对国家环境保护野外观测研究站建设的几点思考

2015-04-26刘海江何立环彭福利张建辉

中国环境监测 2015年2期

刘海江，齐杨，孙聪，何立环，彭福利，张建辉

中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

改革开放以来，经济社会快速发展，以高耗能、高污染和资源消耗型为特征的产业结构带来了一系列生态环境问题。中国已进入生态环境问题高发期，体现为环境污染与生态退化交织，生态环境问题的区域性、复合性特征越来越明显。新的形势要求生态环境研究要从单一要素、单一问题向区域性、系统性研究转变，需要从生态系统甚至地球系统科学角度开展综合观测研究［1］。生态环境野外观测研究站作为开展生态系统综合研究的重要手段之一，自20世纪80年代以来发展迅速，在全球、区域或国家尺度上形成了比较有影响力的生态环境观测研究网络。中国环境保护主管部门也认识到生态环境野外观测研究站在生态环境管理及科技发展中的重要作用，在《国家环境保护“十二五”科技发展规划》［2］中提出要启动建立国家环境保护野外观测研究站，将其作为“十二五”环境科技支撑能力建设内容之一。同时，在2013年国务院印发的《“十二五”国家自主创新能力建设规划》［3］中也将国家野外科学观测研究站(网)作为科技创新基础条件建设内容，提出要加强农业、气象、环保、水利等领域野外科学观测研究站(网)建设，推进野外科学观测研究站(网)的信息化，形成资源共享的综合性、专业性野外科学观测研究基地。

国家环境保护野外观测研究台站作为今后中国科技创新基础条件的重要内容，将为中国重大或区域性的生态环境问题及可持续发展提供科技支撑。围绕环保部门在生态环境保护方面的重点业务领域和部门职责，同时结合未来国家生态环境保护新要求和新趋势，就国家环境保护野外观测研究台站的建设目标与定位、建设原则、空间布局、运行机制、观测指标等进行分析和探讨，以期为“十二五”及今后更长一段时期内国家环境保护野外观测研究站(网)的建设和发展提供支持。

1 现状与问题

目前，环保部门生态环境野外观测研究站建设刚刚起步，与中科院的中国生态系统研究网络(CERN)或林业部门的中国森林生态系统定位研究网络(CFERN)均具有较大差距。但是相关研究起步比较早，在20世纪90年代初就进行过相关探索，如1993年原国家环境保护局组织编写了“生态监测技术大纲”，提出野外生态监测站的监测指标体系和监测方法，按照不同生态系统类型和水文、气象、土壤、植被、动物和微生物等6个要素，确定了监测指标［4］。1994年，原国家环境保护局提出在全国建立9个生态监测站，对各类生态系统进行监测［5］。1996年，在世界银行贷款支持下，原国家环境保护局组织完成了中国生态监测网络建设规划研究，以构建全国统一的生态监测网络为目标进行顶层设计，将整个网络分为农业生态监测网络(农田、草原、渔业)，自然陆地生态监测网络(森林、荒漠)，中国淡水生态监测网络(河流、湖泊、内陆湿地)以及中国海洋生态监测网络4个主题，并按照近期、中期、远期3个阶段确定了要建立的生态监测站点及监测指标体系，同时对生态环境评价及监测网络运行管理机制进行了探索［6］。此外，中国环境监测总站从构建完善的国家环境监测网以及监测技术体系角度出发，也对生态环境综合监测及监测指标、评价方法、数据质控、发展方向、能力建设等进行了研究和探讨［7-10］。

由于种种原因，“十五”和“十一五”期间环保部门的生态环境野外观测台站建设进展缓慢，只有部分环境监测站在原有基础上坚持开展植物群落监测，但环境要素监测未能同步开展，野外台站的硬件能力建设投入几乎没有，如内蒙古自治区环境监测中心站在呼伦贝尔草甸草原、锡林郭勒典型草原、包头达茂旗荒漠草原、阿拉善荒漠、鄂尔多斯毛乌素沙地、呼和浩特清水河县黄土高原、巴盟磴口县乌兰布和沙漠建立了7个观测点，定期开展植物群落监测;新疆自治区环境监测总站从2000年起在塔里木河流域以及伊犁、阿尔泰、哈密地区的高山草地开展监测工作;青海省环境监测中心站“十一五”期间开展三江源高寒草原生态系统监测;湖南省洞庭湖生态环境监测站开展洞庭湖水质、底泥以及浮游动植物、底栖动物等水生生物监测。“十二五”以来，为了建立生态环境天地一体化监测技术体系，弥补目前国家环境监测网生态环境例行监测以遥感为主要技术手段的不足，中国环境监测总站于2010年开展了生态环境地面监测站建设规划研究，研究制定了生态环境地面监测站点布设及监测指标体系和监测方法，并从2011年起，与相关省环境监测站共同开展生态环境地面监测工作，目前已经在吉林、内蒙古、海南、湖北、湖南、四川、青海和新疆等10余个省份的重要生态功能区、生态脆弱区、重要湖泊湿地、大型涉水工程区开展生态系统连续监测。采取的监测模式为总站和省级或市级环境监测站联合监测，所有设立的观测样地(区域)不进行封闭管理，均在原本自然状态下进行定期连续监测，这种模式不需要建设独立的野外观测研究站房，只需解决每年的监测经费即可，运行成本低，便于在很短时间内开展监测工作。此外，环保部其他直属单位“十二五”以来也建立了一些生态环境野外观测研究站，如中国环境科学研究院在洞庭湖、呼伦贝尔、井冈山、秦岭等地建立了生态观测研究站，环保部南京环境科学研究所在太湖、西藏、武夷山等地建立了观测台站，环保部华南环境科学研究所在珠三角、云贵等地建立了观测研究台站。

总体来看，目前环保部门的生态环境野外观测台站建设水平比较低，距离作为国家环保科技创新平台的目标差距比较大，表现为缺乏统一规划和顶层设计，空间布局不太合理;发展水平比较低，不少野外台站基本停留在挂牌阶段，实质性观测研究工作较少;观测研究基础设施差，观测研究能力弱，尚未建立规范的数据观测技术方法和运行管理机制;同时缺乏稳定、足够的运行保障经费。

2 建设目标与定位

国家环境保护野外观测研究站作为今后一段时期中国环境科技创新发展条件平台，要为解决新形势下中国生态环境问题提供科技支撑，其主要目标有2个方面:①针对突出的或重大的生态环境问题，开展基于生态系统的长期、多要素连续观测研究，为揭示生态环境问题形成机理、演化过程与治理提供科学支撑;②针对重点区域开展生态环境现状和演变综合评估，研究生态环境演变过程，并针对水、土、气不同污染介质，研究典型污染物迁移转化规律，探索生态环境监测预警技术方法。

在定位上要重点关注2个方面:①要与中国已有的生态环境野外观测研究台站形成互补，起到加密和补充作用。目前国内主要的野外观测研究台站网络有中科院的 CERN［11］和林业部门的CFERN［12］，其中CERN侧重于生态系统结构与功能、过程与机理方面基础科学问题的观测与研究［1］，主要在森林、草原、荒漠、农田、湿地等不同类型生态系统的典型代表区域建立长期定位观测站，都建立有独立的站房设施，设立封闭管理的长期定位观测样地(点);CFERN重点开展森林生态系统结构、功能之间相互反馈机理以及服务功能方面的研究［13］，侧重森林单一生态系统的观测研究。国家环境保护野外观测研究站在空间上要加密和补充目前生态系统定位研究台站，在观测数据上要弥补已有台站尚未观测，但环保部门为解决生态环境问题所必须观测的数据(如水、空气、土壤等介质中的各种污染物监测)。②要突出环保部门的特色。环境保护野外观测研究站要体现观测研究的综合性和多学科交叉性，重点关注区域性生态环境问题以及水、气、土等污染特征的观测研究，此外对区域生态环境状况的评价也是重要内容，突出对区域生态环境状况的整体诊断和评估，体现环保部门综合监管职责特点。在监测领域方面，根据环保部门的生态环境监管职责分工，侧重于对中国生物多样性保护重要区、生态脆弱区、重要(点)生态功能区的综合观测与评估。

3 建设原则

3.1 顶层设计，统筹规划

国家环境保护野外观测研究站(网)的建设是个耗时较长的系统工程，需要相当一段时间的稳步持续推进，因此需要规划先行，做好顶层设计。在设计上既要立足目前国家环境保护的重点领域以及环保部门的生态环境管理职责，又要放眼长远，围绕今后国家生态环境保护管理体制改革方向;同时要打破区域、部门界限，根据中国生态地理空间分异规律及主要生态环境问题的空间分布，规划建立陆海统筹的生态环境野外监测网络以及观测指标、观测方法、质量控制、数据管理等全程序的观测技术体系。

3.2 突出重点，特色鲜明

国家环境保护野外观测研究站(网)除了观测水、土、气等环境要素常规特征外，还要突出重点，体现部门特色，重点围绕水、空气、土壤等主要介质的污染物特征、演变以及预警开展观测研究。优先在重要(点)生态功能区、生物多样性保护优先区、生态脆弱区、重要湿地建立观测研究台站。

3.3 先行试点，逐步完善

为探索建立国家环境保护野外观测研究站的运行管理机制和模式、观测技术规范、能力建设等，应先进行试点，在试点中逐步完善管理机制、技术规范等，同时也要开展基于观测数据的区域生态环境状况评估方法研究。根据目前环保部门生态环境野外观测实际情况，探索多种模式的野外观测运行机制，如建立野外观测站模式的运行机制、不需要基建只需在特定区域设立长期观测样地(点位)并定期开展观测的运行机制、以及与高校等相关部门已有监测台站共建的运行机制等，通过多种试点建立具有部门特色的野外观测站组织管理模式和技术体系。

3.4 填平补齐，分期实施

国家环境保护野外观测研究站(网)建设需要分期分阶段实施，可按照近期、中期和远期制定发展目标。近期目标主要是对目前已有一定工作基础的野外观测研究台站加大投入，填平补齐，提升软硬件能力，尽快建成符合国家环境保护野外观测研究台站规划要求的标准台站。同时，积极地推动这些台站成为国家生态环境观测研究网络(CNERN)［14］甚至国际及区域性生态环境观测研究网络的成员单位。

目前环保部门野外观测研究台站中，由中国环境监测总站运行管理的14个国家环境空气背景监测站以及31个区域大气环境监测站具备很好的硬件条件，都建立有独立的野外观测站房，具备通水、通电、通路以及必要的生活设施，而且还预留有实验室，目前主要开展环境空气单一要素的自动连续观测，只需补充生物(生态)等观测设备即可成为标准化的环境保护野外观测研究站。

4 空间布局

在空间布局上，国家环境保护野外观测研究台站要区别于以生态系统类型设立的CERN和以中国森林生态地理分布设立的CFERN。台站空间布局从2个角度考虑:

在目前水、土、气等介质面临的环境污染问题的空间分布区或重点监控区域设立野外观测研究站。水环境方面可以在重要湖泊、河流和重大涉水工程中建立野外观测站(如在太湖、巢湖、滇池、洞庭湖、鄱阳湖、丹江口水库、三峡水库以及黄河口、长江口等河口环境开展以水生态系统为主的定位观测研究)。空气环境方面可以围绕大气污染比较严重的京津冀、长三角、珠三角开展空气污染方面的长期定位观测研究，目前隶属于国家环境监测网的空气质量监测网是国内最先进、实力最雄厚的大气监测网络，但主要开展较大城市(地级市以上)的环境空气污染物监测，为了深入了解区域空气污染物来源及空间迁移规律，建立空气污染监测预警体系，还需要在主要城市以外区域建立区域性监测站点，形成能够比较均匀覆盖区域的环境空气监测网。土壤环境方面根据国家已经完成的土壤污染调查成果，在受关注度高、污染比较严重的农产品主产区和污染场地集中分布区建立土壤污染物迁移转化和污染修复观测研究台站。

根据环保部门的生态环境监管职责，在一些关系国家或区域生态安全、具有重要生态屏障功能的区域建立生态环境观测研究台站，开展区域生态系统结构、功能、演变过程、生态服务及污染物生态效应方面的观测研究。重要生态区域可根据国务院《全国主体功能区规划》［15］、环保部《全国生态功能区划》［16］、《全国生态脆弱区保护规划纲要》［17］、《中国生物多样性保护战略与行动计划》(2011—2030 年)［18］确定，如《全国主体功能区规划》限制开发区中划定的防风固沙、水土保持、水源涵养和生物多样性维护4类25个国家重点生态功能区，以及环保部《全国生态功能区区划》划定的水源涵养、土壤保护、防风固沙、生物多样性维护和洪水调蓄5类50个重要生态功能区，这些区域可作为国家环境保护野外观测研究台站建设的优先区域(表1)。

5 运行机制

5.1 组织模式

国家环境保护野外观测研究台站由环保部组织建立，在组织模式上，应该建立由科学指导委员会、执行委员会、综合管理中心的组织管理模式。科学指导委员会负责指导国家环境保护野外观测研究站(网)的发展规划、顶层设计、科学研究目标凝练以及发展方向的把握，一般由国内外生态环境领域的知名专家组成。执行委员会负责制定国家环境保护野外观测研究站(网)发展规划、台站建设、台站定期评估等事项，成员主要由各观测研究站负责人组成。综合管理中心协助执行委员会完成国家环境保护野外观测研究站网的日常运行管理、数据采集、数据质控、技术培训等工作。

5.2 建设模式

在台站建设模式上，根据实际情况可采用不同的模式，如定位观测站模式，在特定区域建立野外观测研究站以及长期定位观测设施开展观测研究。该模式需要在征地、基建、仪器设备以及通水、通电、通路、生活设施方面投入，建设周期长，投入大;第2种模式为利用环保系统已有的环境监测业务体系，依托各级环境监测站在特定区域开展观测研究，该模式不需要单独建立观测站房，省去征地、基建及通水、通电、通路方面的建设费用，只需在仪器设备方面按照环境保护野外观测研究台站建设标准填平补齐即可，投入相对较少，节省了野外观测站的运行维护费用，并且能在较短时间内开展观测研究工作;第3种为共建模式，利用目标区域其他部门或单位已建立的站房基础设施联合建立野外观测研究站。

表1 国家环境保护野外观测研究台站优先建设区域

6 监测与评价技术体系构建

科学的生态环境数据采集是国家环境保护野外观测研究台站的主要使命，数据质量有保证，才能对生态环境的状态进行科学的、可信的表征与诊断，只有最大程度保证评价结果的科学性和可靠性，才能为生态系统管理决策提供科学支撑［19］。野外观测研究台站的标准化、规范化建设、运行及科学观测是数据质量的基本保证，因此需要制定一系列技术规范或指南，如《国家环境保护野外观测研究台站建设规划》、《国家环境保护野外观测研究台站管理办法》、《国家环境保护野外观测研究台站建设规范及技术要求》、《国家环境保护野外观测研究台站观测指标体系》、《国家环境保护野外观测研究台站观测技术规范》、《国家环境保护野外观测研究台站数据质控规范》、《国家环境保护野外观测研究台站数据管理规范》、《国家环境保护野外观测研究台站数字化信息化建设规范》等。

同时，为了更好地服务环境管理，开展基于生态环境综合观测数据的生态环境状况评价方法研究也十分必要，在评价方法研究上需要重点关注2个方面:①如何将定点定位的生态环境综合观测数据通过尺度转换来反映区域的生态环境状况，即由点到面的尺度转换方法研究。定位观测的最终目的是要了解区域生态环境状况及演变过程，因此需要将基于空间定点的观测数据通过尺度转换方法或模型来表征区域生态环境状况及演变规律。②区域生态环境状况评价要有明确的目标导向，要与环保部门的生态环境监管职责紧密结合，要为生态环境管理提供针对性、精细化的技术支持，如对位于重要(点)生态功能区的观测研究站，根据台站所处生态功能区所承担的生态服务功能类型(如水土保持、水源涵养、防风固沙或生物多样性维护)，将主导生态服务功能状况及动态变化评估作为建立评价方法和模型的出发点。当然也可从生态系统健康状况、脆弱性、敏感性、生态安全或生态风险等不同角度开展区域生态环境状况的评估。

7 监测指标体系框架

国家环境保护野外观测研究台站的监测指标体系按照组成生态系统的生物群落、水分、土壤、空气、气象等要素筛选确定，由于每个要素包括许多指标，若全部监测，在人力、物力上不现实，同时一些指标之间具有相关性，因此没有必要全部监测，将监测指标分为核心指标和辅助指标2类，其中核心监测指标由最能表征各要素状况的指标组成，也是开展生态环境综合评价的关键指标，属于必测指标，辅助监测指标根据实际情况可进行选择性监测(表2)。

表2 国家环境保护野外观测研究台站监测指标体系框架

监测指标体系框架注重突出环保部门特色，如水、土、空气环境要素的监测指标均按照目前中国水质、空气质量和土壤环境质量评价所需的监测指标组成，这些指标作为必测指标，便于与已有的监测数据进行对比分析，揭示区域生态系统的变化规律。其中水环境必测指标为现行《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中表1的24项指标;空气环境必测指标为新修订的《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中表1的6项指标;土壤环境必测指标分为质量评价必测指标和土壤物理性状监测指标，其中质量评价监测指标按照《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)表1的11项指标，物理性质监测指标包括土壤质地、非毛管孔隙度、土壤最大持水量等7个指标。生物群落指标主要监测植物群落物种组成、结构、生物生产量等，目前国内尚未建立统一的监测指标体系。由于森林、草原、荒漠以及湿地4类生态系统在物种组成、群落结构等方面具有显著差异，因此监测内容和方法也均有较大差异，如为了保护良好的森林生态系统，需要对乔木层、灌木层、草本层、地被层进行监测;对于典型的草原生态系统，一般只需监测草本层。因此生物要素指标按照乔木层、灌木层、草本层分别设立，在监测中可根据生态系统类型选择要监测的指标。在辅助监测指标中，针对4类生态系统分别设定了相关指标，这些指标均有助于了解生态系统状况。另外还有景观指标，包括土地利用、植被类型以及人类活动(如开垦、放牧)等对生态系统的干扰情况。

8 结语

国家环境保护野外观测研究站是国家环保领域的重要科技支撑和基础设施，也是国家野外观测研究台站的重要组成部分，对于研究和解决区域性、系统性的生态环境问题具有重要作用。就国家环境保护野外观测研究站(网)建设的目标与定位、空间布局、运行机制、监测与评价技术体系等方面进行了初步探讨与分析。

国家环境保护野外观测研究台站建设目标应定位于针对中国突出的生态环境问题，开展基于生态系统的长期、多要素连续观测研究;针对重点区域水、土、气不同污染介质典型污染物迁移转化规律观测与研究。在发展方式上，由于建设周期长、投入大，前期建设规划非常重要，需要管理部门做好顶层设计;按照近、中、远期统筹规划设计。在观测站点分布上，一方面重点关注水、土、气等介质面临的环境污染问题的区域或重点监控区，另一方面也要加强对中国重要生态安全屏障区的监测，目前《全国主体功能区规划》的25个国家重点生态功能区和《全国生态功能区划》的50个重要生态功能区是优先布设站点的区域。标准化、规范化的观测对于生态长期观测尤为重要，需要提前开展相关方面的研究，制定相关的监测指标体系和技术规范，为国家环境保护野外观测研究网络做好技术准备。

［1］傅伯杰，牛栋，于贵瑞．生态系统观测研究网络在地球系统科学中的作用［J］．地理科学进展，2007，26(1):1-16．

［2］环境保护部．国家环境保护“十二五”科技发展规划［EB/OL］．(2011-6-9)［2014-4-30］．http://www．mep．gov．cn．

［3］国务院．“十二五”国家自主创新能力建设规划［EB/OL］．［2014-4-30］．http://www．gov．cn．

［4］万本太．中国环境监测技术路线研究［M］．长沙:湖南科学技术出版社，2003:191-193．

［5］中国环境监测总站．中国环境监测方略［M］．北京:中国环境科学出版社，2005:103-107．

［6］原国家环境保护局．中国生态监测网络建设规划研究总报告［R］．北京:原国家环境保护局，1996．

［7］万本太．中国环境监测工作的成就、问题和对策［J］．中国环境监测，1996，12(2):27-31．

［8］万本太，蒋火华．论中国环境监测技术体系建设［J］．中国环境监测，2004，20(6):1-4．

［9］李国刚，万本太．中国环境监测科技发展需求分析［J］．中国环境监测，2004，20(6):5-8．

［10］万本太，蒋火华．论中国环境监测发展战略［J］．中国环境监测，2005，21(1):1-3．

［11］中国科学院．中国生态系统研究网络［EB/OL］．［2014-4-30］．http://www．cern．ac．cn．

［12］国家林业局．中国森林生态系统定位研究网络［EB/OL］．［2014-4-30］．http://www．cfern．org/．