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中国“天空地一体化”生态质量监测网络初步构建

发布时间:2024-02-12 作者: 产品中心

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  生态环境部近日向社会公布了浙江钱江源站、河南鹤壁站等第一批55个国家生态质量综合监测站名单,涵盖森林、草原、湿地等主要ECO类型,标志着我国“天空地一体化”的生态质量监测网络初步构建。

  生态质量监测是客观准确掌握区域生态状况、科学实施生态保护修复的基础,也是建设美丽中国、守护绿水青山的重要保障。多个方面数据显示,近年来,我国生态监测进入快车道,监测内容更丰富、指标更复杂、手段更多样。特别是当前我国在生态环境监视测定领域运用了大量新兴技术和设施,技术水平和监测能力明显提高,不仅有力支撑了我国的生态保护监管,也为全球生态治理贡献了重要力量。

  钱江源—百山祖国家公园钱江源园区位于浙江省衢州市开化县,地处钱塘江的源头。这里不仅生长着全球罕见的低海拔亚热带常绿阔叶林,还是众多珍稀野生动物的家园。第一批国家生态质量综合监测站之一——钱江源国家公园生态质量综合监测站(以下简称钱江源综合监测站)就设在这里。

  钱江源综合监测站的监测区域是天目山—怀玉山区水源涵养与生物多样性保护重要区的一部分,这片区域内生存着两千多种植物、五百多种真菌,还有数十种兽类、数百种鸟类。水质、森林以及珍稀野生动物都是监测站的“关注对象”。

  相较于过去的普通监测站点,钱江源综合监测站有着更先进的监测技术设备,可以覆盖更广阔的监测范围,同时监测的频率也更高。

  蓝文超是钱江源国家公园管理局科研监测中心的一位资深监测员,从2018年起,他和同事就通过红外相机在钱江源国家公园全境及其跨区共建区域内,对兽类和雉类为主的大中型地栖动物进行观测调查,收集了大量数据。

  红外相机是森林大中型兽类和地栖雉类多样性监测的重要手段。蓝文超说,过去,红外相机监测费时费力,效率较低。原有红外相机监测需人工安装、取卡、换电池,红外数据整理需人工筛选图片,进行物种分类、汇总表格,效率很低。而如今,科研人员通过信号覆盖工程和红外相机技术迭代升级,实现部分红外相机实时图片传输,同时开发了野生动物智能识别系统,用AI学习技术极大的提升了红外数据的收集、归类和分析的效率。

  “黑麂、白颈长尾雉、白鹇……这些都是我们大家常常探测到的物种。”说起这片森林里的动物,蓝文超如数家珍,“野生动物的数量和种类是一片区域生态质量优劣的一个重要指标,为了观测这些动物,我们中心在区域内按照1km×1km一个网格共建立了267个的网格,在每个网格中选择一个监测点位安放红外相机。这几年,依照我们的观测,大中型兽类和雉类多样性整体平稳,表明该区域的动物多样性得到了有效保护。”

  蓝文超的同事汪昊是无人机操作员,他的设备不仅能监测动物,还能监测植物。汪昊说,通过多套无人机,监测人员实现了区内252平方公里全周期、全覆盖、多要素的森林样貌监测、灾情预警等,大幅度的提升生态安全巡护效率。“过去,森林ECO监测主要是通过样地、样线等传统手段,受道路条件影响,森林ECO监测存在范围小、区域近、不全面等弊端,获取的数据不够全面,科研结论依据不够充实。现在我们有无人机,还有卫星遥感,不仅效率高,还能获得高精度的数据信息。”

  钱江源国家公园管理局科研监测中心主任余顺海和记者说,目前,钱江源国家公园管理局联合中国科学院植物研究所等建设了国家公园全域生物多样性天空地一体化综合监测体系:“天”指利用飞机获取钱江源国家公园高精度地形信息、冠层结构信息和光谱信息;“空”指利用无人机巡航检测系统,对关键和重点区域进行高频次、高分辨率巡航监测;而“地”则包含了由750个样地组成的全域植物多样性监测平台,由507台红外相机组成的全域网格化动物多样性监测平台、森林冠层生物多样性监测平台等。天空地一体化监测手段将在生态质量监测中发挥合力。

  与环境质量监测相比,生态质量监测的内容更丰富、指标更复杂、手段更多样。就此次纳入第一批国家生态质量综合监测站的55个站点来看,涵盖的ECO类型不仅包括了森林、湿地和海洋领域,还包括了农田生态系统。

  河南鹤壁站综合监测站位于河南省黄河和海河流域、太行山山前冲积平原,这片区域是我国重要的粮食主产区之一,因此,农田生态系统也成为这里的重要监测内容。

  河南师范大学是河南鹤壁站综合监测站的申报单位之一。河南师范大学的李学军教授早在2017年便与同事一起建设了河南师范大学生态系统野外科学观测研究站等监测平台,开始参与鹤壁市农田生态系统的监测工作。

  李学军向记者介绍,太行山区土壤保持区是国家生态保护监管重点区域,由于太行山地土壤质量优良率整体偏低,制约了太行山地农业生产的发展。因此,需要加强对太行山农田生态系统的监测,及时有效地发现影响ECO健康的制约因子,从而能够有效控制污染、改进农业生产方式,提高农业生产效率、降低生产所带来的成本,也能保护好这片土地。

  相较于森林、海洋等生态系统,农田生态系统是在某些特定的程度上受人工控制的生态系统,人的作用很关键。李学军表示,农田中的动植物种类较少,群落的结构单一。人们必须不断地从事播种、施肥、灌溉等活动,才能够使农田生态系统朝着对人有益的方向发展。所以,相较于森林、海洋等其他生态系统,对于农田生态系统的监测手段和监测对象都比较多样。

  “目前农田生态系统的主要监测指标包括两大类,一是农业外因,二是农业气象要素。”李学军说,“农业外因一般来说包括光能、水分、空气、土壤、营养元素和生物种群,以及人和人的生产活动等;农业气象要素最重要的包含光照、气温、空气中水分含量、降水、蒸发、风速和天气现象,以及土壤上层的温度等。相较于前几年,我们的监测内容和指标变得更丰富了,增加了环境污染和生物入侵的相关联的内容和指标,使得监测系统更完善和科学。”

  目前,鹤壁市已初步建成由农业气象观测站、农业气象试验站、自动土壤水分观测站等组成的农田生态系统监测网络。随着科学技术进步,农田生态系统的监测技术和手段也在不断更新换代。“物联网、自动化等光电和信息技术大量使用,使得农田生态系统的监测更加智能、高效和准确。”李学军举了一个例子,比如运用了新兴技术的软件平台可进行作物种类识别、根系分析等多维度分析,数据可接入全国农作物重大病虫害数字化监测预警系统、全国土壤墒情监测系统,还能够给大家提供未来5天的参考蒸发蒸腾量、天气预测、全年极端气候分析。“鹤壁农田ECO监测站刚刚建立,目前只具备地面监测的技术和手段,未来还会有更多技术加入进来,实现监测分析预警和污染源溯源分析,数据利用、综合评价,建立太行山农田生态系统数据库和生态环境监视测定管理长效机制。”李学军表示。

  天津市滨海新区汉沽大神堂海域,深蓝色的海水下面,不仅有鱼、虾、蟹等众多水生生物,还有这片海区特有的景观——牡蛎礁。

  牡蛎礁是由活体牡蛎、死亡牡蛎的壳以及其他礁区生物堆积组成的聚集体。如同珊瑚礁一样,牡蛎礁为众多海洋生物提供了栖息繁衍的场所,还起着净化海水的作用,被称为“ECO工程师”。曾经一段时间,过度捕捞让大神堂海域的牡蛎数量和礁体面积骤减。为保护这片海域的生态,2000年起,我国建立了天津大神堂牡蛎礁国家级海洋特别保护区,牡蛎礁成为保护区的重点保护对象。

  对牡蛎礁进行生态质量监测是保护牡蛎礁的重要一环。每年,天津市海洋环境监测预报中心海洋生态室徐玉山主任和同事们都会在天气晴好的时候带上采样设备和工具,乘坐监测船来到天津大神堂牡蛎礁海域,对这里的水质、沉积物以及牡蛎礁生长状况等进行监测。

  “我们每一位监测员的分工都不相同,工作内容也比较多,比如将采水器下放至水面以下0.5米处采集表层水质样品,用浮游生物网由海底垂直拖拽至水面采集浮游生物样品,采用采泥器采集沉积物和底栖生物样品……当然最重要的是操作水下机器人对牡蛎礁体生长状况做拍摄,我们的专业潜水员还会下潜至牡蛎礁处采集牡蛎样品。最后这一些数据和样本都会送回到实验室做检测分析。”徐玉山说。

  相较于森林、农田等陆上ECO的监测,海洋ECO的监测会用到许多特有的技术设备,比如徐玉山和同事们经常用到的水下机器人。这种机器人身形灵巧,在水下活动自如,还有高清摄像头,能清楚地拍摄水下的画面。近年来,已经有不少国产水下机器人运用在海洋探测和监测工作中,智能化程度也慢慢变得高。这些机器人能携带各种传感器、照明设备和探测设备,拍照片、拍视频、采集样本、勘测地形……这些对于它们来说都不是难事。

  不仅仅是天津,近年来,我国沿海城市为保护海洋中珍贵的牡蛎礁,综合运用了各种智能化、数字化技术方法进行监测。去年4月,山东省潍坊市“牡蛎礁在线监测平台”正式上线。科研人员为牡蛎礁监测打造了一整套智慧生态监测系统,在牡蛎礁修复区域设置了六大监测点,并配置了多种传感器,能够实时连续监测牡蛎的生长状况,还可以实时采集牡蛎礁区域的水温、盐度、流速等各项数据。

  在监测平台首页,环境数据、监测历史以及设备状态等数据都清楚地列出,通过左侧的视频窗口,还可以清晰看到水下一条条小鱼在牡蛎礁之间来回穿梭嬉戏的画面。这些画面得益于高清的水下摄像机每天不知疲倦地工作,近距离、多角度、全方位地采集汇总牡蛎礁修复效果。特别是三合一云台数字水下摄像机,能够拍摄并实时传输高清视频画面,让监测人员无需下水也能身临其境般地知晓水下状况。

  监测的多个方面数据显示,近年来,在我国的相关保护的方法之下,曾经被破坏的牡蛎礁正在慢慢地恢复中。徐玉山表示,近来我们监测到的牡蛎密度明显高于往年调查的最终结果,新生牡蛎幼体数量有较大增加,由此表明生态修复项目的实施对牡蛎礁的保护和恢复起到了积极的作用。

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