公民科学在淡水质量评估和公众意识提升中的作用日益显著：AGUARD?系统的开发及其在波兰淡水生态系统中的应用

《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Citizen science in freshwater quality assessment and public awareness rising: Development of the AGUARD? system and its application to Polish freshwater ecosystems

　　马特乌什·格里戈鲁克（Mateusz Grygoruk）| 阿格涅什卡·班科夫斯卡-索布恰克（Agnieszka Bańkowska-Sobczak）| 帕维尔·奥苏赫（Pawe? Osuch）| 罗伯特·米哈沃夫斯基（Robert Micha?owski）| 马特乌什·斯特尔马什奇克（Mateusz Stelmaszczyk）| 拉法尔·里斯（Rafa? Ry?）| 莫妮卡·米埃尔查尔奇克（Monika Mielczarczyk）| 多米尼卡·哈拉斯（Dominika Ha?as）| 马格达莱娜·杰尔任卡（Magdalena Dzierz?cka）| 马格达莱娜·普沃米恩斯卡（Magdalena P?omińska）| 亚当·萨姆塞尔（Adam Samsel）| 雅库布·斯维尔奇（Jakub ?wircz）| 莫妮卡·布热津斯卡（Monika Brzezińska）| 西蒙·P·佩普林斯基（Szymon P. Pepliński）| 马尔钦·格兹安卡（Marcin Grzanka）| 菲利普·霍法（Filip Hoffa）| 米哈尔·霍法（Micha? Hoffa）| 尼娜·德雷耶尔斯卡（Nina Drejerska）| 汉娜·莫尼乌什科（Hanna Moniuszko）
华沙生命科学大学气候变化研究中心（Centre for Climate Research SGGW, Warsaw University of Life Sciences—SGGW），波兰华沙诺沃乌尔西诺夫斯卡（Nowoursynowska），邮编02-787

**摘要**
**研究区域**
本研究聚焦于波兰的淡水生态系统，AGUARD?——这一公民科学监测系统正是在该地区开发并首次应用的。2024年5月至2025年3月期间，系统用户测量了五大洲21个国家的地表水电解 conductivity（EC）数据；不过，本研究主要分析的是在波兰收集的数据。

**研究重点**
淡水质量影响着自然生态系统、人类健康以及社会经济活动。EC是一种简单且广泛使用的水质指标。传统的水质监测依赖于政府运营的监测站，尽管这些监测站精度较高，但往往缺乏足够的空间覆盖范围。本研究介绍了AGUARD?系统，这是一种创新的基于公民科学的工具，旨在补充政府监测工作并提高公众的环境意识。系统用户共收集了近6000条EC记录，并投入了294小时进行实地测量，从而形成了一个庞大的参与式数据集。本研究的具体目标是利用这一公民科学工具，基于EC这一常用的水质指标，对波兰的淡水质量进行评估。

**该地区的新水文见解**
波兰河流的平均EC值为1124 μS/cm，表明许多地方的导电性较高。在研究的60%的河流中，电导率超过了良好水质的标准。这些观测结果不仅证实了已记录的水质趋势，还扩展了EC数据的空间和时间覆盖范围，包括那些未被政府监测系统覆盖的水体和季节。AGUARD?系统展示了用户友好的技术特性，降低了参与环境监测的门槛，促进了科学与公众之间的互动，并补充了传统的水质监测方法，具有巨大的发展潜力。

**1. 引言**
淡水质量是影响自然生态系统、人类健康和社会经济活动的基本环境因素（Daud等人，2017；Klimaszyk和Go?dyn，2020；Zuo等人，2016）。监测水质参数（如电导率EC）有助于了解污染源，包括工业排放、农业径流和城市废水（Chusov等人，2014；Das等人，2006；De Sousa等人，2014）。极高的EC值通常表明盐度水平升高，这会导致严重的生态后果。全球范围内都报告了与化学压力因素相关的淡水危机，其影响程度从食物网结构的亚致死性改变到影响脊椎动物和无脊椎动物群落的大规模死亡事件不等（Shesterin，2010；Kaushal等人，2018；Hintz和Relyea，2019）。近年来最引人注目的例子是2022年的奥得河危机，当时过高的水盐度和干旱导致鱼类和软体动物大规模死亡（Ali和Grygoruk，2025；Czerniawski等人，2024；Free等人，2023；Marchowski和?awicki，2023）。2022年夏季河水温度升高，加上排放到河流上游的矿井废水，为广盐性和嗜热性金藻Prymnesium parvum（Haptophyta: Coccolithophyceae）的生长和繁殖创造了有利条件（S?ugocki和Czerniawski，2023）。观测到的EC值几乎翻了一番，最高达到了7290 μS/cm。因此，约500公里的河流生态系统受到了损害（Free等人，2023）。从奥得河危机中得出的主要结论之一是，需要改进水质监测并加强相关部门之间的信息交流，以避免类似情况的再次发生（Free等人，2023；Marchowski和?awicki，2023）。

**2. 材料与方法**
**2.1 AGUARD?系统**
AGUARD?系统由四个部分组成（图1）。第一部分是测量设备——一个装有电导率（EC）和温度传感器的钓鱼浮标。EC测量结果会经过校正，以20°C为基准，有效测量范围为1–3200 μS/cm（表1）。

**2.2 数据收集与分析**
AGUARD?系统最初是为对特定水域水质特别感兴趣的渔民设计的，这些渔民全年都会访问河流、湖泊等水体，而其他用户通常只在温暖季节（如游泳、划独木舟、漂流等休闲活动）才前往这些地方。该系统用户无需专业知识或额外努力即可操作，只需将浮标放入水中即可。收集到的数据随后会被传输给科学机构（波兰华沙生命科学大学气候变化研究中心）的水文学家进行处理。该系统旨在填补科学研究与公众参与之间的空白，提高人们对水质问题的认识，并扩大监测的空间和时间覆盖范围。

**3. 结论**
AGUARD?系统作为一种创新且完全自主的公民科学工具，使非专家用户也能进行连续的现场EC测量，同时支持跨地区和大陆的大规模数据汇总。这种参与式的监测方式降低了参与门槛，拓宽了数据来源，并增强了数据的质量和可靠性。通过结合简单的测量设备、移动应用程序、空间数据库和专家验证，AGUARD?展示了公民科学在扩大数据收集范围方面的潜力。AGUARD?系统被用作“Citizen Science FishingForData”活动的关键元素，该活动自2023年11月以来一直在进行中。关于开发用于测量和自动存档水质的系统的概念性工作始于2022年2月，并最终创造了AGUARD?浮标和一款网络应用程序。首批AGUARD?设备作为促销活动的一部分分发给新开户的银行客户。随后，在该设备和系统变得流行后，AGUARD?浮标开始在在线和实体店销售。对参与该过程的利益相关者的分析表明，AGUARD?项目最重要的目标群体是钓鱼者，他们在水边花费相对较多的时间，并且是最早对水质负面变化作出反应的人。由于该系统并非用于特定地点的参考监测，用户可以在河流的任何地方进行测量（例如，在河岸附近、预期污染源的下方或上方）。一方面，这意味着测量结果不能作为特定时间范围内水质变化的记录。另一方面，这样的测量系统可以记录水流中的当前水质，为系统用户提供有价值的信息，并在报告任何违规情况后为自然保护服务提供依据。用户在他们选择的河流、湖泊和其他水体中进行测量，例如在钓鱼或沿着岸线散步时。测量的位置、时间和频率并未预先设定；而是取决于用户的行为。如2.1节所述，通过将传感器浸入水中指定时间来测量电导率（EC），并在结果显示在移动应用程序中后完成测量。测量之间，用户会将传感器存放在适当的保护包装中。传感器一直由用户持有，数据收集工作仍在继续。

在这项研究中，我们展示了2023年11月至2025年3月期间获得的数据。尽管全球AGUARD?用户记录的数据更多（见图2），但我们分析了在波兰水体中收集的5103个单独的测量数据。大约18%的EC读数因明显错误的数据而需要从分析中剔除（包括低于20 μS/cm的过低EC值，这些数据可能是由于浮标迅速从水中取出造成的；或者极高的EC值，结合GPS坐标可以怀疑测量是在海洋或半咸水区域进行的）。收集的GPS坐标有助于将测量数据关联到具体的水体（湖泊、河流、水库）。通过进一步的空间分析，可以根据应用于所研究河流、湖泊和水库的其他标准来分析这些数据。

使用AGUARD?系统的数据，我们初步评估了波兰河流、湖泊和水库的水质。我们参考了波兰水质监测和评估的标准，这包括生态和化学状况，两者共同构成了所谓的一般状况。该系统符合欧盟《水框架指令》的要求。电导率（EC）是评估生态状况时考虑的一个要素。作为几个物理化学参数之一，它在系统中起着支持作用，与最重要的生物要素并列。为了进行这项分析，我们采用了表示良好水质状况的EC阈值，同时考虑了所监测水体的多样性。这种方法得到了波兰官方分类系统的支持，该系统区分了20种河流和溪流的非生物类型以及7种湖泊的非生物类型，每种类型都有不同的EC阈值，以实现良好的生态状况（2021年6月25日基础设施部法规）。因此，根据各个水体的非生物类型，为其分配了相应的EC阈值。本研究分析的数据集涵盖了16种河流的非生物类型（良好的水质状况EC阈值范围为300至2300 μS/cm）和3种湖泊的非生物类型（EC阈值为600 μS/cm）（详见补充材料中的表S1和S2）。除了河流和湖泊，我们的数据集还包括水库，如大坝水库和各种类型的池塘。对于数据集中的大坝水库（Dier?no Du?e、Rybnicki和Topola），我们采用了波兰法规中定义的符合良好生态潜力的EC阈值（2021年6月25日基础设施部法规），并在最新的流域管理计划中为每个水库单独指定（http://karty.apgw.gov.pl:4200/informacje）。这些水体的临界EC值接近湖泊的值（600 μS/cm），范围从600 μS/cm（Dier?no Du?e和Rybnicki）到690 μS/cm（Topola）。对于其余的水库（主要是小型蓄水池和公园池塘），立法层面没有制定具体标准；因此，我们对数据集中的所有水库采用了统一的临界值600 μS/cm（见补充材料中的表S3）。

我们在研究中使用的另一个基于EC评估水质的标准是淡水的定义。波兰法规（2017年12月7日卫生部长法规）将2500 μS/cm的EC限值定为人类饮用的要求。同时，有时淡水被定义为EC值不超过1500 μS/cm的水体，更高的EC值通常表示半咸水特性。然而，这主要是由于盐度的影响，例如氯化物和钠的存在。在我们的数据集中，升高的EC水平可能是由其他化学成分引起的，包括硫酸盐（来自矿山污水排放）、金属（其他工业污水）、营养物质以及来自土壤施肥和/或市政废水的其他溶质。因此，我们最终决定在研究中使用2500 μS/cm的标准。

3. 结果
3.1. 测量概览 - 空间和时间尺度
从2023年11月28日到2025年3月22日，AGUARD?系统共存档了5895次水质测量数据，这些测量数据来自5个大洲的21个国家（见图2A）。大多数记录来自波兰（87%，5103次测量）。然而，由浮标用户生成的数据集也涵盖了遥远且有趣的地点，如挪威的亚北极地区、冰岛、纽约中央公园、伦敦泰晤士河、中国和摩洛哥。重要的是，这些测量数据涵盖了全年，不仅在鱼类活动高峰期（夏季、春季），也在不太理想的季节进行了测量，尽管秋季至冬季的数据量较少（占总测量量的22%），相比之下2024年4月至8月的数据量占78%（见图2B）。
平均每月存档346次测量数据，相当于每天进行并提供超过11次测量结果（见图2B）。重要的是，波兰的数据集覆盖了整个国家（见图2C），测量点在全国范围内分布较为均匀。特别值得注意的是维斯瓦河（波兰最大的河流）和首都华沙地区的测量点网络（见图2C）。在波兰水体中进行的测量中，98%来自河流，其余2%来自湖泊和水库（见图3）。

尽管AGUARD?系统不记录单次水质测量的具体时间，但根据我们的经验和用户提供的信息，我们估计单次测量的平均时间为两分钟（从将浮标放入水中到连接到移动应用程序并获取测量结果）。因此，我们可以估计AGUARD?用户花费了196.5小时进行测量，大约相当于连续八天的水质测量。

3.2. 波兰河流和湖泊的电导率
在波兰，测量地点涵盖了314条河流（n=5021）、28个湖泊（n=63）和12个水库（n=19）（见图4A和4C）。河流的平均EC值为1124 μS/cm（±2500 μS/cm）。记录到的最低EC值为30 μS/cm（沼泽泥炭地沟渠），而最高EC值超过了8000 μS/cm（K?odnica河，该河流接收来自煤矿的废水；见图4A和5C；然而这些值可能超出了AGUARD?浮标的有效测量阈值3200 μS/cm）。当使用特定于河流非生物类型的阈值作为河流良好生态状况的指标时，2912段河流（占总测量量的60%）不符合这一标准（见图4B和D）。值得注意的是，水质较差的河流（或溪流）分布在波兰的不同地区（见图4）。此外，有477段河流（约9.5%）显示出非常高的EC值，超过了2500 μS/cm——这是我们研究中为淡水设定的阈值（见图4C）。水质较差的河流主要分布在波兰南部和首都华沙附近。这一观察结果反映了受煤炭开采、盐水排放到地表水和其他工业影响地区的环境压力——以及收集数据的空间分布（这些地区的测量点众多，见图2A）。尽管如此，波兰南部河流的污染水平仍然很高，包括奥德河及其支流（K?odnica和Ruda），相比之下，波兰中部和东部的河流污染水平较低（见图5C）。在奥德河中，平均EC值（2905 μS/cm）超过了良好生态状况的非生物类型特定EC阈值（大型低地河流为850 μS/cm）三倍以上（见图5C），也超过了淡水规定的2500 μS/cm阈值。

3.2.1. 测量概览 - 空间和时间尺度
在2023年11月28日至2025年3月22日期间，AGUARD?系统共存档了5895次水质测量数据，这些数据来自5个大洲的21个国家（见图2A）。大多数记录来自波兰（87%，5103次测量）。然而，由浮标用户生成的数据集也涵盖了偏远且有趣的地点，如挪威的亚北极地区、冰岛、纽约中央公园、伦敦泰晤士河、中国和摩洛哥。重要的是，这些测量数据覆盖了全年，不仅包括鱼类活动高峰期（夏季、春季），也包括不太理想的季节，尽管秋季至冬季的数据量较少（占总测量量的22%），相比之下2024年4月至8月的数据量占78%（见图2B）。
平均每月存档346次测量数据，相当于每天进行并提供超过11次测量结果（见图2B）。重要的是，波兰的数据集覆盖了整个国家（见图2C），测量点在全国范围内分布较为均匀。特别值得注意的是维斯瓦河（波兰最大的河流）和首都华沙地区的测量点网络（见图2C）。在波兰水体中进行的测量中，98%来自河流，其余2%来自湖泊和水库（见图3）。

尽管AGUARD?系统不记录单次水质测量的具体时间，但根据我们的经验和用户提供的信息，我们假设单次测量的平均时间为两分钟（从将浮标放入水中到连接到移动应用程序并获取测量结果）。因此，我们可以估计AGUARD?用户花费了196.5小时进行测量，大约相当于连续八天的水质测量。

3.2. 波兰河流和湖泊的电导率
在波兰，测量地点涵盖了314条河流（n=5021）、28个湖泊（n=63）和12个水库（n=19）（见图4A和4C）。河流的平均EC值为1124 μS/cm（±2500 μS/cm）。记录到的最低EC值为30 μS/cm（沼泽泥炭地沟渠），而最高的EC值超过了8000 μS/cm（K?odnica河，该河流接收来自煤矿的废水；见图4A和5C；然而这些值可能超出了AGUARD?浮标的有效测量阈值3200 μS/cm）。当使用特定于河流非生物类型的阈值作为河流良好生态状况的指标时，2912段河流（占总测量量的60%）不符合这一标准（见图4B和D）。值得注意的是，水质较差的河流（或溪流）分布在波兰的不同地区（见图4）。此外，有477段河流（约9.5%）显示出非常高的EC值，超过了2500 μS/cm——这是我们研究中为淡水设定的阈值（见图4C）。水质较差的河流主要分布在波兰南部和首都华沙附近。这一观察结果反映了受煤炭开采、盐水排放到地表水以及其他工业影响地区的环境压力——以及收集数据的空间分布（这些地区的测量点众多，见图2A）。尽管如此，波兰南部河流的污染水平仍然很高，包括奥德河及其支流（K?odnica和Ruda），相比之下，波兰中部和东部的河流污染水平较低（见图5C）。在奥德河中，平均EC值（2905 μS/cm）超过了良好生态状况的非生物类型特定EC阈值（大型低地河流为850 μS/cm）三倍以上（见图5C），也超过了淡水规定的2500 μS/cm阈值。

3.2.2. 波兰河流和湖泊的电导率
使用AGUARD?系统收集的个别EC记录：
A - 波兰河流；
B - 使用特定于非生物类型的阈值评估波兰河流的水质；
C - 应用2500 μS/cm阈值评估的波兰河流的EC记录；
D - 符合或超过特定非生物类型EC阈值的波兰河流的比例；
E - 符合或超过特定非生物类型阈值的波兰湖泊和水库的比例；
F - 基于应用于自然湖泊的特定非生物类型阈值和应用于水库的两种阈值（600和2500 μS/cm）评估的波兰湖泊和水库的水质；
G - 基于应用于自然湖泊的特定非生物类型阈值和应用于水库的两种阈值（600和2500 μS/cm）评估的波兰湖泊和水库的水质。
为了数据展示的目的，将符合良好生态状况/潜力特定EC标准的EC记录分类为“良好”，不符合该标准的记录分类为“不良”。非生物类型及其对应的EC阈值在补充材料中提供。

3.2.3. 波兰河流和湖泊的电导率分布
使用AGUARD?系统测量的波兰河流的电导率直方图：
A - 用AGUARD?系统测量的波兰河流的电导率直方图；
B - 用AGUARD?系统测量的波兰湖泊的电导率直方图；
C - 用AGUARD?系统测量超过20次的波兰选定河流的电导率分布；
D - 用AGUARD?系统测量超过2次的波兰选定湖泊的电导率分布。
箱线图：x - 平均值，箱内的垂直线 - 中位数，箱的上部和下部 - 第75和第25百分位数，箱的上部和下部 whisker - 第95和第5百分位数。请注意，由于技术原因，超过3200 μS/cm的数值超出了有效的测量范围。在K?odnica（奥得河的一条支流，主要接收采矿后的废水）中，电导率（EC）值低于2500 μS/cm的阈值的情况出现了两次（K?odnica的平均EC值为4200 μS/cm，见图4C）。通过研究期间EC值的变化情况，我们观察到在有数据的8个月中，有6个月的平均月EC值超过了淡水的阈值（见图6）。这表明这条河实际上并不像一个淡水生态系统那样运作。同样，波兰最大的河流维斯瓦河的结果也令人担忧，因为其EC值经常大幅超过良好状态的设定限值（大型低地河流为850 μS/cm），有时甚至超过了淡水系统的阈值（见图5C）。

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图6. 基于AGUARD?系统不规则测量数据，评估K?odnica（河流）和?niardwy（湖泊）的平均月EC值的时间变化。请注意，由于技术原因，超过3200 μS/cm的数值超出了有效的测量范围。湖泊和水库的平均EC值为542 μS/cm（见图4C），大约是河流中的两倍。然而，在20个湖泊中（占测量总数的24%），记录到了平均EC值超过600 μS/cm的情况（这是为良好生态状态设定的特定类型阈值），其中包括几个城市湖泊，如波兰首都华沙最大的湖泊Czerniakowskie。最高的EC值通常出现在水库中，尤其是在工业区（见图4D）。其中，Dzier?no Du?e水库（由K?odnica河供水）的EC值异常高，超过了3000 μS/cm（见图5D）。该水库因Prymnesium parvum藻类的爆发而闻名，这导致了2022年奥得河的生态灾难。同样，Rybnicki水库的EC值相对稳定，约为1500 μS/cm（见图5D）。这两个水体都位于波兰南部的采矿密集地区。重要的是，这些是数据集中唯一EC值超过淡水阈值的静水体，表明其水质发生了严重变化（见图4F）。在Dzier?no Du?e湖中，这一阈值在每次测量中都被超过。相比之下，波兰北部的湖泊（如Mamry湖和Kalwa Wielka湖）以及中部的湖泊（主要是小型蓄水池或公园池塘）的EC值始终低于500 μS/cm（见图4C）。

4. 讨论
4.1. 基于公民监测得出的波兰水质状况
在这项研究中，我们根据AGUARD?系统的用户提供的电导率测量数据评估了水体（河流、湖泊、水库）的数量。由此得出的情况令人悲观。波兰河流的平均EC值为1124 μS/cm，未达到EC阈值——这是关键的水质指标之一。波兰南部的水质问题尤为严重，那里的水体已经失去了淡水特性，可以被认为是受到严重破坏的生态系统。那里的电导率水平与波罗的海海水入侵的波兰沿海湖泊相似（Cie?liński, 2013）。这些生态系统受到严重影响的原因包括采矿后的废水排放和其他工业压力。在K?odnica河中，污染源主要是工业和市政废水（Nocoń等人，2006）。波兰河流的平均EC值接近Hartman等人（2021）设定的1500 μS/cm的标准，这是Prymnesium parvum藻类爆发的前提条件。946次单独的河流测量结果（占19%）超过了1500 μS/cm，表明如果这种盐度水平持续存在，这种藻类的爆发可能会更频繁地发生。

我们意识到，使用AGUARD?系统的体育钓鱼者和其他非专业用户提供的数据可能存在偏差，因为他们的测量方法可能与标准化协议不同。例如，我们预计许多数据来自滨水区，那里有特定的条件（如地下水的影响），而在专业研究中，通常会考虑河流中的流线区域或湖泊/水库的浮游区作为代表性站点。因此，EC值可能会受到这些局部条件的影响。此外，在基于AGUARD?数据的水质评估中，我们采用了波兰法规设定的阈值，这些阈值是根据每年一定数量的测量结果（河流为12次，湖泊为4次，水库为6次）得出的平均值。对于湖泊而言，阈值EC值（以及其他参数）仅应在生长季节内进行测量来确定（2021年6月25日基础设施部法规）。AGUARD?用户提供的EC数据在某些方面与这些方法论假设有所不同，因为在许多地点进行的测量次数较少，且湖泊数据来自不同的时间段（不仅仅是植被季节）。此外，为湖泊设定的阈值适用于面积大于50公顷的水体，因此通常不适用于较小的湖泊。然而，考虑到我们获得的大量EC数据以及研究中采用的EC限值非常保守（无论是定义良好水质状态的阈值还是定义淡水的阈值），我们可以认为从我们的分析中得出的波兰水质总体情况是准确的，尽管结果令人遗憾。

4.2. 公民科学的应用
虽然环境问题很复杂（Croson和Treich, 2014），但使用用户友好的工具简化环境监测可以减少认知负担，使个人更容易参与其中。这与有限理性的概念相符，该概念认为简化复杂任务可以促进参与。AGUARD?系统的应用类似于对资源消耗的实时反馈研究，这些研究证明基于技术的干预可以提供信息，帮助个人克服认知偏差（即个人愿望与行为之间的差异）在环境决策中的影响（Tiefenbeck等人，2018）。同时，快速且几乎无需努力的过程并不排除公民的积极参与。如上所述，使用AGUARD?系统的总测量时间为196.5小时，全年都有测量，平均每月记录约350条数据。尽管存在局限性，AGUARD?系统成功记录了多次EC值超过阈值的情况，突显了潜在的环境问题。这不仅提高了用户对当地环境的意识，还鼓励他们向相关部门报告发现的问题。在这种意义上，报告超标情况可以被视为一种中层行动：它超越了个人意识和私人学习（微观层面），成为连接公民与公共或机构行为者的外部参与方式，有可能促进政策制定（宏观层面）。

基于Boncinelli等人（2025）提出的多层次i-/c-/s-/n框架，AGUARD?系统可以被视为一项社会技术基础设施，其效果在各个层面发挥作用。在i层面，钓鱼浮标传感器和移动应用程序的设计旨在最小化个人努力和知识需求，从而支持水质状况的基本解读。在c层面，这些单独生成的测量数据一旦存储在共同的空间数据库中并可视化在地图上，就成为共享的集体资源，促进了集体监测实践（例如，随时间重复测量、不同地点之间的非正式协调）以及用户之间的水质模式共识。在s层面，该系统嵌入在制度环境中：科学管理（例如本研究中的验证、质量保证和专家解读）增强了公民生成数据的可信度和可用性。最后，在n层面，该系统与生物物理过程和环境限制相关，但这一层面主要是一种通过更广泛和长期使用才能实现的潜力。

基于这一证据导向的角色，公民科学可以在环境管理中发挥关键作用，特别是在出现冲突时，例如社区反对工业污染排放或基础设施扩张时。在这种情况下，科学数据收集对于支持主张和政策变革至关重要。这一方面的环境正义运动激励社区参与公民科学，当地居民积极监测环境以建立证据基础并制定行动策略（Haklay, 2013）。AGUARD?系统就是一个例子，它赋予公民参与环境治理的能力。这与新制度经济学的原则一致，后者强调制度框架在促进集体行动和资源管理中的作用。此外，用户将收到一份详细的报告，概述迄今为止收集的数据及其更广泛的意义。这种反馈旨在增强用户对自己贡献的理解，从而增强他们的参与感。这种做法与Cardoso-Andrade等人（2022）关于沿海环境监测的研究结果一致，他们指出赋权感、习惯形成、便利条件的可用性以及对环境绩效的期望是参与公民科学的关键驱动因素。

公民科学的另一个好处是，其时间和空间尺度可以比国家监测更广泛。在我们的研究中这一点很明显。例如，AGUARD?系统的用户为一些不在国家水质监测网络中的水体提供了EC记录。例如，波兰首都华沙最大的湖泊Czerniakowskie就提供了8次测量数据。该湖泊面积较小（14公顷），因此不在国家水质监测网络的系统评估范围内（该网络仅包括面积至少为50公顷的湖泊）。关于其状态的唯一系统数据来自NATURA 2000监测网络每4-6年进行的一次性测量。尽管湖泊面积小，但它在华沙的绿地系统中起着重要作用，既是沐浴和休闲场所，也是NATURA 2000项目的一部分。因此，公民对其监测的贡献可以为湖泊管理者提供宝贵的数据来源。

在时间尺度方面，AGUARD?系统的用户提供的测量数据覆盖了不同的季节，这对湖泊尤为重要，因为国家监测通常只关注植被季节（2021年6月25日基础设施部法规），忽略了秋季和冬季。对于EC值而言，这个时期很关键，因为雪季使用盐分来维护道路通常会增加水体的EC值。同时，冬季藻类爆发越来越常见，包括有害的蓝藻（Ma等人，2015；Mikulski等人，2023），这凸显了这个季节在评估水质和湖泊生态系统状况中的重要性。该系统的另一个好处是数据可以连续收集较长时间，例如多年。与波兰的国家监测相比，这是一个重要优势，因为国家监测系统每4-6年才对特定水体进行一次定期测量。因此，国家监测可能会错过影响生态系统整体功能的变化或偶发事件。在这种情况下，来自渔民或其他社区的数据可以帮助填补这些空白，至少提供基本的心理物理参数信息。

尽管公民科学有明显的优势，但人为错误也可能显著影响数据质量。非专家参与数据收集时的主要偏差来源包括：对技术和测量程序不熟悉、注意力不足以及故意篡改结果的恶意行为（Budde等人，2017）。然而，AGUARD?系统使用的简便性最大限度地减少了与技术相关的人为偏见。此外，所有测量数据都存储在由WULS的水文学家管理的数据库中，确保了记录的严格验证。因此，如前所述，大约18%的电导率（EC）记录被排除为明显错误的数据。同时，专家参与EC值的评估也解决了数据验证和与专业监测单位整合的问题。到目前为止，对收集的水质数据的分析证实了该方法的有效性。结果表明，测量到的EC值的空间变化与波兰地表水的水文地球化学背景无关（Paczyński和Sadurski，2007年）。然而，它与波兰地表水的整体质量评估结果相关，表明所测参数是适用于公民科学的理想指标，而这正是AGUARD?系统设计的目的。得益于AGUARD?系统用户的共同努力，还在官方监测系统未覆盖的河流和湖泊中进行了测量，从而减少了监测网络中的盲点。

5. 结论

所介绍的基于公民科学的AGUARD?系统是科学家、计算机工程师和企业成功合作的典范，它使公民科学能够提供关于淡水生态系统电导率的量化、可定位和可重复的数据。该工具的简便性和易用性有望降低公众参与的门槛，帮助克服显著性偏见，并提高人们对水质重要性的认识。通过让非专业人士以最小的努力收集和解释数据，AGUARD?系统还使社区能够积极参与环境治理。专家在记录验证和分析中的参与对于将公民生成的数据集整合到更广泛的环境评估框架中至关重要。

我们在本文中提出的发现表明，开发并实施的这一水质监测计划能够提供大量关于地表水质量的新数据。尽管这些数据需要处理和专业分析，但该系统可以填补完全缺乏水质数据和定期专业水文监测之间的空白。基于专门开发的设备，该IT系统能够记录当前的水质状况，将水质问题重新提上公众议程。未来，类似工具的进一步开发将依赖于小型、可靠的水质指标测量模块的可用性，旨在扩大测量参数的范围，并使系统独立于当前的网络接入条件。这类系统的发展将有助于增加数据收集量，提高公众对水质问题的认识，并引起人们对水质恶化的关注——这种恶化不仅由人类活动压力加剧所致，还由于全球日益脆弱的淡水生态系统自身恢复力的下降而引发。

**作者贡献声明：**
- Mateusz Grygoruk：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、数据分析、概念化。
- Jakub ?wircz：软件、资源、概念化。
- Adam Samsel：软件、资源、概念化。
- Magdalena P?omińska：软件、资源、概念化。
- Magdalena Dzierz?cka：软件、资源、概念化。
- Dominika Ha?as：软件、资源、概念化。
- Hanna Moniuszko：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿。
- Monika Mielczarczyk：软件、资源、概念化。
- Nina Drejerska：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿。
- Rafa? Ry?：软件、资源、概念化。
- Micha? Hoffa：资源。
- Mateusz Stelmaszczyk：数据管理。
- Filip Hoffa：资源。
- Robert Micha?owski：数据管理。
- Marcin Grzanka：软件、资源。
- Pawe? Osuch：数据管理。
- Pepliński Szymon：软件、资源。
- Bankowska-Sobczak Agnieszka：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、数据分析。
- Monika Brzezińska：软件、资源、概念化。