（环境科学与工程专业论文）压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究.pdf

英文摘要 a b s t r a c t a s “i n t e r n a t i o n a lc o n v e n t i o nf o rt h ec o n t r o ia n dm a n a g e m e n to fs h i p sb a l l a s t w a t e ra n ds e d i m e n t ”t ob ei m p l e m e n t e d ，p o r ts t a t e ss h o u l dp r o v i d eb a l l a s tw a t e r s e d i m e n tr e c e p t i o nf a c i l i t i e su n c o n d i t i o n a l l y i no r d e rt op r o t e c tt h en a t i v em a r i n e e n v i r o n m e n t ，i ti sn e c e s s a r yt od os o m et r e a t m e n tt om a k et h es e d i m e n t s ，w h i c ha r e r e c e i v e d ，u n h a r m f u lf o rp o r ts t a t e s c o m b i n i n gw i t ht h ep r o je c ti nn a t i o n a lk e y t e c h n o l o g i e sr & dp r o g r a m ( p r o j e c tn o 2 0 0 6 b a c1 1b 0 4 ) ，t h i st h e s i sh a sa n a l y z e dt h e p h y s i c o - c h e m i c a ln a t u r ea n db i o d i v e r s i t y o fb a l l a s tw a t e rs e d i m e n t si nd i f f e r e n t s h i p p i n gl i n e sa n dc o a s t a ls e d i m e n t si nd a l i a n t h e n ，o nt h a tb a s i s ，m i c r o w a v e u l t r a s o u n da n du l t r a s o u n d 一8 0 4 叱t e c h n o l o g i e sa r eu s e dt od e a l 淅mt h es e d i m e n t s ， f u e t h e r t h ee f f e c to ft h et r e a t m e n tw i e ht h et w ot e c h n o l o g i e da b o u tt h et w ok i n d so f s e d i m e n t sa r ec o n c e r n e d i tc a nb ec o n c l u d e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h em i a nt y p e so fo r g a n i s m si nt h eb a l l a s ts e d i m e n ta r ep l a n k t o n i c - d i a t o ma n d d i n o f l a g e l l a t ec y s t ，t o g e t h e rw i t hf e wr e d - t i d ea l g a e ，cw h i c h a r ed i s t r i b u t e dw o r l d w i d e i nt h es p e c i e so fd i n o f l a g e l l a t ec y s t s ，t h et o x i ca l e x a n d r i u mc y s t sa r ed o m i n a t i n go n e s a f t e rf u r t h e ra n a l y s i s ，i ti sf o u n dt h a tt h es p e c i e sa n dt h eq u a n t i t yo f a l g a ea n dc y s t si n b a l l a s ts e d i m e n th a st od ow i t ht h ed a t ea n dl o c a t i o nt h a tb a l l a s tw a t e ri sc a r d e di n r e s p e c t i v es h i p p i n gl i n e sa n dd i f f e r e n tm a r i n ec i r c u m s t a n c e s p l a n k t o n i cd i a t o m sa n d s o m ed i n o f l a g e l l a t e sa r et h ed o m i n a t i n gs p e c i e si nc o a s t a ls e d i m e n t s ，a n dp h y t o p l a n k t o n c o m r n u n i 哆，t h ec o m p o s i t i o no fs p e c i e sa n dn u m b e ro fa l g a ec e l l si nt h en o r m a lr a n g e ， i st h et y p i c a ls p e c i e so ft h en o r t hs e a ( 2 ) i ti sa p p a r e n tt h a tt h ee f f e c ta f t e rt h et r e a t m e n t 谢mm i c r o w a v e - u l t r a s o u n da n d u l t r a s o u n d - s 0 4 。t e c h n o l o g i e st a k e so nt h ef a c tt h a tt h em o r p h o l o g i c a li n t e g r i t yo fa l g a l c e l l sa n dc y s t sw i l lb ed e s t r o y e d ( 3 ) v i at h eg e r m i n a t i o nr a t eo fc y s t s ，t h ef u r t h e rs t u d ya b o u tt h ee f f e c to ft h e t r e a t m e n to nt h e c y s t s w i t hm i c r o w a v e u l t r a s o u n da n du l t r a s o u n d s 0 4 2 t e c h n o l o g i e si sm a d e a f t e rt h et r e a t m e n to fu n d e rm i c r o w a v e ( p o w e r4 0 0w ，3 0s ) a n d t h et r e a t m e n tu n d e ru l t r a s o n i c ( p o w e r3 0 0 w ，d u t yc y c l e1 ：2 ) f o r9 0 s ，t h eg e r m i n a t i o n 英文摘要 r a t ed r o p p e dt o8 u l t r a s o u n d s 0 4 t e c h n o l o g y ，t r e a tw i t hu l t r a s o n i c ( p o w e r30 0w ， d u t yc y c l e1 ：2 ) f o r30 s ，a n dt h e nt r e a tf o rs 0 4 2 。，t h eg e r m i n a t i o nr a t ed o w nt o10 ，i s b e t t e rw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fs 0 4 2 i so 7g l ，t h ep r o c e s s i n gt i m ei s3 0s k e yw o r d s ：b a l l a s ts e d i m e n t ；b i o d i v e r s i t y ：c y s tc u l t u r e ；t r e a t m e n tt e c h n o l o g y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文= = 压夔坐速塑塑主的生塑多搓壁盈丝堡堇鲞婴窒：。除 论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已 经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 土众踅 、h 吵 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 不保密口 ( 请在以上方框内打“ ) i 论文作者签名：王治靖导师签名：彦钞7 物 日期：彤年引号巧日 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 第1 章绪论 1 1 船舶压载水沉积物的来源及危害 1 1 1 船舶压载水及沉积物的来源 船舶空载时为了保持稳定，在起航时要将一定量的海水抽进压载舱底以增强 抗风浪能力，到载货时再将水放出，这部分海水称为船舶压载水。压载水中常含 有生物碎片、颗粒状有机物、生物孢囊、不溶性硅酸盐如粘土等悬浮物髓船运 移过程中会逐渐沉降到压载舱底，形成沉积物。因此，压载水及其沉积物会引起 海洋生物在出发港和目的地港之间的转移( 图11 ) 。 一矗 t o m f 以；。邕 p 暑，一 i 洳。懈* - j 。无b 茹一、；。 【 兰】 图i1 压载水加载、移动和捧放示意图 f i 9 1 lc r o s ss e c t i o no f s h i ps h o w i n g b a l l a s l t a n k s a n d b a l l a s t w h e tc y c l e 船舶在营运过程中，会根据营运的需要对全船压载舱注入或排出压载水，用 以保证船舶稳定性和航行安全口i 。一般地讲，一艘船的压载水量可以达到该船总载 第1 章绪论 重量的三分之一左右。根据船舶压载水的分类，船舶压载水沉积物也可大致分为 两大类：( 1 ) 油舱沉积物。其一为油船的货油舱和燃漓舱沉积物，其二为货船的燃 油舱沉积物。( 2 ) 货舱沉积物。货舱沉积物中包括压载水中存在的有毒物质、有害 物质和来自疫区的含病毒、病菌等非油性污染物。有毒液体物质主要来源于货舱 内排出的压载水和洗舱水，而且大多是化学品运输船舶所造成。在绝大部分情况 下，到港船所排放的压载水都是取自海上，不过装入压载水的时候，特别是在比 较浅的取水区域，生物体、沉积物以及一些污染物也会随同被带到船上。当排放 压载水的时候，部分仍然存活的生物体及生物体孢子也会沉入到船舱底形成沉积 物。 1 1 2 船舶压载水及沉积物的危害 全球贸易中约9 0 的货物经患船艘运输，每年约有1 2 0 亿吨压载水通过约9 万艘远洋船舶在世界范围内转移【3 】，每天存在于船舶雁载水中随船周游世界的生物 多达7 0 0 0 至1 0 0 0 0 ；l 串f 4 】。平均每立方米压载水中有浮游动植物1 1 亿个【5 】，在一个 压载水舱中存活甲藻孢囊约有3 亿个【6 1 ，舱底的沉积物中有2 2 5 0 0 个c m 3 浮游植 物孢子。截止到2 0 0 5 年，全球已确认的由船舶压载水传播的生物约5 0 0 种【_ ”。压 载舱内无光、缺氧、有的还含有有害物质，对生物的生存是极为不利的，即使经 过数男的航程，太部分的生物无法忍受压载舱中的恶劣环境露死亡，健有少数的 生物能够在长时间的旅行后依然存活【引。船舶压载水携带的水生物，主要包括细菌 和其它微生物、小型无脊椎动物和其它物种的卵及幼虫，甚至一些大的鱼类【9 】。其 中某些生物一旦被传播的一个新的地方，几乎是无法消除的，它们不像油类污染 物，可以被清除或被海洋吸收，因此可畿会造成经济和琢境方面的灾害性后果。 异地海洋生物一旦入侵当地水域并大量繁殖扩散，便会破坏当地水域的生态平衡， 危害渔业资源，影响公众健康。因此，无论是通过压载水还是它的、沉积物所带来 的外来生物对本地海洋生态环境和公众健康的影响都是不容忽视的。 在全球范围内已经有很多地区被大量的外来物种所入侵。它们在当地栖患下 来并大量繁殖，给当地物种、渔业生产以及人类健康等造成了威胁。1 9 0 3 年，德 国裴海海域发生了浮游植物( o d o n t e l l as i n e n s i s ) 的大量增殖。1 9 0 8 年，o s t e n f e l d 首 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 次提出，作为一种媒介物，压载水可以将本地区以外的浮游植物带入该地区。2 0 世纪6 0 7 0 年代，由于外来生物入侵所引起的环境问题越来越严重。进入2 0 世 纪9 0 年代，世界范围内麻痹性贝毒有害赤潮的不断爆发( 图12 ) 引起了人t f 3 ；“ 泛的关注。 图121 9 7 0 年和2 0 0 6 年麻痹性贝毒( p s p ) 有害赤潮( h a b s ) 的分布对比 f i 9 12 g l o b a ld i s t r i b u t i o no f p s p t o x i n s r e c o r d e d i n 】9 7 0a n d2 0 0 6 有害的海生浮游植物，例如：a l e x a n d r i u mm i n u t u m 、g y m n o n d i n i u mt a m a r e n s e 、 gc a t e n a t u m 和g y r o d i n i u m a u r e o l u m 等经常在世界海域范围内大量繁殖已经屡见 第1 章绪论 不鲜【】。a l e x a n d r i u m 已经在挪威海域和英国沿海海域引起了麻痹性贝毒( p s p ， p a r a l y t i cs h e l l f i s hp o i s o n i n g ) 的爆发。g y m n o n d i n i u ma u r e o l u m 雩| 起了英吉利海峡、 英国西海岸以及丹麦、挪威、瑞典等海域内鱼类的大量死亡。1 9 9 7 年6 月期间， 大量的a m i n i m u m 在瑞典遁海岸被发现，它们还经常在北海、大西洋、地中海、 美国、澳大利亚、日本、新西兰的东海岸出现。澳大利亚一些港湾出现的有毒甲 藻( 如塔玛亚历山大藻和链状亚历山大藻) 就是通过船舶的压舱水，从欧洲和西 本携带来的。1 9 9 3 年1 月，由于有毒藻华的影响，导致整个新西兰贝类产业都停 止了。德国的外来水生物种现已超过1 5 0 种，超过1 7 2 个有害物种已经入侵到澳 大利亚海洋环境，北美地区的外来物种已超过2 5 0 种，入侵美国和加拿大交界的 五大潮的生物就有1 3 9 种嘲。美国遁海岸的旧金由湾被认为是世界上外来物种数 量最多的聚集地，截止2 0 0 4 年旧金山湾己发现了总计2 1 2 种外来物种i l3 1 。船舶压 载水及其沉积物作为转移外来物种最重要的媒介，从已经发生的危害来看，有以 下几个方面： ( 1 ) 对当地水域的生态系统产生危害 外来物种入侵后，要与处于同生态位的本土物种争夺食物和栖息地，与处于 不同生态位的本土物种可能是捕食或被捕食的关系。竞争的结果，如果本土物种 占优势，外来物种便不熊立足：但若外来物种占优势，本土物种会变得很困难， 甚至无法生存下去。像前面所述的北美五大湖的本土贝类面临欧洲斑纹贻贝的挑 战，明显处于劣势。入侵的斑纹贻贝最早是在1 9 8 8 年在五大湖中体伦湖的加拿大 沿岸发现的，到了1 9 9 4 年它已经遍布子包括圣劳伦斯河的五大湖的每一个角落， 而且通过内河水系扩散到像薪奥尔良这样远的南方。它们大量附着在水下岩石、 港口建筑上，堵塞了沿岸工厂的进、排水管路，使本土贝类物种濒临绝迹。生物 多样性的减少会使生态系统更加脆弱。斑纹贻贝一生大都营圆着生活，据分析它 是在1 9 8 6 年处于浮游幼期时，通过船舶压载水从欧洲转移到大湖区的：来自北太 平洋的褐藻已经占据了澳大利亚塔舞曼海域的潮间带海底，取代了本土物种，改 变了群落的结构；亚洲蛤侵入旧金山湾，很快繁殖到数量惊人的程度，每天取食 过滤的水体达到整个湾痰水体的量，该生态系统内其他的滤食性的生物就很难荐 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 觅到食物了。从生态意义上讲，海洋外来入侵生物入侵海域，对特定生态系统的 结构、功能及生物多样性产生严重的干扰与破坏，可能会改变群落结构，甚至会 导致本土某些自然物种灭绝【1 4 1 。 ( 2 ) 对当地的经济造成破坏 经济损失包括两个方面：其一是外来物种的侵入直接造成海产鱼类和贝类减 产；其二是为避免其危害的发生而投入的费用，欧洲的斑马贝被压载水带入北美 五大湖地区，造成贝类疯长，扩展到5 0 以上的美国河道，并布满了当地水下建 筑和管道。据统计，从1 9 9 6 年到2 0 0 0 年，为了控制和清除这些贝类，到上个世 纪末美国政府已花费了近5 0 亿美元【1 2 】。2 0 世纪8 0 年代，原属于北美大西洋海岸 的栉水母( m n e m i o p s i s l e i d y i ) 传入黑海，使当地风尾鱼产量已经减少到以前产量 的1 0 【1 5 】。进入澳大利亚水域的有毒甲藻，因其产生的毒素积累在经济贝类体内， 导致食用的人生病，甚至死亡，为此澳大利亚关闭了贝类市场；黑海的鱼资源曾 是当地重要的经济来源。但由于北美栉水母的侵入，它们大肆掠夺鱼的食物，生 长繁殖迅速，几年时间成为优势种，达到1k 卧n 2 的生物量，总生物量达1 0 亿吨 之多。致使鱼无法维持原有的种群数量，每年减产7 0 以上；有毒甲藻的另一个 危害是能引起赤潮【1 6 1 ，无论对渔业还是养殖业都会造成损失。 ( 3 ) 对公众健康构成威胁 早在1 9 7 3 年国际防止船舶污染公约制定的时候，世界卫生组织( w h o ) 就指出 船舶以压载水作为媒介传播病原体导致流行病蔓延的作用。病原体是人类生理活 动的产物，具有严格的地域流行的特点。能导致流行病发生的病原体如果随船舶 压载水转移到新水域，就有可能发生流行病的传播。此外，一些生物通过某些途 径也会对人造成危害。据澳大利亚检验当局提供的报告，2 0 世纪8 0 年代末，在其 东南的塔斯曼海( t a s m a n i a n ) 水域出现了三种外来的有毒甲藻，产生的甲藻毒素积 累在牡蛎、贻贝和扇贝体内，食用这些贝类会导致人患麻痹性神经中毒症( 简称 p s p ) ，严重会致人死亡( 这就是医学上人所共知的甲壳类水生物中毒症p a r a l y t i c s h e l l f i s hp o i s o n i n g ) t 1 7 】。澳大利亚已有多起p s p 中毒事件的发生，这在以前是从未 有过的。从当地浮游生物的记录、海底沉积物分析、这些藻类的遗传特性分析以 第1 章绪论 及对进入澳大利贬港口的船舶压载水取样检验，确认这些甲藻是通过船舶压载水 转移的外来物种。由于水域相连，新西兰很快也出现了p s p 中毒的事件。为此， 澳新两国从1 9 8 6 年起关闭了贝类市场，以保护国民的健康；1 9 9 1 年在秘鲁爆发的 流行性霍乱，据分析是通过船舶压载水由亚渊带来的。虽然南美也是霍乱多发区， 但这次的霍乱菌属生物型e lt o r ，血清型为i n a b a 的弧洲霍乱弧菌所致【1 8 】。 ( 4 ) 不可预见的远期影响 前面所述的通过船舶压载水作为媒介转移外来物种的危害，是外来物种入侵 后短时间就表现成来的，主要是由于入侵的物种本身有毒或有害所造成的。有另 一种情形是，外来物种本身没表现出有害性，其有害性是进入环境或进入生态系 统后才表现出来，例如进入黑海的北美栉水母，只是因为它争食了经济鱼类一鳗 鱼的食物，才表现出有害性，这样的危害不容易预料到。还有的远期影响可能无 法准确地预见，从生态意义上讲，海洋外来入侵生物入侵海域，对特定生态系统 的结构、功能及生物多样性产生严重的干扰与破坏，可能会改变群落结构，甚至 会导致本土某些自然物种灭绝。总之，外来海洋生物入侵造成的本地海洋生态环 境污染和引入的病原微生物会对人类健康造成威胁。外来海洋生物入侵带来的本 地物种减少、景观丧失、养殖退化、经济生物病害、赤潮频发等会直接造成渔业、 养殖业、旅游业、运输业和其它基层海洋产业的经济损失，闻接引发劳动就业、 保险福利等一系列社会问题【1 9 】。人们越来越认识到e l j 船舶压载水所带来的海洋生 物入侵的危害的严重性，因此由船舶压载水造成的海洋物种对海洋环境的侵害， 已被全球环境基金组织( 简称g e f ) 确认为危害海洋的四大威胁之一。 。 ，3 旁羹粪塞压载水及沉积物对我国的危害 我囡既是港口国又是船旗国，拥有长达1 8 0 0 0 多公里的海岸线，沿海港口2 3 0 多个，沿海岛屿6 5 0 0 多个，禳照联合国海洋法公约中2 0 0 海里专属经济区制 度和大陆架制度，中国可拥有约3 0 0 万平方公里的管辖海域。可以说海洋国土是 我翻中华民族未来生存和发展的重要依托，当然我圆也是船舶压载水污染的受害 国。据调查，国际自然资源保护联合会公布世界上1 0 0 种最危险的外来生物物种 约有半入侵到我国。米革属麓大米草( s p a r t i n aa n g l i c a ) 是我匿雩l 入的最典型海洋 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 生物入侵种，是列入2 0 0 3 年我国首批1 6 种外来入侵物种名单中一中唯一的海洋入 侵【2 0 】。大米草原产于美国东海岸，2 0 世纪6 0 年代引入我国后，表现出良好的滩涂 改良作用，但他会严重排挤其它物种。干扰甚至威胁了当地生态系统，如福建霞 浦县东吾洋沿海滩涂，1 9 8 3 年引入该草，7 年后成为优势植物，使得原来生活在 这里的2 0 0 多种生物现仅存2 0 多种。导致近岸海洋红树林生态系统的破坏，滩涂 的鱼虾贝藻等海洋生物大量死亡【2 。据统计引进我国的外来有毒赤潮生物约有1 6 种【2 2 1 。1 9 9 7 年秋至1 9 9 8 年春我国东海海域及南海粤东海域爆发大面积赤潮。经鉴 定，赤潮原因是球形棕囊藻( p h a e o c y s t i s p o u c h e t i s ) 。这是我国首次发现棕囊藻赤潮， 作为我国赤潮的新记录引起了学术界的广泛关注【2 3 1 。1 9 9 9 年夏，广东饶平、南澳 海域再次爆发同种赤潮【2 4 1 。2 0 0 4 年夏天球形棕囊藻赤潮又在我国渤海首次大规模 爆发。1 9 9 0 年和1 9 9 3 年，在厦门马奎湾和福建东山相继发现一种原产于中美洲的 海洋贝类一沙筛贝【2 5 】。这些海域的海岸基石和养殖设施表面几乎全被它占据，把 当地原有数量很大的藤壶、牡蛎等都排挤了。目前，沙筛贝在福建一些海湾已大 量繁殖，已造成虾贝等本土底栖生物的减少，甚至绝迹，对当地生态系统造成巨 大打击【2 6 1 。 对于赤潮灾害，自从1 9 8 9 年8 月至1 0 月，河北省黄骅海域发生大面积赤潮 造成重大经济损失，人们开始逐渐熟悉它，9 0 年代以来，我国近海赤潮发生频率 增高、规模加大，1 0 年间累计发现2 0 0 余起，平均每年达2 0 起；2 0 0 1 年至2 0 0 5 年全海域共发生赤潮4 5 3 次。赤潮灾害如此蔓延，其重要原因之一是外来生存能 力较强的赤潮生物的危害。通过船舶压载水带来的外来赤潮生物主要有：洞刺角 刺藻、新月园柱藻、方格直链藻等1 6 种藻类，这些外来赤潮生物对生态适应性强、 分布广，只要环境适宜，就可能爆发赤潮，导致海洋生态系统的结构与功能几乎 彻底崩溃。另外，我国的许多商业海港附近都有大量的海产养殖场，来自世界各 地的商船每年将大量的压载水排放到这些港口水域中，对我国的渔业生产也会产 生一定的影响。2 0 0 5 年3 月，国家环保总局公布，我国由于生物入侵造成的直接 经济损失高达5 7 4 亿元，其中海洋入侵生物是主要成因之一。随着经济全球化的 加速，我国沿岸各港口的货物吞吐量持续增高，这样在我国海域排放的压载水也 第1 章绪论 不断增加。如果任意排放压载水，那将造成不堪设想的后果。因此，压载水管理 和控制已成为我隧所面临的刻不容缓的议题。 2 有害甲藻孢囊的危害 1 2 。1 甲藻赤潮与孢囊的关系 赤潮是一些微小的浮游生物( 浮游杭物、浮游动物或者缁菌) ，大多数是甲 藻，在定的环境条件下在水体中短时间内爆发性增殖或聚集，而引起海洋水体 变色的有害生态异常现象潮。赤潮是海洋污染的信号，是全球性的海洋灾害 2 8 。镄。 大量胡萝卜素的累积是造成海水变色的重要原因。国际上把造成危害的藻华( a l g a l b l o o m ) 称之为有害藻华( h a r m f u la l g a lb l o o m s ) 3 1 1 ，篱称为淞b s 。丽某些有毒 藻类在低密度时就能造成危害，如亚历山大藻属( a l e x a n d r i u m ) 的些物种细胞 数达1 0 霹c e l l s l 时，即可称为有害藻华。 全球海洋浮游藻类约有40 0 0 多种，其中赤潮生物物种数为3 0 0 多种，甲藻约 占一半左右【3 2 镧( 见表l 。1 ) 。在赤潮甲藻中又有6 0 种左右被证实是有毒有害种 类。而在所有的有害赤潮( i - l a b s ) 中，甲藻占据7 5 左右【3 5 】。赤潮原因种中，许 多是光能自养型甲藻如裸甲藻( g y m n o d i n i u m ) 、膝沟藻 疃壹 邕喏址 一一一喏鞋 一一咯鞋 一曙轱 i_菩d三案p茸bd0甚昌bq嗣卜i叩日b工 距晕惜瑚喏转二懈 善s 们 旨净 啊 旨乏 硼 们 u 旨= 习“ 【厅 旨高 州 们 d 旨一 口 们 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 号f 4 182 82 一 毫三鲁瓮蓉三 罱y - 罱 3 3 n门 | -寸 口d 1_毽口譬之：u憾o_funb n舅弓f曙：=u备ro。气 q 孽 暑舄电。葚岛du 葛l乩ls暑甚蔷葛星受 量是3备廷u，岛 n=r曩套3。：u奄o。qni。 望oif夸f0岛蛋务蓉 ，黾ff鐾n n：旨lpo置岛du ff譬龟至3奄。暑舄dq ji岛兰a1日譬魄奄。龟自 暮qeh窟暮0fb含 髅蠓囤陕谢燧幂蟀葵爆髅蠓囤叮唇艇牺罂眯舯髅般艇鞋耀惶囤脎旷髅蠓囤楸哥 霪削叩 咪磷蠓囤眯酬 髅酿取 缆避囤咝越 艇明蛋酿酬艇瞬枨 艇嫁囤 ) ( 笛 晕 u一口暑es u一署hhes 暑警磊眈 亭 粤萤 砼【葛霉h i i l l ：田r t 簿即伙哥 一薹凸暑，节3)制酗 簿即 冒矗hhhpa1meiiep kd净篇hb它口【h巾口。罟。nh日udud clul：【l h n 荀一 心韶趔2仨黑糕藩g粼蹦一一懈 第2 章船舶腰载水沉积物及大连近岸沉积物的性质和生物组成 雪萝 雪 言裁 伪 誊墨 d 墓蹦 们 u 耋 矾 杓卜 寸 c h hn 3 4 。 卜州p - nn 帑 寸寸 黼灞曩 nhnh_蕊娃n罄诞n 器o童己!f惫z 器瑟鼢冀麓鬻国 毽；奄冀乜cfl，o冬uiiu 峨恐瑚答嚼 n龟誉厶曼3n|。 譬踌fpo善冀cju h墓嚣鏊s 等黾。墨鸳羹u 麓勰廊祷n薅”憨姑i：昌 总爱詹基 鸶。罨是蕊u qb曼q毽 ri奄。蔷麓du n爱憨瑟n愚奄q器b”qu 毽蓦馨毽e鼍要e鼍昏岛 燧陕摩半 燃粼罄蘸洙 缫鬈躞喜狳、， 摊捌豁 醚蠓囤棼鬈孵垛囤o 、馨溅删髅暌骤醛蠓囤矮器艇壕圃鳝燃蠓囤杂臻 醛啦袋半 】【一 黪 黪 一ci霉阮d一已_h毒一薹d一盎hh等阮 u 目簿h g 毒j 簿叩仪蚤 一蓦q芒司u一越酗 藩即 营窭秀鏊1s器叠麓茸g它_毒叠口鲁口盘基ou一8蛩l卜叩一毒二口u 嚣韶趔援熏粼靠墨粼醛吖n拱缓 萝s 们 旨净 们 u 旨邕 叽 i i 著兰 们 萝目 们 d 营一 们 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 星蚕 莹璺 星茎萋 堇 高高dd 高釜竺 d 吕 淡窝一 口高 臣臣u龟a吖 譬毽奄08窟瞽l，l啮 “暑曼nou电窖掣g是融呸 a u s 4 g伤。爱霭乇王 差鼬暑篙蠢霹j备自 望懿总甚甍窟鼋县莨 毽jlrl毽鼍j_盟电暮qon量s、 f0!i|日 暑是墓毽亳舅吐 日葛龟商量吝 jfu套ic，ou弋 ffs昱旦 窟赠0量x 髅止本 壤般舯需瞪诞冰啦晶廿 髅撑嫩地 k 髓咄苍出梧蜒蜘擘岬丕艇蜘罂喷帐髅唑罄医k 醛刚删 镂幂弹恤 孓 髅锄警啦振燧岬援摧挺燧撂嫩啦般 ) ( x i 晕 富 旦蚕d一营 一dih习 一暑ub们 器h暑崔目_lq_i 簿即导 一q a，葛u一心韶 簿印 营薯茜鼋口苫兽n8墨噶蜀口。名o菖口u皇b旨dil卜叩n暑l甚。u 蹦翻趔链职糕靠墨粼蜒q一惟蟛 第2 章船舶压载水沉积物及大连避岸沉积物的性质和缴物组成 l 1 , 誊箩 舢 器 羞乏 謇暑 舢 萝昌 善一 沈 - 3 6 “ b 黻 埘烈 霹鼗 卜囊6 i 毡醯毒备日譬毽珏岛 鼍。嚣毽吾 等嚣蔼鼬器姨 襄3s是墨蓉譬 雾懋h鼍露艿 毽警9定毽专鼍喜 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调查发现大连近岸海域浮游植物群落组成属于较典型的北方海域种类组成， 种类组成与藻类细胞数量处于正常范围。本次调查共检本次调查共检出浮游植物 2 7 种，其中硅藻门2 5 种，甲藻门2 种。凌水湾沉积物中发现了1 0 浮游植物，包 括2 中甲藻门浮游植物，其中优势种主要为中肋骨条藻、旋链角毛藻、佛氏海毛 藻、小等刺硅鞭藻、具槽直链藻等。黑石礁海域沉积物中发现9 中浮游植物，优 势种为小等刺硅鞭藻、具槽直链藻。星海湾沉积物中1 0 中浮游植物，优势种为圆 筛藻、小等刺硅鞭藻、具槽直链藻。付家庄海域沉积物中浮游植物8 中，优势种 为小等刺硅鞭藻、具槽直链藻。样品v 中浮游植物9 种，发现2 中甲藻门浮游植 物，小等刺硅鞭藻、具槽直链藻为优势种。 2 7 2 2 沿岸沉积物中的孢囊检测与分析 沿岸沉积物的5 个样品中发现了甲藻孢囊和硅藻孢囊，密度不大，优势度较 低，分布在正常范围之内。下图为检测到的甲藻孢囊，亚历山大藻孢囊和其他类 别的甲藻孢囊，( 图2 1 1 ) 。 第2 章船舶胝载水沉积物及大连近岸沉积物的性质和生物组成 4 0 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 目2 1 1 甲藻孢囊 f i 9 21 1d i n o f l a g e l l a t ec y s t s 第2 章船舶臌载水沉积物及大连近岸沉积物的性质和生物组成 2 8 小- 结 ( 1 不同航线、船型、装载压载水的时间地点和取样位黉等因素的不同，船 舶压载水沉积物的性质及其生物组成也有很大区别。通过对十个压载水沉积物样 品性质的分析，样品的含水率普遍偏高，盐度跨度较大，但是同一航线样品的盐 度还是基本一致的。压载水沉积物的粘土矿物组成与粒度无关，是其具体表现， 不同航线压载水沉积物的粒度可能相似，也可能相差很大，鼗p 使相同航线的样品 的粒度也有差别，这些都与装载压载水的地点有关。 ( 2 ) 通过对l o 个样品的生物检测和对其生物组成的分析，发现压载水沉积 物的生物组成以浮游硅藻类和甲藻类孢囊居多，也有少量的世界广布性赤潮藻种。 虽然各个航线的藻类大多都是浮游硅藻，但是种类和数量各不相同。而不同航线 压载水沉积物中孢囊种类和密度相差很大，一些航线甚至没有发现孢囊。 ( 3 ) 分析压载水沉积物的性质与其生物组成的关系，发现小颗粒泥质的沉积 物较易沉积藻类及孢囊，丽不同月份装载的压载水沉积物中的藻类及孢囊的种类 和密度都不相同，同时盐度的大小也影响着压载水沉积物中的藻类及孢囊的密度， 这些都说明压载水沉积物中藻类及孢囊的种类和数量与压载水沉积物组成、装载 压载水的时间及压载水沉积物的盐度有关。 ( 4 ) 分析发现大连近岸的沉积物的物理性质相差不大，底泥颜色呈灰黑色、 泥质。含水率都在6 0 左右，盐度在3 0 左右，p h 值平均值为，成弱碱性；凌水 湾和星海湾的平均粒度接近，分别为5 9 9 u m 和5 3 3 u m ，付家座海域沉积物的粒度 为7 8 5 u m ，平均粒度比凌水湾和星海湾的平均粒度稍大。 ( 5 ) 调查发现大连近岸海域浮游植物群落组成属于较典型的北方海域种类组 成，种类组成与藻类细胞数量处于正常范圈。本次调查共检本次调查共检出浮游 植物2 7 种，其中硅藻f 2 5 种，甲藻f 】2 种。近岸沉积物的5 个样燕中发现了甲 藻孢囊和硅藻孢囊，密度不大，分布在正常范围之内。其中甲藻孢囊大多为贬历 出大藻孢囊。 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 第3 章船舶压载水沉积物的处理技术研究 通过对压载水沉积物的生物多样性研究，可知压载水沉积物中有大量的浮游 及底栖藻类和甲藻孢囊。对于这些生物，如不进行安全有效的处理，一旦其被传 播到一个新的地方，可能会给当地经济和环境方面带来灾害性后果。目前，沉积 物处理的研究很少，一般都以处理压载水为主，国外有- d , 部分的研究，而国内 基本没有，船舶压载舱中的沉积物一般都直接排入海中，或在到港时排出，但都 不做处理，所以沉积物的处理技术是非常少的，目前还都只是初级阶段，并没有 成形的好的处理方法。因此课题组结合国家科技支撑计划项目，用好氧发酵、微 波处理技术和硫酸自由基高级氧化技术处理压载水沉积物进行了具体的实验研 究。试验发现，单纯一种处理技术来处理船舶压载水沉积物，效果不理想，经过 单细胞培养后，孢囊的萌发率稍高，处理后的沉积物排放后有可能造成生态污染。 结合一些污泥处理的成型技术，本文选择微波超声波法、超声波硫酸自由基高级 氧化技术处理压载水沉积物，可行性强，并初步确定了微波超声波方法、超声波 硫酸自由基高级氧化技术处理沉积物的条件，同时也对处理前后沉积物中的存活 生物和微生物的生化指标进行了检测，最后对处理前后沉积物中的藻类孢囊进行 了萌发培养。 3 1 试验样品 对所采集样品的生物组成的分析，发现马来西亚航线样品中的藻类及孢囊的 种类丰富，密度也很大，能够满足实验的要求，所以选取马来西亚航线样品作为 处理样品。该样品中的孢囊密度较大，高达8 1 3 6 3c e l l gnw t ；一该样品中优势孢 囊为亚历山大藻孢囊，其孢囊具有的较厚的有机质或钙质的孢囊壁可抵御外界酸 碱的侵蚀，并能在缺氧环境下存活，因此耐受不良环境的能力很强，随着船舶压 载水及沉积物传播，如果大量萌发能够引发赤潮，而且能产生大量的毒素，危害 其他生物和人类的健康。 第3 章船舶服载水沉积物的处理技术研究 3 2 试验试剂及仪器 3 2 1 试剂 彩2 培养液( 见表3 1 ) 表3 1f 2 培养液配方 t a b 。3 1c o m p o s i t i o no f f 2m e d i u m - k 2 s 2 0 8 ，c o c l 2 ( 分析纯，天津市化学试剂三厂) ：实验用的硫酸自由基溶液是 由以k 2 s 2 0 8 为原料，c o c l 2 做催化剂产生不同浓度的硫酸自由基溶液。 3 。2 。2 仪器 试验用微波炉 k d 2 3 b d a广东美的微波炉制造有限公司 超声波破碎仪 j y 9 2 i id n宁波薪芝生物科技股份有限公司 普通显微镜 n i k o n e 2 0 0 南京江南光电( 集团) 股份有限公司 倒置显微镜n i k o n - y s l 0 0 。上海长方光学仪器有限公司 压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究 微量天平 s a r t o r i u s c p 2 2 5 ds a r t o r i u sa g 光照培养箱 s p x g b上海博泰试验设备有限公司 单细胞培养皿( 9 6 孔) 木质培养架毛细管1 0 0 m l 烧杯药匙移液管 普通显微镜n 置显微镜单细胞培养皿恒温培养箱筛网( 2 0a m 、15 0 u m ) 微量移 液器b p 2 0 0 0 s 电子天平烧杯毛细管载玻片盖玻片 3 3 试验方法 3 3 1 船舶压载水沉积物的试验处理 称一定量的取沉积物置于1 0 0m l 小烧杯中，微波功率4 0 0w ，辐照时间3 0 s 后，加入约8 0 m l 消毒过滤海水，搅拌均匀，再用超声波处理。调节超声波破碎仪， 使功率分别为2 0 0 w 、3 0 0 w 、4 0 0 w 、5 0 0 w ，破碎时间为1 0 s 、3 0 s 、6 0 s 、9 0 s 、1 2 0 s ， 占空比为1 ：2 ；温度为2 2 。处理样品为2 5 个，一个未经处理的原样作对比试 验，共2 6 组样品。 3 3 2 大连近岸沉积物的试验处理 超声波破碎仪，占空比为1 ：2 ，温度2 2 ，功率3 0 0w ，处理时间3 0 s ，然 后加入浓度分别为o 1 9 l 、o 3g l ，0 5 9 l 、0 7g l ，1 0 9 l 的硫酸自由基溶液， 处理时间分别为3 0 s 、6 0 s ，1 0 样品，一个未经处理的原样作对比试验，共1 1 个样 品。 3 4 孢囊培养萌发试验 将2 6 个样品，用筛网法过滤，定容至1 0 m l ( 详见2 3 1 ) 。 吸取一滴处理后的沉积物样品放在载玻片上，放在倒置显微镜下观察，找到 目标物种的存活孢囊，用细解剖针将孢囊周围的杂质挑开，然后用毛细管( 末端 孔径为5 0 1 0 0u m ) 吸取单个存活孢囊。毛细管内的孢囊置于另一个已经预先加好 了培养基的载玻片上，然后进行进一步分离，直至分离到单个没有其他杂质的目 标孢囊。孢囊萌发操作流程见图3 1 。 第3 章船舶服载水沉积物的处理技术研究 在9 6 孔培养板中加入适量不加硅的耽培养液，将分离的孢囊放在培养孔内， 置于恒温培养籍中。培养溢度巍2 0 。c ，