生物監測技術在北疆農業生產中的應用研究

徐皓，劉小芳

（1.新疆石河子職業技術學院，新疆 石河子 832000；2.新疆農墾科學院）

環境監測是應對環境污染的主要形式，用以發現環境中存在的污染物質。目前主流監測技術為理化監測，各地環保部門使用理化監測定期對當地環境情況進行監測，但常規理化監測要求一定的儀器和設備，嚴格地采樣與分析方法，有一定的監測周期，部分區域難以實時反映環境污染情況。

隨著生物技術的發展，生物監測技術得到了長足進步，其具備一些區別與現代理化監測技術的明顯特點：通過生物表征和生長情況綜合反映區域環境質量；監測所需要求低，能夠實現隨時監測、連續監測；生物對于污染物的敏感性強，表現速度快，監測的靈敏度高；初步監測并不需要精密儀器，可以在邊遠地區也能實現隨時監測；對低濃度污染的積累性有較強的指示性。當然，由于該技術發展時間較短還不成熟，也有一些缺點，如生物監測技術不能像理化監測那樣精確地監測出環境中污染物的含量，僅能反映環境和污染物相對變化情況，缺少一定的指標體系等問題。但生物監測與理化分析方法相結合，就能較為及時、準確、全面地反映環境質量情況。

在農業生產過程中，應根據新疆地區實際情況，盡可能選擇能夠直接反映環境情況的監測方法，發揮生物監測不需要更多的儀器和設備，復雜的分析方法，操作簡便，容易掌握，比較經濟和及時性等特點，使之更便于其應用于實際生產，本文主要介紹在生產中使用的植物監測，簡要描述動物及群落監測。

1 生物監測技術簡介

生物監測（biologicalmonitoring）是利用生物個體、種群或群落對環境污染或變化所產生的反應闡明環境污染狀況[1]，是一種利用生物學原理和技術，通過對生物體表征和體內物質和細胞變化，來評估污染物對生物體的影響。它可以通過生物體表征變化速度判定污染物類型，也可以結合理化方法準確檢測出生物體內及環境中的污染物數量。生物監測技術在農業生產中的應用重點是利用生物對環境的反應信息來確定環境變化情況，從而保障農業生產。

2 生物監測在北疆農業生產中的應用

2.1 生物監測技術應用于種植物的方法

依據種植物的受害情況判斷環境變化情況，從而進行干預和處理。通過研究發現，同一種污染物對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，向當地環保部門提供線索，減少污染物排放，并及時補救減少損失。

2.1.1 含硫污染物對種植物的影響

硫元素可以促進植物生長，少量的SO2經過植物葉片植物體內的硫代謝系統對植物生長有利，但當SO2濃度超出一定數值就會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，減少植物的產量。傷害癥狀表現初期一般是葉片呈現斑點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象，直至因葉綠素缺失改變顏色，細胞干燥枯萎。SO2會抑制植物的葉綠素合成，使葉片變灰綠色，出現葉片變薄、葉脈清晰、葉邊緣曲折等癥狀，葉脈間出現點狀壞死斑，嚴重時為條狀或塊狀。壞死斑一般出現在葉邊緣或葉前端，嚴重時向中心或根部擴展。單子葉植物壞死斑出現在平行脈間，呈點狀或條狀。

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、小麥等農作物均對空氣中SO2濃度變化較為敏感，當SO2濃度上升時就會在短期（表現周期與接觸時間和SO2濃度相關）內產生上述傷害，并能夠通過肉眼觀察發現。

2.1.2 氟化物對種植物的影響

自然環境中氟化物含量較低，但毒性很強，植物吸收空氣中的氟，量雖少但會產生毒性積累，主要表現在植物葉片出現不規則灰白色的斑點，葉片枯黃時出現褐色的斑點，枯萎時葉邊緣出現灰黑色的病斑；葉片變得脆弱，容易折斷；植株生長變緩慢，出現葉片縮小、落葉率增加、缺水等癥狀。植物含氟量低時，多數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，就會中毒，如引起關節腫大、蹄甲變長、骨質變松、臥地不起，以至死亡。

氟化物超過植物的傷害閾值會影響植物群落，表現在植物生長結實方面。如氟化物超過大麥的傷害閾值，大麥會出現株高降低，穗長縮短，有效穗數、穗粒數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，癥狀可擴展至葉片中部。

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、小麥等農作物對空氣中氟化物濃度變化較為敏感，當氟化物濃度上升時就會在短期（表現周期與接觸時間和氟化物濃度相關）內產生上述傷害，并能夠通過肉眼觀察發現。

2.1.3 氯對種植物的影響

氯主要來源于化工廠、制藥廠、農藥廠、冶煉廠、玻璃廠和塑料廠等工廠排放的Cl2及HCl氣體，工業區附近排放量較多。氯的傷害癥狀在葉脈間，體征表現為葉片變褐、萎縮、變軟，葉片邊緣出現棕色的暈紋，葉片中央也會出現棕色的斑點。嚴重時全葉漂白、葉下表皮及葉面皺縮、網脈凸起，全葉枯卷，直至落葉。葉片較厚的種類還會出現水漬斑。個別植物出現營養不良、植株變弱的現象，因植物的種類不同而異。

農作物和蔬菜受氯危害后產量和品質明顯降低。水稻，番茄、冬瓜和菜豆結實率減產可達50%。青菜和韭菜葉片失綠漂白，蘋果和桃也明顯減產。水稻和小麥等禾谷類作物，在揚花期受害產量將明顯降低；籽實成熟期受害產量受到的影響較小。

2.1.4 乙烯對種植物的影響

乙烯是一種植物內源激素，植物本身也可以產生少量乙烯，對植物的生長有重要作用。但當外源乙烯超過一定濃度時，對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、向日葵等均易發生。棉花、芝麻、茄子、辣椒等還易發生落花、落蕾，由于乙烯可刺激葉綠素酶的活性，加速葉綠素分解，使葉片和果實失綠變黃。葉片變黃時，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，有些植物的花朵會出現畸形，花瓣參差不齊，花萼變色，花蕾或花朵脫水凋萎等。乙烯對植物生長發育的影響，主要表現在可使某些植物植株的莖變粗，節間縮短，頂端優勢消失，側枝叢生。

2.1.5 混合污染物對種植物的影響

在實際中經常是多種污染物混合，從而影響農作物生長。兩種混合污染物所造成的傷害可能會輕于或重于兩種氣體中的任何一種單獨存在時所造成的傷害。如菜豆和煙草受到O3和SO2混合污染物傷害時，出現棕黃色至白色的脈間壞死斑。SO2和NO混合污染物，會使燕麥、大豆及番茄等葉片的上表面就會受到傷害；而葉片的下表面，則變為銀色或淺紅色。混合污染物往往起一定的協同或拮抗作用，相較于單一污染物，混合污染物對植物的影響所產生的傷害癥狀更為多樣、復雜。

2.2 生物監測技術應用于田間動物及群落的情況

在北疆可以選擇種植區內存在的鳥類、蚯蚓、節肢動物、線蟲及群落等作為指示生物，觀察一定范圍內的個體或群落內種類、數量，表征狀況等發生的變化，分析環境質量情況。但動物對于污染有一定的主動規避特性，且動物種類較多，生態系統復雜，在分析上對觀察者有一定要求，本文僅作簡單描述。

如DDT、有機氯化物等污染處于污染土壤環境下的蚯蚓，其體征將會出現卷曲、僵硬、腫大等，甚至導致蚯蚓的體表存在損傷。如鳥類、昆蟲等，可以通過對幼鳥血液、肝臟等進行分析，實現殘留毒性的檢驗。也可以通過動物群落變化情況進行分析，環境的變化會促使生物群落發生改變，在實際工作中可以通過群落內動植物種類、數量、表征情況的觀察，分析環境污染情況。動物及群落的變化影響因素相對較多，在分析中需要觀察者仔細甄別。

3 與其他傷害癥狀的區分

在農業生產中應用生物監測技術主要依據是各種污染物對植物引起的典型傷害癥狀觀察。因為同一種污染物對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別。

植物受污染引起的傷害癥狀與因病害、營養不良等引起的癥狀有時非常相似，很難區分，但有時也有一定的區別。

污染的傷害癥狀與病蟲害傷害癥狀的區別主要有：昆蟲危害的傷斑有咬嚼痕跡；真菌、細菌危害的病斑有輪紋、瘡痂、白粉、霜霉等特征，有時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分。如小麥早春遭受凍害后，自葉尖向下發黃萎蔫，與SO2等有害氣體的傷害癥狀相似；雙子葉農作物發生凍害的癥狀與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。

發現農作物受到傷害時，應注意以下幾個方面：應了解受害地區是否有污染源存在，包括工業污染源、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向，且只出現在一定范圍，多為污染傷害；了解受害癥狀，迎風面受害重、里面葉片受害輕，多為污染傷害。結合上述各點進行綜合分析，最后做出判斷。對一些從癥狀上很難區分的傷害，可以請專業人員現場采樣、調查進行判別。

4 小結

綜上所述，生物監測技術在農業生產中的應用具有設備條件要求低、操作簡便、方法容易掌握以及具有較高的經濟和及時性等特點。該技術運用合理將是目前環境監測體系的重要部分，對于環境保護工作和農業生產及時止損效果明顯。但生物監測技術還并不完善，目前取得的一些成果如果能夠廣泛宣傳，運用于實際農業生產，將達到技術完善和農業生產相互促進的效果。