生態(tài)環(huán)境部近日向社會公布了浙江錢江源站、河南鶴壁站等第一批55個國家生態(tài)質(zhì)量綜合監(jiān)測站名單，涵蓋森林、草原、濕地等主要生態(tài)系統(tǒng)類型，標(biāo)志著我國“天空地一體化”的生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)初步構(gòu)建。
生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測是客觀準(zhǔn)確掌握區(qū)域生態(tài)狀況、科學(xué)實施生態(tài)保護修復(fù)的基礎(chǔ)，也是建設(shè)美麗中國、守護綠水青山的重要保障。數(shù)據(jù)顯示，近年來，我國生態(tài)監(jiān)測進入快車道，監(jiān)測內(nèi)容更豐富、指標(biāo)更復(fù)雜、手段更多樣。特別是當(dāng)前我國在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域運用了大量新興技術(shù)和設(shè)施，技術(shù)水平和監(jiān)測能力顯著提高，不僅有力支撐了我國的生態(tài)保護監(jiān)管，也為全球生態(tài)治理貢獻了重要力量。
浙江省錢江源國家公園管理局科研監(jiān)測中心的工作人員在查看和提取紅外相機的監(jiān)測數(shù)據(jù)。錢江源國家公園管理局 供圖
“天空地一體化”監(jiān)測網(wǎng)守護大美錢江源
錢江源—百山祖國家公園錢江源園區(qū)位于浙江省衢州市開化縣，地處錢塘江的源頭。這里不僅生長著全球罕見的低海拔亞熱帶常綠闊葉林，還是眾多珍稀野生動物的家園。第一批國家生態(tài)質(zhì)量綜合監(jiān)測站之一——錢江源國家公園生態(tài)質(zhì)量綜合監(jiān)測站(以下簡稱錢江源綜合監(jiān)測站)就設(shè)在這里。
錢江源綜合監(jiān)測站的監(jiān)測區(qū)域是天目山—懷玉山區(qū)水源涵養(yǎng)與生物多樣性保護重要區(qū)的一部分，這片區(qū)域內(nèi)生存著兩千多種植物、五百多種真菌，還有數(shù)十種獸類、數(shù)百種鳥類。水質(zhì)、森林以及珍稀野生動物都是監(jiān)測站的“關(guān)注對象”。
相較于過去的普通監(jiān)測站點，錢江源綜合監(jiān)測站有著更先進的監(jiān)測技術(shù)設(shè)備，可以覆蓋更廣闊的監(jiān)測范圍，同時監(jiān)測的頻率也更高。
藍(lán)文超是錢江源國家公園管理局科研監(jiān)測中心的一位資深監(jiān)測員，從2018年起，他和同事就通過紅外相機在錢江源國家公園全境及其跨區(qū)共建區(qū)域內(nèi)，對獸類和雉類為主的大中型地棲動物進行觀測調(diào)查，收集了大量數(shù)據(jù)。
紅外相機是森林大中型獸類和地棲雉類多樣性監(jiān)測的重要手段。藍(lán)文超說，過去，紅外相機監(jiān)測費時費力，效率較低。原有紅外相機監(jiān)測需人工安裝、取卡、換電池，紅外數(shù)據(jù)整理需人工篩選圖片，進行物種分類、匯總表格，效率很低。而如今，科研人員通過信號覆蓋工程和紅外相機技術(shù)迭代升級，實現(xiàn)部分紅外相機實時圖片傳輸，同時開發(fā)了野生動物智能識別系統(tǒng)，使用人工智能學(xué)習(xí)技術(shù)大大提升了紅外數(shù)據(jù)的收集、歸類和分析的效率。
“黑麂、白頸長尾雉、白鷴……這些都是我們經(jīng)常探測到的物種?！闭f起這片森林里的動物，藍(lán)文超如數(shù)家珍，“野生動物的數(shù)量和種類是一片區(qū)域生態(tài)質(zhì)量好壞的一個重要指標(biāo)，為了觀測這些動物，我們中心在區(qū)域內(nèi)按照1km×1km一個網(wǎng)格共建立了267個的網(wǎng)格，在每個網(wǎng)格中選擇一個監(jiān)測點位安放紅外相機。這幾年，根據(jù)我們的觀測，大中型獸類和雉類多樣性整體平穩(wěn)，表明該區(qū)域的動物多樣性得到了有效保護。”
藍(lán)文超的同事汪昊是無人機操作員，他的設(shè)備不僅能監(jiān)測動物，還能監(jiān)測植物。汪昊說，通過多套無人機，監(jiān)測人員實現(xiàn)了區(qū)內(nèi)252平方公里全周期、全覆蓋、多要素的森林樣貌監(jiān)測、災(zāi)情預(yù)警等，大大提高生態(tài)安全巡護效率。“過去，森林生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測主要通過樣地、樣線等傳統(tǒng)手段，受道路條件影響，森林生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測存在范圍小、區(qū)域近、不全面等弊端，獲取的數(shù)據(jù)不夠全面，科研結(jié)論依據(jù)不夠充實?，F(xiàn)在我們有無人機，還有衛(wèi)星遙感，不僅效率高，還能獲得高精度的數(shù)據(jù)信息?！?/p>
錢江源國家公園管理局科研監(jiān)測中心主任余順海告訴記者，目前，錢江源國家公園管理局聯(lián)合中國科學(xué)院植物研究所等建設(shè)了國家公園全域生物多樣性天空地一體化綜合監(jiān)測體系：“天”指利用飛機獲取錢江源國家公園高精度地形信息、冠層結(jié)構(gòu)信息和光譜信息；“空”指利用無人機巡航檢測系統(tǒng)，對關(guān)鍵和重點區(qū)域進行高頻次、高分辨率巡航監(jiān)測；而“地”則包含了由750個樣地組成的全域植物多樣性監(jiān)測平臺，由507臺紅外相機組成的全域網(wǎng)格化動物多樣性監(jiān)測平臺、森林冠層生物多樣性監(jiān)測平臺等。天空地一體化監(jiān)測手段將在生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測中發(fā)揮合力。
農(nóng)田監(jiān)測保護土地的同時也提升了生產(chǎn)效率
與環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測相比，生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測的內(nèi)容更豐富、指標(biāo)更復(fù)雜、手段更多樣。就此次納入第一批國家生態(tài)質(zhì)量綜合監(jiān)測站的55個站點來看，涵蓋的生態(tài)系統(tǒng)類型不僅包括了森林、濕地和海洋領(lǐng)域，還包括了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。
河南鶴壁站綜合監(jiān)測站位于河南省黃河和海河流域、太行山山前沖積平原，這片區(qū)域是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，因此，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)也成為這里的重要監(jiān)測內(nèi)容。
河南師范大學(xué)是河南鶴壁站綜合監(jiān)測站的申報單位之一。河南師范大學(xué)的李學(xué)軍教授早在2017年便與同事一起建設(shè)了河南師范大學(xué)生態(tài)系統(tǒng)野外科學(xué)觀測研究站等監(jiān)測平臺，開始參與鶴壁市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測工作。
李學(xué)軍向記者介紹，太行山區(qū)土壤保持區(qū)是國家生態(tài)保護監(jiān)管重點區(qū)域，由于太行山地土壤質(zhì)量優(yōu)良率整體偏低，制約了太行山地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。因此，需要加強對太行山農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)影響生態(tài)系統(tǒng)健康的制約因子，從而可以有效控制污染、改進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，也能保護好這片土地。
相較于森林、海洋等生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是在一定程度上受人工控制的生態(tài)系統(tǒng)，人的作用非常關(guān)鍵。李學(xué)軍表示，農(nóng)田中的動植物種類較少，群落的結(jié)構(gòu)單一。人們必須不斷地從事播種、施肥、灌溉等活動，才能夠使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)朝著對人有益的方向發(fā)展。所以，相較于森林、海洋等其他生態(tài)系統(tǒng)，對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測手段和監(jiān)測對象都比較多樣。
“目前農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的主要監(jiān)測指標(biāo)包括兩大類，一是農(nóng)業(yè)環(huán)境因素，二是農(nóng)業(yè)氣象要素?！崩顚W(xué)軍說，“農(nóng)業(yè)環(huán)境因素一般包括光能、水分、空氣、土壤、營養(yǎng)元素和生物種群，以及人和人的生產(chǎn)活動等；農(nóng)業(yè)氣象要素主要包括光照、氣溫、空氣濕度、降水、蒸發(fā)、風(fēng)速和天氣現(xiàn)象，以及土壤上層的溫度等。相較于前幾年，我們的監(jiān)測內(nèi)容和指標(biāo)變得更豐富了，增加了環(huán)境污染和生物入侵的相關(guān)內(nèi)容和指標(biāo)，使得監(jiān)測系統(tǒng)更加完善和科學(xué)。”
目前，鶴壁市已初步建成由農(nóng)業(yè)氣象觀測站、農(nóng)業(yè)氣象試驗站、自動土壤水分觀測站等組成的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。隨著科技進步，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)和手段也在不斷更新?lián)Q代?！拔锫?lián)網(wǎng)、自動化等光電和信息技術(shù)大量使用，使得農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測更加智能、高效和準(zhǔn)確。”李學(xué)軍舉了一個例子，比如運用了新興技術(shù)的軟件平臺可進行作物種類識別、根系分析等多維度分析，數(shù)據(jù)可接入全國農(nóng)作物重大病蟲害數(shù)字化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、全國土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)，還可以提供未來5天的參考蒸發(fā)蒸騰量、天氣預(yù)測、全年極端氣候分析。“鶴壁農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測站剛剛建立，目前只具備地面監(jiān)測的技術(shù)和手段，未來還會有更多技術(shù)加入進來，實現(xiàn)監(jiān)測分析預(yù)警和污染源溯源分析，數(shù)據(jù)利用、綜合評價，建立太行山農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測管理長效機制?！崩顚W(xué)軍表示。
天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心大氣環(huán)境監(jiān)測研究室工作人員正在開展微波輻射計調(diào)試。天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 供圖
智能化技術(shù)為牡蠣礁護航
天津市濱海新區(qū)漢沽大神堂海域，深藍(lán)色的海水下面，不僅有魚、蝦、蟹等眾多水生生物，還有這片海區(qū)特有的景觀——牡蠣礁。
牡蠣礁是由活體牡蠣、死亡牡蠣的殼以及其他礁區(qū)生物堆積組成的聚集體。如同珊瑚礁一樣，牡蠣礁為眾多海洋生物提供了棲息繁衍的場所，還起著凈化海水的作用，被稱為“生態(tài)系統(tǒng)工程師”。曾經(jīng)一段時間，過度捕撈讓大神堂海域的牡蠣數(shù)量和礁體面積驟減。為了保護這片海域的生態(tài)，2000年起，我國建立了天津大神堂牡蠣礁國家級海洋特別保護區(qū)，牡蠣礁成為保護區(qū)的重點保護對象。
對牡蠣礁進行生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測是保護牡蠣礁的重要一環(huán)。每年，天津市海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報中心海洋生態(tài)室徐玉山主任和同事們都會在天氣晴好的時候帶上采樣設(shè)備和工具，乘坐監(jiān)測船來到天津大神堂牡蠣礁海域，對這里的水質(zhì)、沉積物以及牡蠣礁生長狀況等進行監(jiān)測。
“我們每一位監(jiān)測員的分工都不相同，工作內(nèi)容也比較多，比如將采水器下放至水面以下0.5米處采集表層水質(zhì)樣品，用浮游生物網(wǎng)由海底垂直拖拽至水面采集浮游生物樣品，采用采泥器采集沉積物和底棲生物樣品……當(dāng)然最重要的是操作水下機器人對牡蠣礁體生長狀況進行拍攝，我們的專業(yè)潛水員還會下潛至牡蠣礁處采集牡蠣樣品。最后這些數(shù)據(jù)和樣本都會送回到實驗室進行檢測分析。”徐玉山說。
相較于森林、農(nóng)田等陸上生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測，海洋生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測會用到許多特有的技術(shù)設(shè)備，比如徐玉山和同事們經(jīng)常用到的水下機器人。這種機器人身形靈巧，在水下活動自如，還有高清攝像頭，可以清晰地拍攝水下的畫面。近年來，已經(jīng)有不少國產(chǎn)水下機器人運用在海洋探測和監(jiān)測工作中，智能化程度也越來越高。這些機器人可以攜帶各種傳感器、照明設(shè)備和探測設(shè)備，拍照片、拍視頻、采集樣本、勘測地形……這些對于它們來說都不是難事。
不僅僅是天津，近年來，我國沿海城市為了保護海洋中珍貴的牡蠣礁，綜合運用了各種智能化、數(shù)字化技術(shù)手段進行監(jiān)測。去年4月，山東省濰坊市“牡蠣礁在線監(jiān)測平臺”正式上線?？蒲腥藛T為牡蠣礁監(jiān)測打造了一整套智慧生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，在牡蠣礁修復(fù)區(qū)域設(shè)置了六大監(jiān)測點，并配置了多種傳感器，能夠?qū)崟r連續(xù)監(jiān)測牡蠣的生長狀況，還可以實時采集牡蠣礁區(qū)域的水溫、鹽度、流速等各項數(shù)據(jù)。
在監(jiān)測平臺首頁，環(huán)境數(shù)據(jù)、監(jiān)測歷史以及設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)都清楚地列出，通過左側(cè)的視頻窗口，還可以清晰看到水下一條條小魚在牡蠣礁之間來回穿梭嬉戲的畫面。這些畫面得益于高清的水下攝像機每天不知疲倦地工作，近距離、多角度、全方位地采集匯總牡蠣礁修復(fù)效果。特別是三合一云臺數(shù)字水下攝像機，能夠拍攝并實時傳輸高清視頻畫面，讓監(jiān)測人員無需下水也能身臨其境般地知曉水下狀況。
監(jiān)測的數(shù)據(jù)顯示，近年來，在我國的相關(guān)保護措施之下，曾經(jīng)被破壞的牡蠣礁正在逐步恢復(fù)中。徐玉山表示，近來我們監(jiān)測到的牡蠣密度明顯高于往年調(diào)查結(jié)果，新生牡蠣幼體數(shù)量有較大增加，由此表明生態(tài)修復(fù)項目的實施對牡蠣礁的保護和恢復(fù)起到了積極的作用。
