船舶壓載艙中環(huán)境因子對夜光藻生長的影響研究

王洪超，嚴(yán)志宇

（1.燕山大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；

2.大連海事大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116026）

船舶壓載艙中環(huán)境因子對夜光藻生長的影響研究

王洪超1，嚴(yán)志宇2

（1.燕山大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；

2.大連海事大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116026）

采用正交實(shí)驗(yàn)法分別從氣液接觸面積與液體體積比、溫度和初始濃度3個(gè)影響因子4個(gè)水平對夜光藻的生長變化率進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，氣液接觸面積與液體體積比為0、溫度為17℃、初始濃度為10×106cell/L時(shí)，藻細(xì)胞濃度遞減速率最大；影響夜光藻細(xì)胞濃度變化速率因素的強(qiáng)弱順序是:初始濃度＞氣液接觸面與體積比＞溫度。

壓載艙；環(huán)境因子；夜光藻；赤潮；外來物種

船舶為了保證在海上安全航行而在壓載艙中注入的海水被稱為壓載水[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)每年排放的壓載水約120億t。然而，隨著船舶航行速度的提高，壓載水往往也是打破地理性隔離造成外來物種入侵的重要載體。已經(jīng)證實(shí)平均每天由船舶而傳播的物種約有4 500種，已經(jīng)確認(rèn)約有500種生物物種是由船舶壓載水傳播的[2]。赤潮生物作為壓載水中外來物種之一，不但打破了當(dāng)?shù)卦械纳鷳B(tài)平衡，也增加了發(fā)生赤潮的風(fēng)險(xiǎn)。

壓載水引發(fā)外來生物入侵是當(dāng)今生物入侵領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，同時(shí)外來赤潮種作為典型的外來入侵生物也漸漸成為人們的研究對象，但目前國內(nèi)的大部分研究主要集中在如何通過物理、化學(xué)、生物的方法處理壓載水中的外來生物，而國內(nèi)對于海洋生物的研究又局限于模擬自然條件對海洋生物的影響，對壓載艙中環(huán)境因子對外來生物生長影響的研究還屬空白[3-7]。

本文主要研究藻類在無光的環(huán)境條件下，壓載艙環(huán)境因子對藻細(xì)胞濃度變化的影響大小。選取大連附近海域常見赤潮藻夜光藻作為研究對象。藻種由大連海事大學(xué)提供；將藻液導(dǎo)入不同環(huán)境條件下的容器中，采用黑布對容器進(jìn)行遮光處理，每天搖晃容器2次，采用顯微鏡計(jì)數(shù)的方法測定藻細(xì)胞的濃度，并作記錄。

1 材料與方法

1.1 藻種及培養(yǎng)

所用的藻類為鏈狀亞歷山大藻，由大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院提供。采用f/2營養(yǎng)液配方，培養(yǎng)條件為（18±1）℃，明暗周期為12 h，光照強(qiáng)度約為2 000 Lx，在整個(gè)培養(yǎng)過程中，各操作步驟均進(jìn)行滅菌處理。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)采用正交實(shí)驗(yàn)法，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3 測量與計(jì)算方法

藻細(xì)胞濃度計(jì)算公式為:

式中，Y為藻細(xì)胞濃度，cells/L；N為10μL中的藻細(xì)胞數(shù)；N×102×103為1 L溶液中的藻細(xì)胞數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 三因子對夜光藻細(xì)胞生長的影響

氣液接觸面積與液體體積比、溫度、藻的初始濃度在不同條件組合下對夜光藻細(xì)胞的生長變化有顯著影響。如圖1所示，藻細(xì)胞的初始濃度為 10×106cells/L、 5×106cells/L、 1×106cells/L、0.5×106cells/L時(shí)分別在第8天、第7天、第5天和第3天濃度為0；圖中存在波動性較大的點(diǎn)，如實(shí)驗(yàn)1的第0天、第1天、第2天，實(shí)驗(yàn)5的第1天、第2天，實(shí)驗(yàn)9的第8天。實(shí)驗(yàn)1的第2天濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第0天濃度，這可能是由于高濃度藻溶液稀釋時(shí)搖晃不均勻造成的。實(shí)驗(yàn)5、實(shí)驗(yàn)9的個(gè)別點(diǎn)的波動性不是很大，可能是采樣不均勻或者顯微鏡計(jì)數(shù)時(shí)的誤差造成的造成的。

如圖2所示，藻細(xì)胞濃度的變化率都位于0點(diǎn)以下，即負(fù)數(shù)；第0天和第1天之間藻細(xì)胞濃度的變化率的數(shù)值變化較大，第1天以后變化趨于平緩，最終趨于0。圖中，實(shí)驗(yàn)1曲線的變化率位于最下端（氣液接觸面積與液體體積比為0，實(shí)驗(yàn)溫度為17℃，初始濃度為10×107cells/L）。

2.1.2 藻細(xì)胞濃度變化的極差分析

本文采用極差分析方法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，壓載艙中各環(huán)境影響因子對藻細(xì)胞濃度變化率的影響通過極差值R的大小表示，R值越大對藻細(xì)胞濃度變化率的影響就越大；反之，對藻細(xì)胞濃度變化率的影響就越小。統(tǒng)計(jì)及分析結(jié)果如圖3、表2所示，當(dāng)氣液接觸面積與液體體積比為0時(shí)，細(xì)胞變化率最大為-1.135；當(dāng)溫度為17℃時(shí)，細(xì)胞變化率最大為-1.096；初始濃度為10×106cell/L時(shí)，細(xì)胞變化率最大為-2.081。這表明實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，壓載艙環(huán)境中夜光藻細(xì)胞變化率最大條件為:氣液接觸面積與液體體積比0，溫度17℃，初始濃度10×106cell/L。細(xì)胞環(huán)境因子的極差值由大到小分別為:R初始濃度＞R氣液接觸面與體積比＞R溫度。這表明壓載艙環(huán)境下影響夜光藻細(xì)胞濃度變化率的主要因子是藻細(xì)胞的初始濃度，其次是氣液接觸面與液體體積比，最后是溫度。

圖1 不同培養(yǎng)條件下夜光藻細(xì)胞的生長曲線

圖2 不同培養(yǎng)條件下的夜光藻細(xì)胞變化率

圖3 藻細(xì)胞濃度變化率

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同的實(shí)驗(yàn)條件下，藻細(xì)胞濃度的變化速率不同；藻細(xì)胞的初始濃度不同，濃度趨于0的時(shí)間也不同。實(shí)驗(yàn)條件下，夜光藻的最不適宜環(huán)境條件是液接觸面積與液體體積比為0時(shí)，溫度為17℃，初始濃度為10×106cell/L；3個(gè)影響因子中藻細(xì)胞的初始濃度對藻細(xì)胞濃度變化率影響最大，其次是氣液接觸面與液體體積比，最后是溫度。藻細(xì)胞的初始濃度為10×106cells/L、5×106cells/L、 1×106cells/L、 0.5×106cells/L 時(shí)分別在第8天、第7天、第5天和第3天濃度為0，這與胡嵐嵐、徐曉曼等人[8-11]的研究結(jié)論相吻合，即船舶航行時(shí)間小于10天時(shí)船舶壓載水為高風(fēng)險(xiǎn)。但是，夜光藻并不同于壓載水中總的生物量，實(shí)驗(yàn)條件下，它的平均風(fēng)險(xiǎn)天數(shù)小于8天。由于現(xiàn)實(shí)中影響壓載水中赤潮藻類存活的因素不只上述3個(gè)方面，還包括生物天敵、生物本身的生物特性等方面的綜合作用。針對具體船舶壓載艙內(nèi)壓載水中其它生物對夜光藻細(xì)胞濃度變化的影響有待于進(jìn)一步研究。

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Environmental Factors' Effects of the Ship's Ballast Tank on the Grow th of Noctiluca Scientillans

Wang Hongchao1，Yan Zhiyu2
（1.School of Environmental and Chemical Engineering，Yan Shan University，
Qinhuangdao Hebei 066004， China；
2.College of Environmental Science and Engineering，Da Lian Maritime University，DaLian Liaoning 116026， China）

The paper researched the growth rate of Noctiluca which is caused by gas-liquid contact area and liquid volume ratio， temperature and initial concentration by Orthogonal experimental method.It has three factors and four levels.The results showed that decreasing rate of algal cell concentration is maximum when gas-liquid contact area and liquid volume ratio is 0，temperature is 17 ℃ and the initial concentration is 10×106cell/L.The factor's order that affect Noctiluca cell concentration is the initial concentration，gas-liquid contact area and liquid volume ratio and temperature.

ballast tank； environment factor； noctiluca； red tide； alien species

X835

A

1008-813X（2012）01-0062-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.01.019

2011-08-25

王洪超（1984-），男，黑龍江省綏化市人，畢業(yè)大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)，碩士研究生，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究船舶壓載水風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。