船舶压载舱中环境因子对夜光藻生长的影响研究

王洪超，严志宇

（1.燕山大学 环境与化学工程学院，河北 秦皇岛 066004；

2.大连海事大学 环境科学与工程学院，辽宁 大连 116026）

船舶压载舱中环境因子对夜光藻生长的影响研究

王洪超1，严志宇2

（1.燕山大学 环境与化学工程学院，河北 秦皇岛 066004；

2.大连海事大学 环境科学与工程学院，辽宁 大连 116026）

采用正交实验法分别从气液接触面积与液体体积比、温度和初始浓度3个影响因子4个水平对夜光藻的生长变化率进行研究。研究结果表明，在实验范围内，气液接触面积与液体体积比为0、温度为17℃、初始浓度为10×106cell/L时，藻细胞浓度递减速率最大；影响夜光藻细胞浓度变化速率因素的强弱顺序是:初始浓度＞气液接触面与体积比＞温度。

压载舱；环境因子；夜光藻；赤潮；外来物种

船舶为了保证在海上安全航行而在压载舱中注入的海水被称为压载水[1]。据统计，世界范围内每年排放的压载水约120亿t。然而，随着船舶航行速度的提高，压载水往往也是打破地理性隔离造成外来物种入侵的重要载体。已经证实平均每天由船舶而传播的物种约有4 500种，已经确认约有500种生物物种是由船舶压载水传播的[2]。赤潮生物作为压载水中外来物种之一，不但打破了当地原有的生态平衡，也增加了发生赤潮的风险。

压载水引发外来生物入侵是当今生物入侵领域的研究热点，同时外来赤潮种作为典型的外来入侵生物也渐渐成为人们的研究对象，但目前国内的大部分研究主要集中在如何通过物理、化学、生物的方法处理压载水中的外来生物，而国内对于海洋生物的研究又局限于模拟自然条件对海洋生物的影响，对压载舱中环境因子对外来生物生长影响的研究还属空白[3-7]。

本文主要研究藻类在无光的环境条件下，压载舱环境因子对藻细胞浓度变化的影响大小。选取大连附近海域常见赤潮藻夜光藻作为研究对象。藻种由大连海事大学提供；将藻液导入不同环境条件下的容器中，采用黑布对容器进行遮光处理，每天摇晃容器2次，采用显微镜计数的方法测定藻细胞的浓度，并作记录。

1 材料与方法

1.1 藻种及培养

所用的藻类为链状亚历山大藻，由大连海事大学环境科学与工程学院提供。采用f/2营养液配方，培养条件为（18±1）℃，明暗周期为12 h，光照强度约为2 000 Lx，在整个培养过程中，各操作步骤均进行灭菌处理。

1.2 实验方法

本实验的设计采用正交实验法，具体实验设计方案如表1所示。

表1 实验设计方案

1.3 测量与计算方法

藻细胞浓度计算公式为:

式中，Y为藻细胞浓度，cells/L；N为10μL中的藻细胞数；N×102×103为1 L溶液中的藻细胞数。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

2.1.1 三因子对夜光藻细胞生长的影响

气液接触面积与液体体积比、温度、藻的初始浓度在不同条件组合下对夜光藻细胞的生长变化有显著影响。如图1所示，藻细胞的初始浓度为 10×106cells/L、 5×106cells/L、 1×106cells/L、0.5×106cells/L时分别在第8天、第7天、第5天和第3天浓度为0；图中存在波动性较大的点，如实验1的第0天、第1天、第2天，实验5的第1天、第2天，实验9的第8天。实验1的第2天浓度远远高于第0天浓度，这可能是由于高浓度藻溶液稀释时摇晃不均匀造成的。实验5、实验9的个别点的波动性不是很大，可能是采样不均匀或者显微镜计数时的误差造成的造成的。

如图2所示，藻细胞浓度的变化率都位于0点以下，即负数；第0天和第1天之间藻细胞浓度的变化率的数值变化较大，第1天以后变化趋于平缓，最终趋于0。图中，实验1曲线的变化率位于最下端（气液接触面积与液体体积比为0，实验温度为17℃，初始浓度为10×107cells/L）。

2.1.2 藻细胞浓度变化的极差分析

本文采用极差分析方法对实验结果进行分析，压载舱中各环境影响因子对藻细胞浓度变化率的影响通过极差值R的大小表示，R值越大对藻细胞浓度变化率的影响就越大；反之，对藻细胞浓度变化率的影响就越小。统计及分析结果如图3、表2所示，当气液接触面积与液体体积比为0时，细胞变化率最大为-1.135；当温度为17℃时，细胞变化率最大为-1.096；初始浓度为10×106cell/L时，细胞变化率最大为-2.081。这表明实验范围内，压载舱环境中夜光藻细胞变化率最大条件为:气液接触面积与液体体积比0，温度17℃，初始浓度10×106cell/L。细胞环境因子的极差值由大到小分别为:R初始浓度＞R气液接触面与体积比＞R温度。这表明压载舱环境下影响夜光藻细胞浓度变化率的主要因子是藻细胞的初始浓度，其次是气液接触面与液体体积比，最后是温度。

图1 不同培养条件下夜光藻细胞的生长曲线

图2 不同培养条件下的夜光藻细胞变化率

图3 藻细胞浓度变化率

表2 正交实验结果

3 结论

实验结果表明，不同的实验条件下，藻细胞浓度的变化速率不同；藻细胞的初始浓度不同，浓度趋于0的时间也不同。实验条件下，夜光藻的最不适宜环境条件是液接触面积与液体体积比为0时，温度为17℃，初始浓度为10×106cell/L；3个影响因子中藻细胞的初始浓度对藻细胞浓度变化率影响最大，其次是气液接触面与液体体积比，最后是温度。藻细胞的初始浓度为10×106cells/L、5×106cells/L、 1×106cells/L、 0.5×106cells/L 时分别在第8天、第7天、第5天和第3天浓度为0，这与胡岚岚、徐晓曼等人[8-11]的研究结论相吻合，即船舶航行时间小于10天时船舶压载水为高风险。但是，夜光藻并不同于压载水中总的生物量，实验条件下，它的平均风险天数小于8天。由于现实中影响压载水中赤潮藻类存活的因素不只上述3个方面，还包括生物天敌、生物本身的生物特性等方面的综合作用。针对具体船舶压载舱内压载水中其它生物对夜光藻细胞浓度变化的影响有待于进一步研究。

[1]刘瑀，胡岚岚，宋成文.船舶压载水风险评估[A].中国航海学会2007年度学术交流会优秀论文集，2007:10-113.

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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，黑龙江省绥化市人，毕业大连海事大学环境科学与工程专业，硕士研究生，助理实验师，主要研究船舶压载水风险评价。