土壤環(huán)境污染的生物監(jiān)測(cè)方法探討

高魯紅，秦 華

（山東省濟(jì)南生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 濟(jì)南 250101）

生物監(jiān)測(cè)具有高效率性、高質(zhì)量性、低成本性、全面性、多樣性及無(wú)污染性等特點(diǎn)，符合當(dāng)前我國(guó)“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略。其監(jiān)測(cè)方式主要可分為微生物監(jiān)測(cè)、植物監(jiān)測(cè)及動(dòng)物監(jiān)測(cè)等，通過(guò)將其合理用于土壤環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中，會(huì)盡可能促使土壤中污染元素被全面反應(yīng)，有助于促使我國(guó)土壤環(huán)境改善力度顯著增強(qiáng)。

1 影響土壤質(zhì)量的相關(guān)污染物

1.1 農(nóng)業(yè)污染物

土壤中含有藻類(lèi)、細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)類(lèi)等4種微生物，此4種微生物在活動(dòng)過(guò)程中通常會(huì)有大量胞外酶產(chǎn)生，當(dāng)其死亡后，體內(nèi)胞內(nèi)酶也會(huì)隨之釋放出，無(wú)論胞外酶還是胞內(nèi)酶，都對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、土壤的功能性、生態(tài)系統(tǒng)中相關(guān)元素的循環(huán)性等會(huì)產(chǎn)生一定影響。在當(dāng)今農(nóng)業(yè)種植過(guò)程中，通常會(huì)使用大量農(nóng)藥，而農(nóng)藥的使用雖可在一定程度上緩解農(nóng)作物的被侵害性，但同時(shí)對(duì)土壤環(huán)境也造成嚴(yán)重影響，致使土壤中出現(xiàn)各種污染物，促使生態(tài)環(huán)境、農(nóng)作物的質(zhì)量性等均遭受不同程度影響。除農(nóng)藥之外，人們?cè)谶M(jìn)行農(nóng)業(yè)種植過(guò)程中，通常還使用到各種農(nóng)業(yè)化肥，而農(nóng)業(yè)化肥也會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生一定的質(zhì)量影響。

1.2 工業(yè)污染物

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)發(fā)展較為迅速，而在工業(yè)發(fā)展過(guò)程中通常會(huì)產(chǎn)生含有Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg、Cu等各種廢渣、廢水，進(jìn)而對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，致使土壤中各種微生物、有機(jī)物遭到嚴(yán)重被破壞。

1.3 生活污染物

除工業(yè)與農(nóng)業(yè)污染外，人們?cè)谌粘Ｉ钪型ǔ＿€會(huì)產(chǎn)生各種生活垃圾，而各種生活垃圾也會(huì)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，致使土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物的多樣性、功能性及穩(wěn)定性等均遭受不同程度影響。

2 生物監(jiān)測(cè)的基本原理及優(yōu)點(diǎn)

2.1 生物監(jiān)測(cè)的基本原理

利用生物對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行污染監(jiān)測(cè)的主要原理為通過(guò)密切觀察土壤中各種有機(jī)生物體經(jīng)過(guò)污染物污染后的各種身體與生存反應(yīng)進(jìn)而評(píng)估土壤環(huán)境污染程度，并以此制定相應(yīng)的改善措施等。針對(duì)生物體內(nèi)分子成分，污染物會(huì)導(dǎo)致酶活性降低或喪失，對(duì)DNA、蛋白質(zhì)等合成具有抑制作用；針對(duì)生物體細(xì)胞，可有效改變細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能，會(huì)導(dǎo)致植物與微生物發(fā)育受阻等；針對(duì)種群性微生物易導(dǎo)致種群數(shù)量、種群多樣性及種群優(yōu)勢(shì)性等均發(fā)生顯著改變。

2.2 生物監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

生物監(jiān)測(cè)具有多樣性的特點(diǎn)，主要有以下幾點(diǎn)。（1）土壤環(huán)境污染不僅對(duì)生物多樣性產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)生物的生存方式、機(jī)體變化等均產(chǎn)生影響。通過(guò)利用生物監(jiān)測(cè)，可促使相關(guān)人員盡可能地全面發(fā)現(xiàn)土壤環(huán)境污染的影響性，提高其監(jiān)測(cè)效率與價(jià)值；（2）無(wú)論是土壤環(huán)境的農(nóng)業(yè)污染、生活污染，還是土壤環(huán)境的工業(yè)污染，其具體污染物具有多樣性的特點(diǎn)，多種污染元素通常會(huì)進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)而促使污染程度加劇。通過(guò)對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行生物 監(jiān)測(cè)，可及時(shí)了解各種污染元素的綜合反映，便于后續(xù)可進(jìn)行深度研究，促使監(jiān)測(cè)價(jià)值顯著提升；（3）在土壤環(huán)境污染中，部分污染元素具有污染作用小但污染時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)，利用既往監(jiān)測(cè)技術(shù)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。而通過(guò)使用生物監(jiān)測(cè)，可促使人們及時(shí)觀察到此類(lèi)污染物，促使監(jiān)測(cè)效果顯著提升；（4）通過(guò)相關(guān)研究表明，生物監(jiān)測(cè)具有一定的靈敏性，針對(duì)部分污染程度較輕的環(huán)境，通過(guò)及時(shí)進(jìn)行生物監(jiān)測(cè)，有利于促使人們及時(shí)采取相應(yīng)的預(yù)防措施，進(jìn)而促使監(jiān)測(cè)價(jià)值顯著提升；（5）與既往監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，生物監(jiān)測(cè)不受區(qū)域、環(huán)境等因素影響，同時(shí)也無(wú)需頻繁進(jìn)行取樣等，促使監(jiān)測(cè)普遍性與便捷性得到有效提升；（6）針對(duì)有有機(jī)物生存的地方都可進(jìn)行生物監(jiān)測(cè)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)大范圍性的生物監(jiān)測(cè)；（7）利用生物進(jìn)行土壤污染環(huán)境監(jiān)測(cè)，無(wú)需使用大量設(shè)備、儀器等，進(jìn)而提高監(jiān)測(cè)效率，降低監(jiān)測(cè)成本。

3 土壤環(huán)境污染的生物監(jiān)測(cè)方法

3.1 土壤環(huán)境污染的植物監(jiān)測(cè)

利用植物對(duì)土壤環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可從植物形態(tài)、生態(tài)習(xí)性及植物內(nèi)部污染物含量等3方面評(píng)估土壤環(huán)境污染程度。首先，利用植物形態(tài)對(duì)土壤環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)土壤中銅（Cu）的含量較高時(shí)，罌粟植株的生長(zhǎng)無(wú)法達(dá)到預(yù)定高度；當(dāng)鎳（Ni）的含量較高時(shí)，白頭翁的花瓣顏色通常會(huì)由紫色變?yōu)闊o(wú)色；當(dāng)錳（Mn）、硫（S）、鐵（Fe）的含量超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，石竹會(huì)由紅色變?yōu)樯钭仙?、紫菀由玫瑰色變?yōu)闊o(wú)色、八仙花由玫瑰色變?yōu)樘焖{(lán)色。其次，利用植物生態(tài)習(xí)性對(duì)土壤環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)土壤中的（汞）元素含量較高時(shí)，萱麻通常會(huì)生長(zhǎng)異常茂盛；當(dāng)土壤中的釓（Gd）元素含量較高時(shí)，早熟禾、蚊母草、北美車(chē)前及裸柱菊的生長(zhǎng)存活率會(huì)顯著提升；當(dāng)土壤中的銅（Cu）含量較高時(shí)，北美獨(dú)行菜及裸柱菊、早熟禾的存活率同樣會(huì)顯著提升。最后，利用植物體內(nèi)污染物含量對(duì)土壤環(huán)境污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可發(fā)現(xiàn)：苔蘚中鉛（Pb）元素的含量與土壤中污染程度呈正相關(guān)；蘿卜中鎘（Cd）的含量可有效反映土壤中鎘元素的污染程度。

3.2 土壤環(huán)境污染的動(dòng)物監(jiān)測(cè)

土壤中的動(dòng)物對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植物演替、促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解及養(yǎng)分循環(huán)等均具有顯著作用，其對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境具有一定反應(yīng)與促進(jìn)作用，進(jìn)而可將其用于土壤環(huán)境污染的生態(tài)指標(biāo)反映。常見(jiàn)的動(dòng)物監(jiān)測(cè)現(xiàn)象主要有：利用螞蚱可進(jìn)行土壤中鉛（Pb）、鎘（Cd）等元素的污染反應(yīng)；利用螨類(lèi)、彈尾目及蚯蚓等可進(jìn)行健康土壤指標(biāo)監(jiān)測(cè)；利用螨種群數(shù)量、孳生密度等可有效反映土壤中鉻（Cr）元素的污染程度等。

3.3 土壤環(huán)境污染的微生物監(jiān)測(cè)

利用微生物對(duì)土壤污染環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可主要通過(guò)微生物種群的結(jié)構(gòu)變化與功能變化2種方式反應(yīng)土壤環(huán)境的污染狀況。首先，利用微生物種群結(jié)構(gòu)變化對(duì)土壤環(huán)境污染狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可發(fā)現(xiàn)：土壤中的金屬污染物質(zhì)對(duì)真菌、細(xì)菌及放線(xiàn)菌的數(shù)量起顯著影響的作用；土壤中的甲胺磷物質(zhì)對(duì)固氮菌群、細(xì)菌群、放線(xiàn)菌群等常規(guī)生長(zhǎng)具有顯著抑制作用，同時(shí)對(duì)真菌具有一定的刺激性反應(yīng)；草甘膦可顯著降低土壤中各微生物種群的數(shù)量，且其含量越高，作用性越強(qiáng)；常見(jiàn)的農(nóng)用物品及化學(xué)物品不僅會(huì)嚴(yán)重降低土壤中微生物種群的多樣性水平，同時(shí)還對(duì)相關(guān)微生物種群的DNA序列產(chǎn)生一定干擾作用，促使其發(fā)展異常；土壤中甲基對(duì)硫磷物質(zhì)不僅對(duì)微生物種群及微生物數(shù)量等產(chǎn)生顯著的影響，同時(shí)還可有效影響各微生物的培養(yǎng)時(shí)間等。其次，利用微生物功能變化對(duì)土壤環(huán)境污染狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可發(fā)現(xiàn)：甲胺磷物質(zhì)可有效降低土壤微生物中磷酸酶與脫氫酶活性，且其作用時(shí)間、作用強(qiáng)度等均較為顯著；甲基對(duì)硫磷可有效降低土壤中微生物呼吸功能，進(jìn)而促使土壤營(yíng)養(yǎng)價(jià)值顯著降低[1]。

4 土壤環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)的未來(lái)展望

生物監(jiān)測(cè)具有綜合性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性顯著、長(zhǎng)期性、敏感性高及連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)將其運(yùn)用至土壤環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中，可促使監(jiān)測(cè)效率、監(jiān)測(cè)質(zhì)量大幅度有效提升。對(duì)此，我國(guó)相關(guān)部門(mén)應(yīng)建立健全的生物監(jiān)測(cè)體系、制定切實(shí)可行的監(jiān)測(cè)方法，并加大對(duì)生物監(jiān)測(cè)的投入力度，進(jìn)而促使我國(guó)生物監(jiān)測(cè)水平顯著提升。

5 結(jié)語(yǔ)

利用生物反應(yīng)對(duì)土壤環(huán)境污染狀況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，不僅可有效實(shí)現(xiàn)土壤監(jiān)測(cè)的全面性、高效性，同時(shí)還可降低監(jiān)測(cè)成本，提高監(jiān)測(cè)效率與監(jiān)測(cè)質(zhì)量等。但由于我國(guó)生物監(jiān)測(cè)發(fā)展起步較晚，在當(dāng)前進(jìn)行生物監(jiān)測(cè)過(guò)程中仍還存在監(jiān)測(cè)技術(shù)不標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)參數(shù)選擇難度較大、無(wú)法對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確定量等問(wèn)題。因此，我國(guó)相關(guān)部門(mén)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)生物監(jiān)測(cè)的重視度與投資力度，促使我國(guó)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷向成熟化發(fā)展，便于相關(guān)部門(mén)及組織等及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果制定相應(yīng)的改善措施，促使我國(guó)的土壤污染狀況可得到有效改善。