,生物调查和生物测定法等不同类型,可分别选用相应规范化方法测定,如《水和废水监测分析方法》(第四版)、《地表水和污水监测技术规范》( HJ/T 91-2002 ) ,《土壤环境监测技术规范》( HJ/T 166-2004) ,《水环境监测规范》(SL 219-1998) ,《海洋监测规范》(GB 17378. 7-1998)等。如无规范化方法,可从相关的监测资料中选择适宜的方法测定。
各生态监测站相同的监测指标应按统一的采样、分析和测定方法进行,以便各监测站间的数据具有可比性和可交流性。
三、生态监测技术
生态监测应以空中遥感监测为主要技术手段,地面对应监测为辅助措施,结合GIS和GPS技术,完善生态监测网,建立完整的生态监测指标体系和评价方法,达到科学评价生态环境状况及预测其变化趋势的目的。目前应用的生态监测方法有地面监测、空中监测和卫星监测,以及一些新技术、新方法。
(一)地面监测方法
在所监测区域建立固定监测站,由人徒步或车、船等交通工具按规定的路线进行定期测量和收集数据。它只能收集几千米到几十千米范围内的数据,而且费用较高,但这是最基本也是不可缺少的手段。因为地面监测得到的是“直接”数据,可以对空中和卫星监测进行校核,而且某些数据只能在地面监测中获得,例如降水量、土壤湿度、小型动物、动物残余物(粪便、尿和残余食物)等。地面监测采样线一般沿着现存的地貌,如小路、家畜和野畜行走的小道。采样点设在这些地貌相对不受千扰一侧的生境点上,监测断面的间隔为0.5~1.0 km。收集数据包括植物物候现象、高度、物种、种群密度、草地覆盖,以及生长阶段、生长密度、木本植物的覆盖;观察动物活动、生长、生殖、粪便及残余食物等。
(二)空中监测方法
一般采用4~6架单引擎轻型飞机,每架飞机由4人执行任务:驾驶员、领航员和两名观察记录员。首先绘制工作区域图,将坐标图覆盖所研究区域,典型的坐标是10 km×10 km一小格。飞行速度大约150 km/h,高度大约100 m,观察记录员前方有一观察框,视角约90o,观察地面宽度约250 m。
(三)卫星监测方法
利用地球资源卫星监测大气、农作物生长状况、森林病虫害、空气和地表水的污染情况等。例如:在地球上空900 km轨道上运行的地球资源卫星,每隔18 d通过地球表面同一地点一次,从传感器获得照片或图像,其分辨率可达10m。
通过解析图片可获得所需资料,将不同时间同一地点的图片进行分析,可监测油轮倾覆后油污染扩散情况、牧场草地随季节的变化,以及进行大范围内季节性生产力的评估等。
卫星监测的最大优点是覆盖面广,可以获得人难以到达的高山、丛林的资料。由于目前资料来源增加,因而费用相对降低。但这种监测方法难以了解地面细微变化。因此,地面监测、空中监测和卫星监测相互配合才能获得完整的资料。
(四)“3S”技术
生态监测是以宏观监测为主,宏观监测和微观监测相结合的工作。对结构与功能复杂的宏观生态环境进行监测,必须采用先进的技术手段。其中,生态监测平台是宏观生态监测的基础,它必须以“3S”技术作为支持。“3S”技术即遥感(remote sensing, RS )、全球定位系统(global positioning system, GPS)与地理信息系统(geographic information system, GIS)三项技术的集合。
遥感包括卫星遥感和航空遥感。经过几十年的发展,在获取地学信息种类与质量上已有很大进步。它可以提供的生态环境信息为:土地利用与土地覆盖信息(几何精度可有30 m,10 m,5 m,1 m不同级别);生物量信息(植被种类、长
势、数量分布);大气环流及大气沙尘暴信息,气象信息(云层厚度、高度、水蒸气含量、云层走势等)。遥感具有观测范围广、获取信息量大、速度快、实用性好及动态性强等特点,可以节约大量的人力、物力、资金和时间,以较少的投入获得常规方法难以获得的资料,这些资料受人为因素的影响较小,比较可靠。
全球定位系统是利用便携式接收机与均匀分布在空中的24颗卫星中的4颗进行无线电测距而对地面进行三维定位的测试技术。测试点的精度分为十米级、米级、亚米级多种,测试速度可达1 s/点,全年可以满足生态环境实地调查的
需要。还可用于实时定位,为遥感实况数据提供空间坐标,用于建立实况环境数据库,并同时为遥感实况数据发挥校正、检核的作用。
地理信息系统是将各类信息数据进行集中存储、统一管理、全方位空间分析的计算机系统。使用这项技术,可以结合遥感、全球定位系统的数据和多种地面调查数据,按照各种生态模型,测算各种生态指数,预报、统计沙尘暴的发生、发展走向及危害覆盖区域。这一技术还可以在生态环境机理研究的基础上,构建机理模型,定量、可视化地模拟生态演化过程,在计算机上进行虚拟调控实验。
以上三项技术形成了对地球进行空间观测、空间定位及空间分析的完整技术体系。它能反映全球尺度的生态系统各要素的相互关系和变化规律,提供全球或大区域精确定位的宏观资源与环境影像,揭示岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的相互作用和关系。
“3S”技术是宏观生态监测发展的方向,也是其发展的技术基础,在今后较长的一个时期内,遥感将在生态监测中得到最广泛的应用,地理信息系统作为“3S”技术的核心将发挥更大的作用。传统的监测手段只能解决局部问题,而综合且准确、完整的监测结果必然要依赖“3S”技术。利用“3S”技术进行生态监测时还要注意RS, GPS, GIS三项技术的结合,单独利用其中任何一项技术很难对生态环境进行综合监测和评价。
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