生物监测技术在北疆农业生产中的应用研究

徐皓，刘小芳

（1.新疆石河子职业技术学院，新疆 石河子 832000；2.新疆农垦科学院）

环境监测是应对环境污染的主要形式，用以发现环境中存在的污染物质。目前主流监测技术为理化监测，各地环保部门使用理化监测定期对当地环境情况进行监测，但常规理化监测要求一定的仪器和设备，严格地采样与分析方法，有一定的监测周期，部分区域难以实时反映环境污染情况。

随着生物技术的发展，生物监测技术得到了长足进步，其具备一些区别与现代理化监测技术的明显特点：通过生物表征和生长情况综合反映区域环境质量；监测所需要求低，能够实现随时监测、连续监测；生物对于污染物的敏感性强，表现速度快，监测的灵敏度高；初步监测并不需要精密仪器，可以在边远地区也能实现随时监测；对低浓度污染的积累性有较强的指示性。当然，由于该技术发展时间较短还不成熟，也有一些缺点，如生物监测技术不能像理化监测那样精确地监测出环境中污染物的含量，仅能反映环境和污染物相对变化情况，缺少一定的指标体系等问题。但生物监测与理化分析方法相结合，就能较为及时、准确、全面地反映环境质量情况。

在农业生产过程中，应根据新疆地区实际情况，尽可能选择能够直接反映环境情况的监测方法，发挥生物监测不需要更多的仪器和设备，复杂的分析方法，操作简便，容易掌握，比较经济和及时性等特点，使之更便于其应用于实际生产，本文主要介绍在生产中使用的植物监测，简要描述动物及群落监测。

1 生物监测技术简介

生物监测（biologicalmonitoring）是利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况[1]，是一种利用生物学原理和技术，通过对生物体表征和体内物质和细胞变化，来评估污染物对生物体的影响。它可以通过生物体表征变化速度判定污染物类型，也可以结合理化方法准确检测出生物体内及环境中的污染物数量。生物监测技术在农业生产中的应用重点是利用生物对环境的反应信息来确定环境变化情况，从而保障农业生产。

2 生物监测在北疆农业生产中的应用

2.1 生物监测技术应用于种植物的方法

依据种植物的受害情况判断环境变化情况，从而进行干预和处理。通过研究发现，同一种污染物对不同种类的植物所引起的伤害症状，基本是一致的。我们可以根据观察种植物根、茎、叶的伤害症状，判断污染物的种类和大致浓度，向当地环保部门提供线索，减少污染物排放，并及时补救减少损失。

2.1.1 含硫污染物对种植物的影响

硫元素可以促进植物生长，少量的SO2经过植物叶片植物体内的硫代谢系统对植物生长有利，但当SO2浓度超出一定数值就会抑制植物的根系生长，降低植物的抗旱能力，抑制植物的光合作用，降低植物的生长速度，使植物容易受损，减少植物的产量。伤害症状表现初期一般是叶片呈现斑点状暗绿色水渍并失去光泽。随后叶面微微起皱并伴有渗水现象，直至因叶绿素缺失改变颜色，细胞干燥枯萎。SO2会抑制植物的叶绿素合成，使叶片变灰绿色，出现叶片变薄、叶脉清晰、叶边缘曲折等症状，叶脉间出现点状坏死斑，严重时为条状或块状。坏死斑一般出现在叶边缘或叶前端，严重时向中心或根部扩展。单子叶植物坏死斑出现在平行脉间，呈点状或条状。

比如大麦、棉花、香豌豆、萝卜、甘薯、菠菜、菜豆、荞麦、南瓜、向日葵、大豆胡萝卜、小麦等农作物均对空气中SO2浓度变化较为敏感，当SO2浓度上升时就会在短期（表现周期与接触时间和SO2浓度相关）内产生上述伤害，并能够通过肉眼观察发现。

2.1.2 氟化物对种植物的影响

自然环境中氟化物含量较低，但毒性很强，植物吸收空气中的氟，量虽少但会产生毒性积累，主要表现在植物叶片出现不规则灰白色的斑点，叶片枯黄时出现褐色的斑点，枯萎时叶边缘出现灰黑色的病斑；叶片变得脆弱，容易折断；植株生长变缓慢，出现叶片缩小、落叶率增加、缺水等症状。植物含氟量低时，多数植物虽无可观察的明显变化，但牛羊等牲畜食用这些污染的叶子，就会中毒，如引起关节肿大、蹄甲变长、骨质变松、卧地不起，以至死亡。

氟化物超过植物的伤害阈值会影响植物群落，表现在植物生长结实方面。如氟化物超过大麦的伤害阈值，大麦会出现株高降低，穗长缩短，有效穗数、穗粒数和地上部分干重也较正常情况明显减少。氟化物危害植物所产生的伤斑的颜色因植物种类而异，呈橙黄色、红棕色和黑褐色等。氟化物浓度高时，症状可扩展至叶片中部。

比如玉米、荞麦、甘薯、草莓、桃、大麦、葡萄、水稻、燕麦、胡萝卜、苹果、菠菜、小麦等农作物对空气中氟化物浓度变化较为敏感，当氟化物浓度上升时就会在短期（表现周期与接触时间和氟化物浓度相关）内产生上述伤害，并能够通过肉眼观察发现。

2.1.3 氯对种植物的影响

氯主要来源于化工厂、制药厂、农药厂、冶炼厂、玻璃厂和塑料厂等工厂排放的Cl2及HCl气体，工业区附近排放量较多。氯的伤害症状在叶脉间，体征表现为叶片变褐、萎缩、变软，叶片边缘出现棕色的晕纹，叶片中央也会出现棕色的斑点。严重时全叶漂白、叶下表皮及叶面皱缩、网脉凸起，全叶枯卷，直至落叶。叶片较厚的种类还会出现水渍斑。个别植物出现营养不良、植株变弱的现象，因植物的种类不同而异。

农作物和蔬菜受氯危害后产量和品质明显降低。水稻，番茄、冬瓜和菜豆结实率减产可达50%。青菜和韭菜叶片失绿漂白，苹果和桃也明显减产。水稻和小麦等禾谷类作物，在扬花期受害产量将明显降低；籽实成熟期受害产量受到的影响较小。

2.1.4 乙烯对种植物的影响

乙烯是一种植物内源激素，植物本身也可以产生少量乙烯，对植物的生长有重要作用。但当外源乙烯超过一定浓度时，对植物也有很大的影响。

过量乙烯的作用下，植物叶柄上下两面生长速度不等，叶柄上面生长比下面生长快，从而使叶片下垂。番茄、芝麻、棉花、马铃薯、向日葵等均易发生。棉花、芝麻、茄子、辣椒等还易发生落花、落蕾，由于乙烯可刺激叶绿素酶的活性，加速叶绿素分解，使叶片和果实失绿变黄。叶片变黄时，一般是先从叶茎、叶脉开始，叶片变黄后，往往脱落，落叶次序是由下而上，先老叶，后功能叶，最后是嫩叶。除上述症状外，有些植物的花朵会出现畸形，花瓣参差不齐，花萼变色，花蕾或花朵脱水凋萎等。乙烯对植物生长发育的影响，主要表现在可使某些植物植株的茎变粗，节间缩短，顶端优势消失，侧枝丛生。

2.1.5 混合污染物对种植物的影响

在实际中经常是多种污染物混合，从而影响农作物生长。两种混合污染物所造成的伤害可能会轻于或重于两种气体中的任何一种单独存在时所造成的伤害。如菜豆和烟草受到O3和SO2混合污染物伤害时，出现棕黄色至白色的脉间坏死斑。SO2和NO混合污染物，会使燕麦、大豆及番茄等叶片的上表面就会受到伤害；而叶片的下表面，则变为银色或浅红色。混合污染物往往起一定的协同或拮抗作用，相较于单一污染物，混合污染物对植物的影响所产生的伤害症状更为多样、复杂。

2.2 生物监测技术应用于田间动物及群落的情况

在北疆可以选择种植区内存在的鸟类、蚯蚓、节肢动物、线虫及群落等作为指示生物，观察一定范围内的个体或群落内种类、数量，表征状况等发生的变化，分析环境质量情况。但动物对于污染有一定的主动规避特性，且动物种类较多，生态系统复杂，在分析上对观察者有一定要求，本文仅作简单描述。

如DDT、有机氯化物等污染处于污染土壤环境下的蚯蚓，其体征将会出现卷曲、僵硬、肿大等，甚至导致蚯蚓的体表存在损伤。如鸟类、昆虫等，可以通过对幼鸟血液、肝脏等进行分析，实现残留毒性的检验。也可以通过动物群落变化情况进行分析，环境的变化会促使生物群落发生改变，在实际工作中可以通过群落内动植物种类、数量、表征情况的观察，分析环境污染情况。动物及群落的变化影响因素相对较多，在分析中需要观察者仔细甄别。

3 与其他伤害症状的区分

在农业生产中应用生物监测技术主要依据是各种污染物对植物引起的典型伤害症状观察。因为同一种污染物对不同种类的植物所引起的伤害症状，基本是一致的。但生物伤害症状的产生不单单是污染的影响，存在多种其他因素，需要注意与其他伤害症状的区别。

植物受污染引起的伤害症状与因病害、营养不良等引起的症状有时非常相似，很难区分，但有时也有一定的区别。

污染的伤害症状与病虫害伤害症状的区别主要有：昆虫危害的伤斑有咬嚼痕迹；真菌、细菌危害的病斑有轮纹、疮痂、白粉、霜霉等特征，有时有明显突起的孢子囊群，如板栗白粉病与氯气伤害症状相似，但白粉病叶背面有白色分生孢子或黑色子囊孢子。

在许多情况下，非污染伤害的症状与污染伤害症状很难区分。如小麦早春遭受冻害后，自叶尖向下发黄萎蔫，与SO2等有害气体的伤害症状相似；双子叶农作物发生冻害的症状与Cl伤害相似。干旱缺水引起某些植物叶缘枯焦，并在坏死组织与健康组织之间通常形成一条黄化带，与氟化物伤害症状相似；低温伤害所产生的叶缘坏死，病毒引起的葡萄和李子的叶斑病，桃和柑橘缺Fe、Mn和Zn引起的叶缘、脉间黄化，与氟化物的伤害症状相似。

发现农作物受到伤害时，应注意以下几个方面：应了解受害地区是否有污染源存在，包括工业污染源、交通污染源等；通过了解受害程度，如呈扇状、带状或片状，是指分布于污染源的下风向，且只出现在一定范围，多为污染伤害；了解受害症状，迎风面受害重、里面叶片受害轻，多为污染伤害。结合上述各点进行综合分析，最后做出判断。对一些从症状上很难区分的伤害，可以请专业人员现场采样、调查进行判别。

4 小结

综上所述，生物监测技术在农业生产中的应用具有设备条件要求低、操作简便、方法容易掌握以及具有较高的经济和及时性等特点。该技术运用合理将是目前环境监测体系的重要部分，对于环境保护工作和农业生产及时止损效果明显。但生物监测技术还并不完善，目前取得的一些成果如果能够广泛宣传，运用于实际农业生产，将达到技术完善和农业生产相互促进的效果。