摘要：綜述了國內(nèi)對土壤生態(tài)環(huán)境健康的研究進(jìn)展，總結(jié)了傳統(tǒng)土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的不足，介紹了土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測技術(shù)，包括植物、動物、微生物等生態(tài)監(jiān)測方法，旨在通過對各項(xiàng)技術(shù)的比較，了解各項(xiàng)監(jiān)測技術(shù)對土壤健康監(jiān)測和評價(jià)現(xiàn)狀。對土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測與評價(jià)技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，提出未來需要對土壤生態(tài)健康監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和定量化；開展多生物指標(biāo)聯(lián)合監(jiān)測；結(jié)合遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)擴(kuò)大土壤時(shí)空監(jiān)測尺度，形成完整的土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測與評價(jià)體系，為環(huán)境管理部門有效監(jiān)測土壤生態(tài)環(huán)境提供依據(jù)。

Current Status and Prospects of Soil Ecological Environment Health Monitoring Technology

Abstract: This article reviews the research progress of soil environmental monitoring technologies, summarizes the shortcomings of traditional soil environmental monitoring technologies, and introduces the soil ecological environment health monitoring technologies, which include botanic, zoological and microbial monitoring technologies. Comparing the research progress of related technologies helps to comprehend the current status of soil health monitoring and evaluation of various monitoring technologies. Finally, this article looks forward to the future development trend of soil ecological environment health monitoring technology. Standardization and quantitation of soil ecological environment health monitoring technology, joint monitoring of multiple biological index, enlarging spatio-tempral monitoring scale by combination of remote sensing with internet of things, the above measurements should be taken to form a complete system of soil health monitoring and evaluation and well provides a basis for helping environmental management departments to effectively monitor the soil ecological environment.

0 前言

2021年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)表的《全球土壤污染評估》報(bào)告指出，日益加劇的土壤污染和四處擴(kuò)散的廢棄物正在威脅著未來全球的糧食生產(chǎn)以及人類和環(huán)境的健康[1]。2014年《全國污染土壤環(huán)境調(diào)查公報(bào)》報(bào)道，我國工礦業(yè)廢棄地引起了嚴(yán)重土壤環(huán)境問題，其中工業(yè)廢棄地、重污染企業(yè)用地、采礦區(qū)等場地的土壤超標(biāo)點(diǎn)位都在30%以上[2]。2020年中國地質(zhì)調(diào)查局等團(tuán)隊(duì)利用地質(zhì)累積指數(shù)(Igeo)等和美國環(huán)保局(USEPA)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評估方法，對我國193個地級以上城市規(guī)劃區(qū)表層土壤13種微量元素的污染水平和健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果表明汞(Hg)的Igeo在東部沿海和黃河中游地區(qū)較高，達(dá)到中度污染水平。湖南省郴州市等5個城市規(guī)劃區(qū)土壤重金屬暴露對未成年人具有潛在非致癌風(fēng)險(xiǎn)[3]。土壤污染不僅會直接導(dǎo)致土壤質(zhì)量和耕地生產(chǎn)力的降低，直接危及食品、生態(tài)安全和人體健康[4]，還會通過水力作用等對地下水造成污染，而流通的地下水會將污染擴(kuò)散到其他土壤中，嚴(yán)重破壞了土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5]。2020年第7個世界土壤日的主題為“保持土壤生命力、保護(hù)土壤生物多樣性”，目標(biāo)是提升土壤管理水平，應(yīng)對土壤生物多樣性喪失等問題，維持健康的土壤生態(tài)系統(tǒng)[6]。

土壤生態(tài)健康是生態(tài)系統(tǒng)健康的重要組成部分。楊曉霞等[7]認(rèn)為，土壤健康首先是能生產(chǎn)出對人體具有健康效益的動植物產(chǎn)品，其次是應(yīng)該具有改善水和大氣質(zhì)量的能力以及有一定程度的抵抗污染物的能力。當(dāng)然，更為重要的是，還應(yīng)該能夠直接或間接地促進(jìn)植物、動物、微生物以及人體的健康。朱永官等[8]認(rèn)為土壤健康是指土壤可以保障糧食安全和維持陸地生態(tài)系統(tǒng)功能。康奈爾大學(xué)的Johannes等[9]認(rèn)為土壤健康是指土壤作為維持植物、動物和人類生存的重要生命生態(tài)系統(tǒng)，將農(nóng)業(yè)和土壤科學(xué)、利益需求和可持續(xù)供應(yīng)鏈管理聯(lián)系起來。歷史上土壤健康評估側(cè)重于農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)，但今天的土壤健康還包含了土壤在土壤質(zhì)量安全、人類健康和氣候變化等方面的作用[9]。

如何有效判斷土壤健康狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的基本問題。由Moebius[10]所在的康奈爾土壤健康團(tuán)隊(duì)提出的土壤健康評價(jià)系統(tǒng)草案中選取了39個指標(biāo)(其中物理指標(biāo)16個、生物指標(biāo)11個、化學(xué)指標(biāo)12個)，經(jīng)過篩選最后選取了12個易檢測、低成本的指標(biāo)，以此衡量農(nóng)田土壤生態(tài)健康狀況。澳大利亞學(xué)者Pankhurst等[11]提出了表征土壤健康的生態(tài)指標(biāo)體系，主要包括微生物量、土壤微生物、根系微型土壤動物區(qū)系、中型土壤動物區(qū)系、大型土壤動物區(qū)系、土壤酶和植物。Rinot等[12]利用最小數(shù)據(jù)集(minimum dataset，MDS)模型來評估土壤健康，通過專家預(yù)先評估最小數(shù)據(jù)集的多種土壤健康指標(biāo)，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，最終選取指標(biāo)數(shù)量通常在6~8個。Bhandari等[13]則通過牧場土壤微生物生物量、群落結(jié)構(gòu)和酶活性，與植物(紫花苜蓿)相互作用反映土壤健康。由此可見，不同區(qū)域、不同類型的土壤有各自的健康監(jiān)測指標(biāo)，但是各自的生態(tài)健康評價(jià)體系基本都是基于物理、化學(xué)和生物等監(jiān)測方法?，F(xiàn)總結(jié)了土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測與評價(jià)技術(shù)，包括植物、動物、微生物等生態(tài)監(jiān)測方法，比較了土壤傳統(tǒng)理化監(jiān)測方法與生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為環(huán)境管理部門有效監(jiān)測土壤生態(tài)環(huán)境提供依據(jù)。

1 土壤理化監(jiān)測技術(shù)

因土壤理化監(jiān)測方法具有易采樣、成本低、檢測快等優(yōu)點(diǎn)，目前許多土壤環(huán)境健康監(jiān)測多采用此方法。各個國家和地區(qū)的監(jiān)測體系目前都包含物理化學(xué)參數(shù)在內(nèi)的土壤健康體系，如美國土壤質(zhì)量研究所開發(fā)的評估框架(SMAF)；康奈爾土壤健康團(tuán)隊(duì)開發(fā)的土壤健康監(jiān)測體系；法國土壤質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)(RMQS)計(jì)劃；荷蘭國家公共衛(wèi)生與環(huán)境研究所(RIVM)開發(fā)的一套土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)用于荷蘭土壤質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)[14]。常用的物理監(jiān)測指標(biāo)包括土壤質(zhì)地、水分、容重、導(dǎo)水率、團(tuán)聚體、滲透力、土層深度、孔隙度等。化學(xué)監(jiān)測指標(biāo)包括pH值、有機(jī)質(zhì)、重金屬、有效養(yǎng)分、含鹽量等。很多學(xué)者對土壤環(huán)境理化監(jiān)測方法已有研究，例如Seaton等[15]在威爾士的不同生境中采集了1 350多塊表層土壤，對碳、碳氮比、氮、總磷、電導(dǎo)率等參數(shù)進(jìn)行檢測并建模評估土壤環(huán)境。Soto等[16]使用有機(jī)質(zhì)、溫度、濕度、土壤肥力、土壤滲透性等綜合指數(shù)監(jiān)測半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤健康狀況。Khosravi等[17]通過在伊朗的銅礦廢棄場地檢測pH值、鋅、鉛等指標(biāo)來監(jiān)測礦山場地的危害性。陸元昌等[18]對森林土壤質(zhì)量進(jìn)行物理特征監(jiān)測，包括含水量測定、土壤粒徑等；土壤化學(xué)特征監(jiān)測，包括碳酸鈣、有機(jī)碳、交換性酸根、陽離子交換量及土壤中的磷、鉀、鈣、鎂等元素含量。

目前基于如電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)及總有機(jī)碳(TOC)分析儀等儀器的土壤環(huán)境理化監(jiān)測方法仍存在以下不足：(1)隨著化學(xué)物質(zhì)種類的快速增加，傳統(tǒng)的理化監(jiān)測無論在成本還是效率上，已不能滿足生態(tài)監(jiān)測的需要；(2)環(huán)境中的污染因素復(fù)雜，污染物之間的相互作用不是多個單一因素的簡單加合；(3)理化分析難以對多種污染物以及多種暴露途徑的綜合暴露進(jìn)行累積風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)；(4)理化分析只能對已知化學(xué)物質(zhì)精確定量，不能對未知監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，不能反映污染物對生物體的整體生態(tài)效應(yīng)[19]。因此，目前仍迫切需要以土壤生態(tài)健康為核心的監(jiān)測方法作為土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的補(bǔ)充。

2 土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測與評價(jià)技術(shù)

由于土壤生物參與大部分土壤生物化學(xué)過程，直接或間接影響著土壤生態(tài)系統(tǒng)功能，因此，土壤生態(tài)監(jiān)測技術(shù)能夠更加全面快速地反映土壤健康程度。土壤生態(tài)環(huán)境包括土壤的物理、化學(xué)和生物特性，土壤生態(tài)健康指標(biāo)對土壤質(zhì)量的動態(tài)變化十分敏感，其生物監(jiān)測指標(biāo)比物理、化學(xué)指標(biāo)對外界環(huán)境改變的響應(yīng)更加迅速。土壤健康的生物指標(biāo)除了包括土壤植物、動物的種群數(shù)量等，還包括微生物生物量、群落結(jié)構(gòu)等。此外，土壤生物代謝過程如呼吸作用等，以及與土壤有機(jī)質(zhì)分解有關(guān)的微生物活動也可作為土壤生態(tài)變化的監(jiān)測指標(biāo)[20]。

2.1 植物監(jiān)測

土壤是植物生活的基質(zhì)，植物的形態(tài)及生理的變化因其敏感性和普遍性，而更適合作為土壤健康指標(biāo)開展研究。植物對土壤污染物產(chǎn)生的反應(yīng)主要表現(xiàn)為：生理代謝異常，如呼吸作用加強(qiáng)、蒸騰速率降低；植物化學(xué)成分改變；生長發(fā)育異常；葉片出現(xiàn)傷斑等。植物的根、莖、葉均可出現(xiàn)受害癥狀，如銅、鎳、鈷會抑制新根伸長[21]。因此，通過對指示植物的觀測可確定土壤污染及污染程度。例如，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在西班牙南部礦井事故后，橄欖樹葉子和果實(shí)的污染程度(As、Cd、Pb、Ti)就達(dá)到了危害人類健康的水平[22]。陸元昌等[18]對樹冠落葉和褪色的直接觀測判斷林地土壤健康。左思藝等[23]調(diào)查了貴州省張家灣子金礦苔蘚植物，對重污染區(qū)、中污染區(qū)和清潔區(qū)苔蘚植物優(yōu)勢種及土壤基質(zhì)6種重金屬元素(Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As)含量進(jìn)行測定，研究發(fā)現(xiàn)苔蘚重金屬含量與土壤重金屬含量呈正相關(guān)，苔蘚植物能監(jiān)測該礦區(qū)重金屬污染。以上案例雖然表明植物對污染土壤存在監(jiān)測價(jià)值，但是該監(jiān)測方法尚存在很多局限性，植物指示不能反映出同一土壤的質(zhì)量，只能反映出不同土壤的性質(zhì)，如酸性、堿性或者重金屬污染的水平等。由于植物生長發(fā)育和各種環(huán)境因素密切相關(guān)，并且植物的生長周期長，分析技術(shù)較復(fù)雜，所以植物監(jiān)測方法在土壤生態(tài)環(huán)境的快速監(jiān)測上還有待進(jìn)一步研究。

2.2 動物監(jiān)測

土壤動物作為活的有機(jī)體，受到土壤類型、溫度、氣候等自然因素和人類耕作以及土地管理利用方式等人為因素的影響，所以土壤生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測必然少不了土壤動物指示，如土壤節(jié)肢動物、蚯蚓和線蟲。蚯蚓非常適合作為土壤中化學(xué)物質(zhì)存在的生物監(jiān)測指標(biāo)，可以通過蚯蚓動物群的豐度和種類組成[24]，蚯蚓與土壤基質(zhì)接觸的行為(偏好/回避)[25]，化學(xué)物質(zhì)從土壤進(jìn)入蚯蚓的積累，蚯蚓的生化/細(xì)胞學(xué)應(yīng)激生物標(biāo)志物[26]來監(jiān)測土壤污染情況。Ling等[27]對某金屬礦區(qū)的蚯蚓種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)蚯蚓種類在重金屬(Cd、Zn、Pb、Cu)污染嚴(yán)重的區(qū)域快速減少，且不同污染物對不同種群的蚯蚓影響明顯。蚯蚓通過攝食等途徑富集土壤中的重金屬，使土壤中重金屬含量顯著下降。不同蚯蚓對土壤中的不同重金屬富集量不同。Espinosa等[28]研究發(fā)現(xiàn)，赤子愛勝蚓暴露在呋喃丹污染的土壤中，既無環(huán)帶發(fā)育，也不能產(chǎn)卵。

土壤線蟲廣泛分布于各種類型的土壤中，是土壤中最豐富的后生動物，對土壤環(huán)境變化響應(yīng)迅速。線蟲的多樣性可作為環(huán)境變化和生產(chǎn)影響的生物指標(biāo)[29]。王贏利等[30]采集了電子拆解廠附近稻田的土壤樣品，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)隨著重金屬污染程度的增加，土壤線蟲c-p2類群的比例增加，而c-p3類群與之相反。研究表明，在電子垃圾重金屬污染區(qū)域，線蟲群落數(shù)量和結(jié)構(gòu)可作為其監(jiān)測指標(biāo)。

Parisi等[31]研究發(fā)現(xiàn)適應(yīng)土壤生境的節(jié)肢動物類群數(shù)量越高，土壤質(zhì)量越高。Santorufo等[32]利用土壤蜱蟲/跳蟲比值以及節(jié)肢動物多樣性對意大利5個城市土壤質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明，土壤動物群落多樣性較豐富，表明土壤有機(jī)質(zhì)和水分含量較高，重金屬(Cu、Pb)含量較低，研究還發(fā)現(xiàn)，土壤跳蟲對土壤性質(zhì)的變化特別敏感，其可作為環(huán)境指示動物。此外，土壤動物的抗氧化酶活性、金屬硫蛋白、乙酰膽堿酯酶等生物標(biāo)志物由于具有較高的靈敏度，通?？捎糜诘蛣┝课廴疚锏谋O(jiān)測，而個體及種群水平的土壤動物主要用于高劑量的污染物監(jiān)測。其中，部分土壤動物產(chǎn)卵量、卵孵化率和生長率等監(jiān)測指標(biāo)對污染物反應(yīng)靈敏，也可用于低劑量污染物的長期監(jiān)測[33]。

2.3 微生物監(jiān)測

土壤微生物通過自身代謝參與土壤元素循環(huán)和污染物降解等過程，同時(shí)在增強(qiáng)根際免疫，提高土壤肥力和作物產(chǎn)量方面扮演關(guān)鍵角色，對土壤健康乃至人類健康具有重要意義[8]。目前已有多種微生物指標(biāo)被用來指示土壤健康狀況，如微生物群落多樣性、微生物功能、基因多樣性、土壤酶活性、微生物生物量、病原菌和土壤生物網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性等。

(1) 土壤微生物多樣性監(jiān)測。傳統(tǒng)土壤微生物多樣性研究通常采用培養(yǎng)鑒定法、底物利用分析法和磷脂脂肪酸(PLFA)分析法等。傳統(tǒng)分析方法快速且較為可靠，但分類水平較低。隨著分子生物學(xué)和測序技術(shù)的進(jìn)步，宏基因組學(xué)的進(jìn)展能夠更全面地描述土壤中營養(yǎng)水平較低的微生物和無脊椎動物群落的生物多樣性，為微生物群落對土壤健康的重要性以及環(huán)境變化對土壤生態(tài)的早期預(yù)警指標(biāo)提供了新的視角[34]。Pankaj等[35]通過宏基因組分析(454測序)發(fā)現(xiàn)，非耕地土壤中酸桿菌門、變形桿菌門、放線菌門和藍(lán)細(xì)菌門的相對豐度顯著高于農(nóng)業(yè)土壤。Wolińska等[36]利用半導(dǎo)體基因測序儀(Ion Torrent)技術(shù)調(diào)查了耕地和非耕地土壤中的潛在固氮細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤中的固氮細(xì)菌主要由變形桿菌門類和伯克霍德氏菌屬的微生物組成，藍(lán)細(xì)菌門在農(nóng)田土壤中比在荒地中明顯占優(yōu)勢。上述細(xì)菌可作為響應(yīng)農(nóng)業(yè)管理模式的生物多樣性指標(biāo)。宏基因組分析所確定的微生物群落和特定基因的多樣性有可能成為污染的生物標(biāo)志物，例如Fajardo等[37]利用高通量測序儀(Illumina MiSeq)測序技術(shù)和生物信息學(xué)分析了不同暴露時(shí)間下，不同重金屬暴露下土壤微生物的功能和結(jié)構(gòu)演變。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌代謝活性顯著降低，厚壁菌門是最具抗性的微生物種群，取代了其他細(xì)菌門(變形菌門、放線菌門等)。Feng等[38]發(fā)現(xiàn)鎘污染增加了對重金屬具有潛在耐受能力的微生物的相對豐度，降低了其他對重金屬敏感的微生物的豐度，進(jìn)而改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。

(2) 土壤微生物功能監(jiān)測。土壤微生物在全球生物多樣性中扮演著重要角色，土壤微生物功能包含土壤有機(jī)物分解、元素生物地球化學(xué)循環(huán)、污染物轉(zhuǎn)化、維持生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力等方面。土壤微生物功能監(jiān)測的主要方法包括微生物生態(tài)生理或代謝功能的測定，如對土壤呼吸和功能性基因等的研究。土壤呼吸作用強(qiáng)度和土壤微生物活性密切相關(guān)，呼吸作用強(qiáng)度變化能夠反映土壤微生物的活躍程度，其可作為土壤生態(tài)環(huán)境變化良好的生物學(xué)指標(biāo)。李明珠等[39]利用密閉法發(fā)現(xiàn)抗生素與重金屬復(fù)合污染先促進(jìn)土壤呼吸后減弱，復(fù)合污染對土壤微生物呼吸代謝的影響與其培養(yǎng)時(shí)間及添加劑量密切相關(guān)。單愛琴等[40]發(fā)現(xiàn)四氯化碳與四氯乙烯復(fù)合污染增強(qiáng)了對土壤呼吸作用的抑制，四氯化碳與四氯乙烯的交互作用對土壤呼吸的影響主要表現(xiàn)為協(xié)同作用。通過土壤微生物功能基因的變化來反映土壤微生物的生理代謝功能的技術(shù)也日益成熟，如基因芯片用于研究微生物群落功能活性和生物地球化學(xué)循環(huán)微生物過程，基因芯片含有探針，涵蓋了基因家族中數(shù)以萬計(jì)的基因，而這些基因涉及碳、氮、磷、硫循環(huán)，能量代謝，抗生素抗性，重金屬抗性和有機(jī)污染物降解等功能[41]。通過高通量宏基因組測序，靶向基因的實(shí)時(shí)熒光定量PCR可檢測微生物功能基因的組成，如土壤中特定已知基因(如amoA、nifk)的豐度，某一個基因的豐度越大，表明與該基因相關(guān)過程的速率越大。

(3) 土壤微生物活性監(jiān)測。微生物活性又稱為微生物代謝活力，嚴(yán)格意義上是指微生物在某一時(shí)段內(nèi)所有生命活動的總和，或在環(huán)境介質(zhì)中微生物介導(dǎo)的所有過程的總和[42]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤微生物活性是反映土壤受污染程度的敏感指標(biāo)，也是衡量土壤生產(chǎn)力的重要參數(shù)[43-45]。目前有關(guān)土壤微生物活性的研究主要采用土壤微生物呼吸測定法、酶(脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶等)活性測定法等。土壤呼吸和微生物呼吸熵是綜合反映土壤污染對微生物活性影響的重要指標(biāo)，程坤等[46]發(fā)現(xiàn)石油原油以及重金屬Pb、Cd的復(fù)合污染對土壤基礎(chǔ)呼吸和微生物呼吸熵具有激活作用，并且重金屬復(fù)合污染的土壤呼吸強(qiáng)度最大。陳欣瑤等[47]也發(fā)現(xiàn)重金屬Cu和抗生素類強(qiáng)力霉素單一及復(fù)合污染在培養(yǎng)期內(nèi)均會顯著抑制土壤微生物呼吸強(qiáng)度。土壤酶是土壤中一種重要組分，主要由土壤微生物分泌產(chǎn)生，分為胞內(nèi)酶和胞外酶[48]。土壤酶活性反映土壤中進(jìn)行的各種生物化學(xué)過程的方向和強(qiáng)度。Lenka等[49]研究表明，隨著重金屬(Cu、Pb)復(fù)合污染程度的增加，土壤脲酶、酸性磷酸酶的活性降低。Lipińska等[50]研究了在多環(huán)芳烴(PAHs)的污染下土壤芳基硫酸酯酶的變化，結(jié)果表明土壤在PAHs的作用下芳基硫酸酯酶持續(xù)失調(diào)。

此外，目前利用微生物手段來監(jiān)測土壤健康的研究還包含以下內(nèi)容[51]：如利用底物誘導(dǎo)呼吸、實(shí)時(shí)熒光定量PCR、氯仿熏蒸、土壤微生物群落磷脂脂肪酸(PLFA)分析等方法檢測微生物生物量，微生物量越大，土壤越健康；利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR和PLFA等檢測真菌和細(xì)菌比，較高的真菌與細(xì)菌比例表明土壤系統(tǒng)更具可持續(xù)性；利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR和高通量標(biāo)記基因測序等方法檢測菌根的豐度和組成，菌根的豐度和豐富度越高，對植物和微生物生態(tài)區(qū)系越有利[52]。

3 遙感監(jiān)測技術(shù)

上述的土壤生態(tài)監(jiān)測都是基于在較小空間尺度的研究，無法獲取大尺度空間上土壤污染分布信息。遙感作為遠(yuǎn)距離探測技術(shù)為宏觀快速獲取土壤生態(tài)環(huán)境信息提供了新方法，尤其是近年來衛(wèi)星遙感在時(shí)空分辨率、光譜分辨率等方面發(fā)展迅猛，推動了遙感技術(shù)在土壤污染監(jiān)測方面的應(yīng)用。近年來已有利用遙感技術(shù)在礦區(qū)、石油開采區(qū)等區(qū)域開展土壤環(huán)境監(jiān)測，主要監(jiān)測的污染物是重金屬和烴類等[53]。此外，由于植被受土壤污染脅迫后也會產(chǎn)生光譜變化，所以結(jié)合污染區(qū)域植物的脅迫反應(yīng)，可以進(jìn)行土壤污染物以及污染區(qū)域生物有效性的遙感監(jiān)測[54]。遙感探測技術(shù)具有宏觀連續(xù)等優(yōu)勢，可以監(jiān)測土壤污染對生態(tài)環(huán)境的影響范圍與損害程度，但是其精度受限，未來仍需要結(jié)合已有生態(tài)監(jiān)測技術(shù)對土壤環(huán)境進(jìn)行全面快速的生態(tài)監(jiān)測與健康評價(jià)。

4 展望

2021年，生態(tài)環(huán)境部召開“十四五”生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃編制會議?！笆奈濉逼陂g，我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測目標(biāo)主要為構(gòu)建“大監(jiān)測”格局，補(bǔ)齊生態(tài)短板，加快高質(zhì)量轉(zhuǎn)型。借此，對土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測技術(shù)提出以下展望：

(1) 對土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和定量化。相對于常規(guī)土壤物理化學(xué)測試，土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的可重復(fù)性和時(shí)空變異性仍需完善[55]。一旦選定了一套土壤健康指標(biāo)，就迫切需要對現(xiàn)場采樣和處理程序以及實(shí)驗(yàn)室方法和指南進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在取樣方案(如用足夠數(shù)量的樣本來推斷取樣區(qū)域)、取樣方法(如土壤體積和深度)、取樣時(shí)間和統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用方面需要注意[56]。同時(shí)土壤生物種類多、數(shù)量大、變化快，在監(jiān)測中一定程度上存在功能冗余性，所以也要逐步完善生物指標(biāo)的定量化。

(2) 完善多生物指標(biāo)聯(lián)合監(jiān)測體系。單一受試生物或單一生物指標(biāo)不能對土壤健康進(jìn)行全面評價(jià)，可應(yīng)用多種生物測試和微宇宙試驗(yàn)監(jiān)測污染物在生態(tài)系統(tǒng)水平上產(chǎn)生的整體生態(tài)效應(yīng)。同一種土壤污染物對不同的生物指標(biāo)影響不同，且不同的污染物對同一種生物也會產(chǎn)生不同的毒性影響。利用同一營養(yǎng)級的多指標(biāo)生物測試，以及不同營養(yǎng)級的生物測試監(jiān)測土壤健康狀況，成為未來土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測的發(fā)展趨勢。

(3) 利用遙感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大土壤健康時(shí)空監(jiān)測尺度。遙感不僅應(yīng)包括土壤特性的空間信息，還可以通過數(shù)學(xué)模型評估與土壤生態(tài)功能相關(guān)的環(huán)境因子。相關(guān)監(jiān)測設(shè)備應(yīng)當(dāng)運(yùn)用于實(shí)現(xiàn)分布式傳感器部署、快速數(shù)據(jù)傳輸、存儲和處理，并利用計(jì)算機(jī)和5G通信技術(shù)，結(jié)合生物生態(tài)監(jiān)測技術(shù)，開發(fā)用于土壤生態(tài)環(huán)境快速全面監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)。

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作在我國逐步興起和發(fā)展，其內(nèi)容復(fù)雜且涉及面廣泛，需各方面工作互相關(guān)聯(lián)、互相支撐。未來需要對土壤生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和定量化；利用多生物指標(biāo)進(jìn)行土壤聯(lián)合監(jiān)測；結(jié)合遙感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)擴(kuò)大土壤時(shí)空監(jiān)測尺度，形成完整的土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系，加快土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價(jià)體系的平臺建設(shè)，以便更好地為環(huán)境管理工作服務(wù)。

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網(wǎng)址: Current Status and Prospects of Soil Ecological Environment Health Monitoring Technology http://m.u1s5d6.cn/newsview140945.html