生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在北疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

徐皓，劉小芳

（1.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院）

環(huán)境監(jiān)測(cè)是應(yīng)對(duì)環(huán)境污染的主要形式，用以發(fā)現(xiàn)環(huán)境中存在的污染物質(zhì)。目前主流監(jiān)測(cè)技術(shù)為理化監(jiān)測(cè)，各地環(huán)保部門使用理化監(jiān)測(cè)定期對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但常規(guī)理化監(jiān)測(cè)要求一定的儀器和設(shè)備，嚴(yán)格地采樣與分析方法，有一定的監(jiān)測(cè)周期，部分區(qū)域難以實(shí)時(shí)反映環(huán)境污染情況。

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了長足進(jìn)步，其具備一些區(qū)別與現(xiàn)代理化監(jiān)測(cè)技術(shù)的明顯特點(diǎn)：通過生物表征和生長情況綜合反映區(qū)域環(huán)境質(zhì)量；監(jiān)測(cè)所需要求低，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)監(jiān)測(cè)、連續(xù)監(jiān)測(cè)；生物對(duì)于污染物的敏感性強(qiáng)，表現(xiàn)速度快，監(jiān)測(cè)的靈敏度高；初步監(jiān)測(cè)并不需要精密儀器，可以在邊遠(yuǎn)地區(qū)也能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)低濃度污染的積累性有較強(qiáng)的指示性。當(dāng)然，由于該技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短還不成熟，也有一些缺點(diǎn)，如生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不能像理化監(jiān)測(cè)那樣精確地監(jiān)測(cè)出環(huán)境中污染物的含量，僅能反映環(huán)境和污染物相對(duì)變化情況，缺少一定的指標(biāo)體系等問題。但生物監(jiān)測(cè)與理化分析方法相結(jié)合，就能較為及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地反映環(huán)境質(zhì)量情況。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)新疆地區(qū)實(shí)際情況，盡可能選擇能夠直接反映環(huán)境情況的監(jiān)測(cè)方法，發(fā)揮生物監(jiān)測(cè)不需要更多的儀器和設(shè)備，復(fù)雜的分析方法，操作簡(jiǎn)便，容易掌握，比較經(jīng)濟(jì)和及時(shí)性等特點(diǎn)，使之更便于其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，本文主要介紹在生產(chǎn)中使用的植物監(jiān)測(cè)，簡(jiǎn)要描述動(dòng)物及群落監(jiān)測(cè)。

1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

生物監(jiān)測(cè)（biologicalmonitoring）是利用生物個(gè)體、種群或群落對(duì)環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)闡明環(huán)境污染狀況[1]，是一種利用生物學(xué)原理和技術(shù)，通過對(duì)生物體表征和體內(nèi)物質(zhì)和細(xì)胞變化，來評(píng)估污染物對(duì)生物體的影響。它可以通過生物體表征變化速度判定污染物類型，也可以結(jié)合理化方法準(zhǔn)確檢測(cè)出生物體內(nèi)及環(huán)境中的污染物數(shù)量。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用重點(diǎn)是利用生物對(duì)環(huán)境的反應(yīng)信息來確定環(huán)境變化情況，從而保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2 生物監(jiān)測(cè)在北疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于種植物的方法

依據(jù)種植物的受害情況判斷環(huán)境變化情況，從而進(jìn)行干預(yù)和處理。通過研究發(fā)現(xiàn)，同一種污染物對(duì)不同種類的植物所引起的傷害癥狀，基本是一致的。我們可以根據(jù)觀察種植物根、莖、葉的傷害癥狀，判斷污染物的種類和大致濃度，向當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門提供線索，減少污染物排放，并及時(shí)補(bǔ)救減少損失。

2.1.1 含硫污染物對(duì)種植物的影響

硫元素可以促進(jìn)植物生長，少量的SO2經(jīng)過植物葉片植物體內(nèi)的硫代謝系統(tǒng)對(duì)植物生長有利，但當(dāng)SO2濃度超出一定數(shù)值就會(huì)抑制植物的根系生長，降低植物的抗旱能力，抑制植物的光合作用，降低植物的生長速度，使植物容易受損，減少植物的產(chǎn)量。傷害癥狀表現(xiàn)初期一般是葉片呈現(xiàn)斑點(diǎn)狀暗綠色水漬并失去光澤。隨后葉面微微起皺并伴有滲水現(xiàn)象，直至因葉綠素缺失改變顏色，細(xì)胞干燥枯萎。SO2會(huì)抑制植物的葉綠素合成，使葉片變灰綠色，出現(xiàn)葉片變薄、葉脈清晰、葉邊緣曲折等癥狀，葉脈間出現(xiàn)點(diǎn)狀壞死斑，嚴(yán)重時(shí)為條狀或塊狀。壞死斑一般出現(xiàn)在葉邊緣或葉前端，嚴(yán)重時(shí)向中心或根部擴(kuò)展。單子葉植物壞死斑出現(xiàn)在平行脈間，呈點(diǎn)狀或條狀。

比如大麥、棉花、香豌豆、蘿卜、甘薯、菠菜、菜豆、蕎麥、南瓜、向日葵、大豆胡蘿卜、小麥等農(nóng)作物均對(duì)空氣中SO2濃度變化較為敏感，當(dāng)SO2濃度上升時(shí)就會(huì)在短期（表現(xiàn)周期與接觸時(shí)間和SO2濃度相關(guān)）內(nèi)產(chǎn)生上述傷害，并能夠通過肉眼觀察發(fā)現(xiàn)。

2.1.2 氟化物對(duì)種植物的影響

自然環(huán)境中氟化物含量較低，但毒性很強(qiáng)，植物吸收空氣中的氟，量雖少但會(huì)產(chǎn)生毒性積累，主要表現(xiàn)在植物葉片出現(xiàn)不規(guī)則灰白色的斑點(diǎn)，葉片枯黃時(shí)出現(xiàn)褐色的斑點(diǎn)，枯萎時(shí)葉邊緣出現(xiàn)灰黑色的病斑；葉片變得脆弱，容易折斷；植株生長變緩慢，出現(xiàn)葉片縮小、落葉率增加、缺水等癥狀。植物含氟量低時(shí)，多數(shù)植物雖無可觀察的明顯變化，但牛羊等牲畜食用這些污染的葉子，就會(huì)中毒，如引起關(guān)節(jié)腫大、蹄甲變長、骨質(zhì)變松、臥地不起，以至死亡。

氟化物超過植物的傷害閾值會(huì)影響植物群落，表現(xiàn)在植物生長結(jié)實(shí)方面。如氟化物超過大麥的傷害閾值，大麥會(huì)出現(xiàn)株高降低，穗長縮短，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和地上部分干重也較正常情況明顯減少。氟化物危害植物所產(chǎn)生的傷斑的顏色因植物種類而異，呈橙黃色、紅棕色和黑褐色等。氟化物濃度高時(shí)，癥狀可擴(kuò)展至葉片中部。

比如玉米、蕎麥、甘薯、草莓、桃、大麥、葡萄、水稻、燕麥、胡蘿卜、蘋果、菠菜、小麥等農(nóng)作物對(duì)空氣中氟化物濃度變化較為敏感，當(dāng)氟化物濃度上升時(shí)就會(huì)在短期（表現(xiàn)周期與接觸時(shí)間和氟化物濃度相關(guān)）內(nèi)產(chǎn)生上述傷害，并能夠通過肉眼觀察發(fā)現(xiàn)。

2.1.3 氯對(duì)種植物的影響

氯主要來源于化工廠、制藥廠、農(nóng)藥廠、冶煉廠、玻璃廠和塑料廠等工廠排放的Cl2及HCl氣體，工業(yè)區(qū)附近排放量較多。氯的傷害癥狀在葉脈間，體征表現(xiàn)為葉片變褐、萎縮、變軟，葉片邊緣出現(xiàn)棕色的暈紋，葉片中央也會(huì)出現(xiàn)棕色的斑點(diǎn)。嚴(yán)重時(shí)全葉漂白、葉下表皮及葉面皺縮、網(wǎng)脈凸起，全葉枯卷，直至落葉。葉片較厚的種類還會(huì)出現(xiàn)水漬斑。個(gè)別植物出現(xiàn)營養(yǎng)不良、植株變?nèi)醯默F(xiàn)象，因植物的種類不同而異。

農(nóng)作物和蔬菜受氯危害后產(chǎn)量和品質(zhì)明顯降低。水稻，番茄、冬瓜和菜豆結(jié)實(shí)率減產(chǎn)可達(dá)50%。青菜和韭菜葉片失綠漂白，蘋果和桃也明顯減產(chǎn)。水稻和小麥等禾谷類作物，在揚(yáng)花期受害產(chǎn)量將明顯降低；籽實(shí)成熟期受害產(chǎn)量受到的影響較小。

2.1.4 乙烯對(duì)種植物的影響

乙烯是一種植物內(nèi)源激素，植物本身也可以產(chǎn)生少量乙烯，對(duì)植物的生長有重要作用。但當(dāng)外源乙烯超過一定濃度時(shí)，對(duì)植物也有很大的影響。

過量乙烯的作用下，植物葉柄上下兩面生長速度不等，葉柄上面生長比下面生長快，從而使葉片下垂。番茄、芝麻、棉花、馬鈴薯、向日葵等均易發(fā)生。棉花、芝麻、茄子、辣椒等還易發(fā)生落花、落蕾，由于乙烯可刺激葉綠素酶的活性，加速葉綠素分解，使葉片和果實(shí)失綠變黃。葉片變黃時(shí)，一般是先從葉莖、葉脈開始，葉片變黃后，往往脫落，落葉次序是由下而上，先老葉，后功能葉，最后是嫩葉。除上述癥狀外，有些植物的花朵會(huì)出現(xiàn)畸形，花瓣參差不齊，花萼變色，花蕾或花朵脫水凋萎等。乙烯對(duì)植物生長發(fā)育的影響，主要表現(xiàn)在可使某些植物植株的莖變粗，節(jié)間縮短，頂端優(yōu)勢(shì)消失，側(cè)枝叢生。

2.1.5 混合污染物對(duì)種植物的影響

在實(shí)際中經(jīng)常是多種污染物混合，從而影響農(nóng)作物生長。兩種混合污染物所造成的傷害可能會(huì)輕于或重于兩種氣體中的任何一種單獨(dú)存在時(shí)所造成的傷害。如菜豆和煙草受到O3和SO2混合污染物傷害時(shí)，出現(xiàn)棕黃色至白色的脈間壞死斑。SO2和NO混合污染物，會(huì)使燕麥、大豆及番茄等葉片的上表面就會(huì)受到傷害；而葉片的下表面，則變?yōu)殂y色或淺紅色。混合污染物往往起一定的協(xié)同或拮抗作用，相較于單一污染物，混合污染物對(duì)植物的影響所產(chǎn)生的傷害癥狀更為多樣、復(fù)雜。

2.2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于田間動(dòng)物及群落的情況

在北疆可以選擇種植區(qū)內(nèi)存在的鳥類、蚯蚓、節(jié)肢動(dòng)物、線蟲及群落等作為指示生物，觀察一定范圍內(nèi)的個(gè)體或群落內(nèi)種類、數(shù)量，表征狀況等發(fā)生的變化，分析環(huán)境質(zhì)量情況。但動(dòng)物對(duì)于污染有一定的主動(dòng)規(guī)避特性，且動(dòng)物種類較多，生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜，在分析上對(duì)觀察者有一定要求，本文僅作簡(jiǎn)單描述。

如DDT、有機(jī)氯化物等污染處于污染土壤環(huán)境下的蚯蚓，其體征將會(huì)出現(xiàn)卷曲、僵硬、腫大等，甚至導(dǎo)致蚯蚓的體表存在損傷。如鳥類、昆蟲等，可以通過對(duì)幼鳥血液、肝臟等進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)殘留毒性的檢驗(yàn)。也可以通過動(dòng)物群落變化情況進(jìn)行分析，環(huán)境的變化會(huì)促使生物群落發(fā)生改變，在實(shí)際工作中可以通過群落內(nèi)動(dòng)植物種類、數(shù)量、表征情況的觀察，分析環(huán)境污染情況。動(dòng)物及群落的變化影響因素相對(duì)較多，在分析中需要觀察者仔細(xì)甄別。

3 與其他傷害癥狀的區(qū)分

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)主要依據(jù)是各種污染物對(duì)植物引起的典型傷害癥狀觀察。因?yàn)橥环N污染物對(duì)不同種類的植物所引起的傷害癥狀，基本是一致的。但生物傷害癥狀的產(chǎn)生不單單是污染的影響，存在多種其他因素，需要注意與其他傷害癥狀的區(qū)別。

植物受污染引起的傷害癥狀與因病害、營養(yǎng)不良等引起的癥狀有時(shí)非常相似，很難區(qū)分，但有時(shí)也有一定的區(qū)別。

污染的傷害癥狀與病蟲害傷害癥狀的區(qū)別主要有：昆蟲危害的傷斑有咬嚼痕跡；真菌、細(xì)菌危害的病斑有輪紋、瘡痂、白粉、霜霉等特征，有時(shí)有明顯突起的孢子囊群，如板栗白粉病與氯氣傷害癥狀相似，但白粉病葉背面有白色分生孢子或黑色子囊孢子。

在許多情況下，非污染傷害的癥狀與污染傷害癥狀很難區(qū)分。如小麥早春遭受凍害后，自葉尖向下發(fā)黃萎蔫，與SO2等有害氣體的傷害癥狀相似；雙子葉農(nóng)作物發(fā)生凍害的癥狀與Cl傷害相似。干旱缺水引起某些植物葉緣枯焦，并在壞死組織與健康組織之間通常形成一條黃化帶，與氟化物傷害癥狀相似；低溫傷害所產(chǎn)生的葉緣壞死，病毒引起的葡萄和李子的葉斑病，桃和柑橘缺Fe、Mn和Zn引起的葉緣、脈間黃化，與氟化物的傷害癥狀相似。

發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物受到傷害時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：應(yīng)了解受害地區(qū)是否有污染源存在，包括工業(yè)污染源、交通污染源等；通過了解受害程度，如呈扇狀、帶狀或片狀，是指分布于污染源的下風(fēng)向，且只出現(xiàn)在一定范圍，多為污染傷害；了解受害癥狀，迎風(fēng)面受害重、里面葉片受害輕，多為污染傷害。結(jié)合上述各點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，最后做出判斷。對(duì)一些從癥狀上很難區(qū)分的傷害，可以請(qǐng)專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)采樣、調(diào)查進(jìn)行判別。

4 小結(jié)

綜上所述，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有設(shè)備條件要求低、操作簡(jiǎn)便、方法容易掌握以及具有較高的經(jīng)濟(jì)和及時(shí)性等特點(diǎn)。該技術(shù)運(yùn)用合理將是目前環(huán)境監(jiān)測(cè)體系的重要部分，對(duì)于環(huán)境保護(hù)工作和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及時(shí)止損效果明顯。但生物監(jiān)測(cè)技術(shù)還并不完善，目前取得的一些成果如果能夠廣泛宣傳，運(yùn)用于實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將達(dá)到技術(shù)完善和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相互促進(jìn)的效果。