环境监测 第七部分 生态监测技术

1、7. 生态监测技术崔兆杰2003.6 7.1 生态监测技术概况7.1.1 生态质量与生态监测n生态质量目前尚无统一的明确的定义n生态监测是生态系统层次的生物监测，是运用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提供重要科学依据的科学活动过程7.1.2 生态监测技术类型与空间尺度1. 宏观生态监测宏观生态监测n对象：区域范围内各类生态系统的组合方式、镶嵌特征、动态变化和空间分布格局等及其在人类活动影响下的变化n内容：监测区域范围内具有特殊意义的生态系统的分布及面积的动态变化2. 微

2、观生态监测微观生态监测n微观生态监测是指对一个或几个生态系统内各生态因子进行的物理和化学的监测n对象：某一特定生态系统或生态系统聚合体的结构和功能特征及其在人类活动影响下的变n分类：干扰性生态监测：对人类特定生产活动所造成的生态干扰监测污染性生态监测：对农药及一些重金属污染物等在生态系统中食物链的传递及富集的监测治理性生态监测：对破坏生态系统经人类的治理后生态平衡恢复过程的监测7.1.3 生态监测的任务与特点n基本仟务：(1)对区域范围内珍贵的生态类型包括珍稀物种以及因人类活动所引起的重要生态问题的发生面积及数量在时间以及空间上动态变化的监测。(2)对人类的资源开发话动所引起的生态系统的组成、

3、结构和功能变化的监测。(3)环境污染物对生态系统的组成、结构和功能的影响监测及其在生物链中的传递。(4)对破坏的生态系统在人类的治理过程中生态平衡恢复过程的监测。(5)通过监测数据的集积，研究上述各种生态问题的变化规律及发展趋势，建立数学模型，为预测预报和影响评价打下基础。(6)为政府部门制定有关环境法规，进行有关决策提供科学依据。(7)寻求符合我国国情的资源开发治理模式及途径，以保证我国生态环境的改善及国民经济持续协调地发展。(8)支持国际上一些重要的生态研究及监测汁划，如GEMS、MAB、IGBP等，加入国际生态监测网络7.1.3 生态监测的任务与特点n特点：综合性长期性复杂性分散性7.1

4、.4 国内生态监测状况n自然环境质量评价指标体系方面n 生态监测指标的研究方面n生态监测宏观领域n生态监测宏观领域n世界总体趋势：遥感手段和地面监测相结合，从宏观和微观角度来全面审视生态质量状况网络设计上趋于一体化，考虑全球生态质量变化，重视加强国与国之间的合作在生态质量评价土逐步从生态质量现状评价转为牛态风险评价，对于生态质量状况提供早期预警在信息管理上强调标准化，广泛采用地理信息系统，重视国与国之间数据联系7.2 生态监测技术大纲n技术大纲的主要工作内容：明确生态监测的基本概念和工作范围，并制定相应的技术路线，提出主要的生态问题以便进行优先监测，制定我国主要生态类型和微观监测的指标体系，依

5、据目前的分析水平，选出常用的监测指标分析方法7.2.1 生态监测技术路线（见下页图）7.2.2优先监测的生态项目及生态台站的选定n优先监测的生态项目：优先监测的生态项目：(1)全球气候变暖所引起的生态系统或动植物区系位移的监测(2)珍稀濒危动植物物种的分布及其栖息地的监测(5)水土流失的面积及其时空分布和环境影响的监测(4)沙漠化的面积及其时空分布和环境影响的监测(5)草场沙化退化面积及其时空分布和环境影响的监测(6)人类活功对陆地生态系统包括森林、草原、农田和荒漠等结构和功能的影响监测(7)水环境污染对水体生态系统包括湖泊(含水库)、河流和海洋等结构和功能的影响监测。(8)主要环境污染物包括

6、农药、化肥、有机污染物和重金属在土壤一植物一水体系统中的迁移和转化的监测t(9)水土流失地、沙漠化地及草原退化地优化治理模式的生态平衡监测。(10)各生态系统中微量气体的释放通量与吸收的监测。7.2.2优先监测的生态项目及生态台站的选定n生态监测台站的选定：(1)生态监测台站包括生态监测平台和野外生态监测站两种类型。(2)生态监测平台必须以遥感技术作支持，并要具备容量足够大的计算机和宇航信息处理装置，生态监测平台是宏观监测的工作基础。(3)野外生态监测站必须以完整的室内外分析观测仪器作支持，并要具备计算机等信息处理系统，以实现监测网络内信息的共享。野外生态监测站是微观监测的工作基础。(4)生态

7、监测台站的选定必须考虑区域内生态系统的典型性和代表性及台站对全区的可控件。一个大的监测区域至少应设置一个监测台和数个野外监测站7.2.3生态监测主要类型的指标体系的确定n生态监测指标体系主要是指野外生态站的地面或水面监测项目n设置指标体系时，首要的考虑因素是生态类型及系统的完整性，要充分考虑生态系统的功能以及不同生态类型间相互作用的关系n生态监测指标体系的确定原则： (1)监测指标体系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)不同监测台站间同种生态类型的监测必须按统一的指标体系进行，尽量实现监测内容具有可比性。 (3)各监测台站可依监测项目的特殊性增加特定指标，以突出各

8、自的特点 (4)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7.2.4 不同类型生态站的指标1. 森林生态系统监测站气象要素指标n常规指标：气温、湿度、风向、风速、降水量及其分布、蒸发量、土壤温度梯度，日照和辐射收支。n选择指标：大气干湿沉降物及其化学组成，林冠径流量及化学组成，林间CO2气体浓度及其动态水文要素指标n常规指标：地表径流量及其化学组成(N、P、K、Ca、Mg、Na、S、有机质)，地下水位。n选择指标：泥沙流失量及其颗粒组成和

9、化学成分(N、P、K、Ca、Mg、Na、S、有机质)，附近河水化学成分(同上)土壤要素指标n常规指标：土壤养分含量及有效态含量(N、P、K、S)pH值，交换性酸及其组成，交换性盐基及其组成，阳离子交换量，土壤有机质含量，土壤颗粒织成，团粒结构组成容重、孔隙度、透水率、饱合水量及凋萎水量。n选择指标：土壤元素背景值土壤矿质全量，土壤CO2释放量及季节动态7.2.4 不同类型生态站的指标植物要素指标n常规指标：植物种类及组成，指示植物、指示群落、种群密度、覆盖度、土物量、长量、凋落物量、凋落物的化学组成及分解率以及热量、光能和水分的收支。n选择指标：珍稀植物及其物候特征，森林不同器官的生物量和化学

10、组成。动物要素指标n常规指标：动物种类，种群密度，生物量及时空变化，能量和物质的收支，热值。n选择指标：珍稀野少动物的数量及动态，动物灰分、蛋白质、脂肪含量、必需元素。微生物要素指标n常规指标：种类、分布及其密度和季节动态变化，生物量、热值。n选择指标：土壤酶类型与活性，呼吸强度，元素含量与总量，固氮菌生物量及其固氮量7.2.4 不同类型生态站的指标2. 草原生态系统监测站气象要素指标n常规指标与森林生态系统气象常规指标相同。n选择指标：大气CO2气体浓度及其动态，大气干湿沉降物的量及化学组成水文要素指标n与森林生态系统水文常规指标和特选指标相同。土壤要素指标n与森林生态系统土壤常规指标和特选

11、指标相同。植物要素指标n常规指标；与森林生态系统植物常规指标相同。n选择指标：珍稀物种及其物候特征。动物要素指标n与森林生态系统动物常规指标和特选指标相同。微生物要素指标n与森林生态系统微生物常规指标和特选指标相同7.2.4 不同类型生态站的指标3. 荒漠生态系统监测站n荒漠生态系统监测指标与草原生态系统监测指标基本相同n在水文要素指标中可去掉泥沙流失量及颗粒组成和化学组成，地表径流量及化学组成两项内容n在土壤要素指标中则增加土壤盐分含量及其组成、碱饱合度、土壤风蚀量以及沙丘动态监测指标7.2.4 不同类型生态站的指标4. 农田生态系统监测站气象要素指标n常规指标：与森林生态系统气象常规指标相

12、同。n选择指标：大气于湿沉降物的量及化学组成，大气CO2浓度及动态水文要素指标n常规指标：与森林生态系统水文常规指标相同。n选择指标：泥沙流失量及其颗粒组成，泥沙及径流携带农药(DDT、有机磷等)和其他有毒物质的量(Pb、Cd、Hg、Ni、Cr、F和As以及多环芳烃等)，泥沙化学组成，附近河流或水库的水质及化学成分，农田的灌水量、入渗量和蒸发量土壤要素n常规指标：与森林生态系统土壤常规指标相同。n选择指标：土壤元素背景值，土壤矿质含量，土壤CO2和CH4的释放量及季节动态，土壤农药、重金属及其他有毒物质的累积量，稻田的氧化还原电位，盐碱地的总盐分含量及八大离子组分含量，碱饱合度，土壤化肥和有机

13、肥的施用量7.2.4 不同类型生态站的指标植物要素指标n常规指标：作物地上、地下及种子生物量和化学组成，热量、水分和光能的收支。n选择指标：果实或种子中含农药、重金属、硝酸盐、亚硝酸盐等有毒物质的含量，作n物粗灰分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维。动物要素指标n常规指标：与森林生态系统动物常规指标相同n选择指标：动物体内农药、重金属、硝酸盐及亚硝酸盐等有毒物质含量，微生物要素指标n与森林生态系统微生物常规指标和特选指标相同7.2.4 不同类型生态站的指标5. 水生生态系统监测站水文气象要素n常规指标：水温、水深、水色、透明度、气温、风向、风速、降水量及其分布、蒸发量、日照和辐射。n选择指标：海况。水质

14、要素n常规指标：pH、碱度、酸度、Eh、蒸发残渣及SS、COD、BOD5、Cl-、DO、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、酚、氰化物、硫化物、重金属元家(汞、铬、铜、铅、锌、饲、铁、锰、砷)和农药含量n选择指标：油类。底质要素n常规指标：颜色、颗粒分析、有机质、总氯、总磷、pH、Eh、总汞、甲基汞、铜、铬、砷、硒、酮、铅、锌、氰化物和农药。n选择指标：硫化物、COD、BOD5浮游植物要素n常规指标：浮游植物总生物量、浮游植物群落组成及其数量(定量分类)，优势种的动态。n选择指标：有毒物质在浮游植物中的残留量7.2.4 不同类型生态站的指标浮游动物要素n常规指标：小型、中型和大型浮游动物群落结构、类型及总

15、数，优势种的变化动态总生物量。n选择指标：有毒物质在浮游动物中的残留量，底栖生物要素n常规指标：生物量、群落结构及组成(定量分类)种的丰度或覆盖面积，优势种及动态。n选择指标：有毒物质残留量。微生物要素：n细菌和大肠杆菌的总量、分类及生化活性。游泳动物要素n常规指标：个体种类与数量，年龄与丰富度，现存量，捕获量和生产力n选择指标：残毒分析，致残量和亚致死量，酶活性(P450酶)。7.2.5 生态监测指标中分析方法的选定n生态站相同的监测指标应按统一的采样、分析和测定方法进行，以便站际间的数据具有可比性和交流性。这也是生态监测规范化的基本保证n但在实际中离规范化和标准化的要求相差尚远n在确定生态

16、监测指标的分析方法过程中，应按照下面一个原则进行，即若国家已制定出该项目的分析方法标准，就应用国家标准方法，在国家尚无相关规范制定的情况下就推荐应用该学科较权威的分析方法进行分析n参考资料（P273)7.3 生态监测技术方法7.3.1 生态监测指标体系1. 自然陆地生态监测指标森林生态系统7.3.1 生态监测指标体系荒漠生态系统7.3.1 生态监测指标体系2. 农业系统生态监测指标n农业系统包括农田、农垦区、草地和水产水域4类生态于系统，各于系统的生态学特点不同，生态监测指标也不相同7.3.1 生态监测指标体系7.3.1 生态监测指标体系3. 淡水生态监测指标n淡水系统包括河流湖泊生态系统和湿

17、地生态系统2类，它们的生态监测指标体系不尽相同7.3.1 生态监测指标体系7.3.1 生态监测指标体系7.3.1 生态监测指标体系3. 海洋生态监测指标7.3.1 生态监测指标体系7.3.2 优先监测的指标体系1.优先监测指标的主要特征n优先监测指标体系不是随意确定的，也不是完全迁就现有监测能力条件确定的，优先监测指标体系的选择必须满足对生态系统的生命支持能力进行评价的最基本要求n特点：针对性适时性系统类型7.3.2 优先监测的指标体系2.优先监测指标确定的原则重点与全面兼顾的原则当前受外力影响最大、可能改变最快的指标一定要选为当前优先监测指标反映生态系统的生命支持能力的关键性指标一定要选为优

18、先监测指标有综合性代表意义的指标应当尽可能选作优先监测指标照顾现有监测能力与不放弃紧急监测指标的原则确定当前的优先监测指标必须从现有监测经验和能力的实际情况出发，属于污染生态的指标应选为当前优先监侧指标生态系统某些指标受开发压力影响而变化很快，应把这类紧急需要监测的指标列人优先监侧指标7.3.2 优先监测的指标体系优先监测指标逐步完善的原则n要根据实际情况和客观需要作适当调整总的原则是逐步发展，不断调整，使生态监测紧密服务于生态系统评价和国民经济发展的需要尽量采用可用的调查和统计资料的原则n在信息事业迅速发展的今天，生态监测系统应该首先强化信息工作和手段，充分利用已有的可用资料，减少工作重复、

19、浪费，加强协作与信息共享，通过信息利用扩展生态监测、评价能力7.3.2 优先监测的指标体系3. 各类生态子系统的优先监测指标自然陆生生态系统(1)森林生态系统 当前重点应放在污染(SO2、酸雨、O3)对森林小态系统的影响指标、森林生长量指标、火灾、虫害影响指标、酸雨引起土壤酿化指标，森林面积变化反森林垦荒、破坏指标以及林区生物多样性改变(特别是珍稀濒危物种)等方而的指标。(2)荒摸生态系统 当前重点应放在荒摸化面积扩大，准荒漠化地带植被量和过牧、樵采情况，荒漠地带水系改变以及人口、农牧业发展的情况方向的指标农业生态系统(1)农田(包括农垦区)生态系统 当前重点应放在土壤、农作物和农用水源污染土

20、地利用改变，农区植被破坏，病虫害发生情况，天敌物种变化，农垦区野生动物改变以及农用生物种和品种数量改变等方面的指标(2)草地生态系统 当前重点应放在草地面积变化，草地生产力变化，放牧强度地沙漠化程度和发展趋势，南方草地被垦殖和水土流失情况等方而的指标。(3)水产水域牛态系统 当前重点应放在水体污染、富营养化，水体利用改变域面积和水源枯渴情况，养殖与捕捞情况，水域水产物种改变等方面的指标7.3.2 优先监测的指标体系淡水生态系统n大致同于水产水域的优先指标其中湿地还要重点监侧重要水鸟、两栖类和兽类动物的物种和种群改变情况等方面的指标。海洋生态系统n大致同于水产水域生态系统的优先指标，同时要注意监

21、测赤潮发牛情况，河口流量与水质改变，海岸借开发利用情况，石油开采的污染和生态影响等方面的指标7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法1. 气象要素指标监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法2. 水文要素指标监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法3. 土壤要素指标监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法4. 植物要素指标监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法5. 动物要素指标监测方法7.3.3陆生生态

22、系统监测指标的监测方法6. 微生物要素指标监测方法7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法7. 植物要素指标的测定生物量n生物量是指一定地段面积内某个时期生存着的活有机体的数量，又称现存量n生物量的测定，采用样地调查收割法n热带天然林的生物量计算公式如下：n橡胶因是作物，植株分布均匀，枝叶繁茂，含水量也较多，将上式修订后计算橡胶的生物量7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法n草木层生物量的测定略比木本层简便些，但往往由于种类分布的不均匀性和生物质积累的季节性而影响精确度n丰满度：某种植物在生存期间内所占的地位及其饱和程度，以植物的相对高度()、盖度()、频度()三者的连乘积表示n丰满度与生物量的关系可用下式表达：7.3.3陆生生态系统监测指标的监测方法生长量n生长量是生物生产力的主要标志。绿色植物的生产力是生物生产力的基础，即单位面积的植物生产量n木本层生长量的测定，一般采