Status and enlightenment of natural resources monitoring and observation network construction in China and aboard
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摘要:
自然资源是人类生存、社会发展和经济建设的物质基础，监测与观测地球系统各圈层及山水林田湖草沙冰等要素对自然资源管理决策和地球系统科学研究具有十分重要的科学和现实意义。梳理了美国、英国、德国、法国、澳大利亚等国家自然资源相关网络的建设思路及站点部署、监测与观测内容指标、技术方法、新型装备等，总结国际经验与启示，即注重地球系统科学框架下的系统监测与综合观测，提升标准化长期连续监测与观测能力，加强天-空-地立体化协同式监测与观测。分析中国自然资源相关监测网络的发展现状和存在不足，提出建设国家自然资源监测网络的初步构想，以期为中国自然资源监测体系建设提供参考与借鉴。
Abstract:Natural resources are the material basis of human survival, social development and economic construction.Monitoring and observing the various spheres of the earth system and its components such as mountains, rivers, forests, fields, lakes, grass, sand and ice are of great scientific and practical significance for natural resource management decision-making and earth system scientific research.This paper summarizos the construction ideas, site deployment, monitoring and observation content indicators, technical methods and new equipment of natural resource related networks in the United States, England, Germany, France, Australia and other countries, and summarizes international experience and enlightenment, that is, pay attention to comprehensive monitoring and observation under the framework of earth system science, improve standardized long-term continuous monitoring and observation capabilities, and strengthen based on space-sky-ground collaborative monitoring and observation.This paper analyzes the development status and existing deficiencies of China's natural resource related monitoring network, and puts forward the preliminary idea of building a national natural resources monitoring network, in order to provide reference for the development of China's natural resource monitoring and observations.
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致谢: 成文过程中得到中国地质调查局吴爱民教授级高级工程师，中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心郝爱兵教授级高级工程师、任金卫研究员、刘晓煌正高级工程师，中国地质环境监测院周平正高级工程师等专家的宝贵意见，在此一并致以衷心的感谢。
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表 1 国外自然资源相关监测与观测网络介绍
Table 1 Overview of natural resources monitoring and observation network construction in foreign countries
序号 名称 已建站点数量 监测与观测内容和指标 建设运行情况 1 美国国家生态观测网络(NEON) 81个观测站，其中47个陆地观测站和34个淡水水域观测站；部署1.7万余个传感器，2000个样地 气候、地表水、地下水、土壤、植物、动物、微生物等 气象、大气质量、土壤结构与理化性质、地表水和地下水的理化及生物性质、土地利用/土地覆盖、植物结构与特征、动物种类与数量、微生物多样性等方面的153项指标，其中仪器自动监测指标63项 美国国家科学基金会2000年提出建立，历经20 a规划建设，耗资4.6亿美元，于2019年8月建成运行 2 美国水资源监测站网 大约190万个站点，其中1.35万余个实时或近实时监测站点 地表水、地下水、大气水等水资源 河流、运河、沟渠等水流流量，河流、湖泊、水库、湿地等地表水水位，地下水水位，泉水位，水温、电导率、pH值、溶解氧、浊度、叶绿素、有机物、主要无机物、悬浮泥沙等水质参数，以及降水量、蒸发量、气温、气压、湿度、风速、风向、太阳辐射量等 美国地质调查局运营与维护，其中一些实时站点运行超过100 a 3 英国环境变化监测网络(ECN) 57个监测站，其中12个陆地站、29个河流站和16个湖泊站 气象条件 太阳辐射量、净辐射量、湿度、气温、风速、风向、降雨量、天空和地面反射率、地表湿度等 英国环境食品与农村事务部、自然环境研究委员会、林业委员会等14个政府部门和机构共同赞助，自然环境研究委员会生态与水文中心负责运行管理，通过整合已建野外观测站(如洛桑试验站)组网运行，网络监测数据时间序列长达25 a以上 大气成分 二氧化氮、氨气 降水化学 pH值、电导率、碱度、钠、钾、钙、镁、铁、铝、磷酸盐、氨氮、硝酸盐、氯化物、硫酸盐 地表水 流量、水温、pH值、电导率、浊度、碱度、总磷等37项水质指标 土壤水 pH值、电导率、碱度、钠、钾、钙、镁、铁、铝、总磷、总氮、磷酸盐、氨氮、硝酸盐、氯化物、硫酸盐、溶解有机碳 土壤特性 土壤湿度、容重、pH值、钾、钙、镁、锰、铅、总氮、总磷、锌、镉、铜、汞、钴、钼、砷、铬、镍、有机碳、无机碳酸盐等 植物 植物的种类，森林的胸径、高度和优势度，草地生物量 浮游植物和大型水生植物的种类、丰度，以及大型水生植物的分布 动物 食草动物鹿、羊、兔，以及蝙蝠、青蛙、鸟类的种类、数量 无脊椎动物飞蛾、蝴蝶、甲虫、蜘蛛的种类、数量、丰度 浮游动物和大型底栖无脊椎动物的种类、丰度 4 德国陆地环境观测网络(TERENO) 4个观测站，分别代表德国东北部低平原区、中部哈尔茨低平原区、西部埃菲尔/下莱茵河谷、南部前阿尔卑斯山区 大气层 降水量、气温、湿度、风速、风向、辐射、CO2和H2O通量等 2008年启动建设，由德国亥姆霍兹国家研究中心联合会运行管理 土壤 土壤湿度、土壤温度、土壤碳和氮、土壤密度、土壤养分等 水 地表水位和流量、地下水位、水质、细菌毒素、异种生物等污染物 生物 植被初级生产力、树木生长量，软体和两栖动物的种类、数量等 5 法国地球关键带观测网络(OZCAR) 21个观测站，其中包含60多个仪器站点(尺度从地块到整个河流集水区) 大气层 降雨量、气温、风速、风向、空气压力、空气湿度、辐射、雨的化学成分、雨水氧和氢同位素组成 2015年启动运行，主要通过整合已建站点，由法国高等教育、研究和创新部资助 地表水 流量、水温、电导率、浊度、悬浮泥沙浓度、水化学成分、地表水氧和氢同位素组成 地下水 土壤含水量、地下水位、地下水温度、地下水电导率、地下水化学成分、地下水氧和氢同位素组成 地表层 土地利用/土地覆盖、农业投入的化学成分 6 澳大利亚陆地生态系统研究网络(TERN) 13个实地观测与遥感校验场地，16个生态系统过程监测超级站，800余个生态系统样地样带观测点 景观环境 土地覆盖变化、植被组成与多样性、植被结构特性与生物量等 2009年启动建设，由国家合作研究基础设施战略、昆士兰州政府、西澳大利亚州政府和南澳大利亚州政府共同支持 生态系统 植物物种丰富度、多样性、丰度和覆盖度，植被状态、结构与变化、空间异质性和结构复杂性，土壤碳和养分储量 生态系统过程 气温、空气湿度、风速、风向、降雨量、输入/输出短波和长波辐射、净辐射、显热通量、潜热通量、水蒸气浓度、总蒸发量、二氧化碳浓度、土壤热通量、土壤温度、土壤湿度、地表水流量、地下水位、水质、总初级生产力、净生态系统呼吸、鸟类种类、植被种类、胸径、茎高、地上生物量、叶面积指数、植被覆盖、土壤微生物生物多样性等 7 瑞士树网(TreeNet) 61个监测站点，包括13个种类约450棵树 森林资源 树木胸径、空气温度和相对湿度、土壤温度和土壤水势、树液流、森林与大气之间CO2和H2O交换通量等 2011年建成运行，瑞士联邦森林雪地和景观研究所、苏黎世联邦理工学院、应用植物生物学研究所等单位联合实施 
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表 2 中国自然资源相关监测与观测网络
Table 2 Overview of natural resources monitoring and observation network construction in China
序号 名称 已建站点数量 监测/观测 类型 建设部门及时间 内容 指标 1 国家地下水监测网 监测井20317个、测流站152个 地下水资源 水位、水温、水量(自动监测)，水质指标(采样测试) 业务网 自然资源部、水利部，2015年 2 全国水文监测网 水文站7309个、水位站15429个、雨量站55413个 地表水资源 河流流量、水位、含沙量，湖泊水库水位、蓄变量等 业务网 水利部，1956年 3 国家地表水水质自动监测网 3646个 地表水水质 水温、pH值、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、叶绿素α、藻密度等 业务网 生态环境部，1999年 4 中国气象监测网 国家站2421个、区域站65164个 气象、气候资源 降水量、气温、气压、湿度、水汽压、风速、风向等 业务网 中国气象局，1959年 5 国家土壤环境监测网 79941个 土地资源 pH值、阳离子交换量、镉、汞、砷、铅、铬、铜、镍、锌、六六六、滴滴涕等 业务网 生态环境部、农业农村部、自然资源部，2017年 6 国家生态系统观测研究网络(CNERN) 53个 农田、森林、草地、湿地、湖泊、荒漠、海洋等生态系统 气象要素、土壤要素、底质要素、水环境要素、生物要素等280余项指标 科研网 科技部，2005年 7 中国生态系统研究网络(CERN) 44个 科研网 中国科学院，1988年 8 中国森林生态系统定位研究网(CFERN) 201个 森林资源 森林水文要素、森林土壤要素、森林气象要素、森林小气候梯度要素、森林调控环境空气质量功能、森林群落学特征、森林动物资源等300余项指标 科研网 国家林草局林业科学研究院，1992年 9 中国荒漠-草地生态系统观测研究野外站联盟 30个 荒漠、草地等自然生态系统 水分要素、土壤要素、气象要素、生物要素等102项指标 科研网 中国科学院、国家林草局、教育部和农业农村部，2013年 10 中国生物多样性监测与研究网络 90个 生物资源 动物、植物、微生物等物种种群、物种性状、群落组成、遗传组成、生态系统结构和生态系统功能 科研网 中国科学院，2013年
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