，，

(1.中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100；2.國家海洋局海洋減災(zāi)中心，北京 100194)

隨著人類對海洋資源開發(fā)的日益加劇和海上船舶運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，海上油田泄漏及船舶溢油事故頻發(fā)，嚴重破壞了海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動[1-2]。包括我國在內(nèi)的很多國家通過噴灑消油劑來消除油污，有關(guān)石油烴和消油劑的混合使用問題也受到越來越多的關(guān)注[3-4]。研究發(fā)現(xiàn)，消油劑的主要成分陰離子表面活性劑雖然能加快石油烴類污染物在海洋中的分散速率，但并不能從根本上消除污染，且其本身具有的毒性，容易造成二次污染[5-6]。姚念娣等[7]通過120#燃料油分散液和乳化液對小球藻的急性毒性效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，添加消油劑后的乳化液毒性較分散液毒性低。而Gulec等人[8]研究發(fā)現(xiàn)，在添加Corexit9527型消油劑后，原油乳化液對小球藻的毒性效應(yīng)比原油分散液更高，Koyama團隊及Cook等人[9-10]在對真鯛魚和珊瑚的研究時也得出了同樣結(jié)論。

目前，消油劑處理溢油污染對海洋生物的急性毒性研究已涉及浮游植物、魚、蝦、貝類等多個物種[11-13]，但專門針對中國渤海海域優(yōu)勢物種圓篩藻的研究鮮見報道。因此，本文選取圓篩藻作為實驗藻種，選擇原油、燃料油以及分別被消油劑處理過的兩種油品乳化液作為污染物，研究以上4種溢油污染物對圓篩藻的毒性效應(yīng)。該研究可為以后海洋溢油生態(tài)損害評估和制定溢油分散劑的合理使用策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 受試生物

選擇圓篩藻(Coscinodiscus sp.)作為實驗藻種，由中國海洋大學(xué)海洋污染生態(tài)化學(xué)實驗室提供，保種采用純種一次培養(yǎng)的方法。培養(yǎng)容器經(jīng)1∶5的HCl浸泡洗凈后高壓滅菌(120 ℃，0.2 MPa，20 min)，海水經(jīng)孔徑0.45 μm的濾膜過濾后，高壓滅菌，按f/2配方配制營養(yǎng)液。培養(yǎng)溫度為(22±1)℃，明暗周期12 h∶12 h，光源為白色日光燈，照度約為2 000 lx。培養(yǎng)瓶每日搖動2～3次，保種液每隔6～7 d接種1次，增長到指數(shù)期待用。在整個培養(yǎng)過程中，各操作步驟均進行滅菌處理。

1.2 油品制備

1.2.1 試驗油品及消油劑

油品及消油劑分別為：原油(BXPT，采自中海油渤西區(qū)塊)，燃料油(HSFO 380CST，船用燃料油)，恒海牌消油劑(濃縮型)。

1.2.2 WAF及DWAF的制備

將試驗油品和過濾海水按體積比1∶10的比例混合，置于約2 L的三角瓶中。其中試驗油品在使用時經(jīng)過加熱軟化，海水經(jīng)0.45 μm醋酸纖維膜過濾，在滅菌鍋中經(jīng)過120 ℃，20 min的條件滅菌；在振蕩器上震蕩24 h，靜置2 d后取下清液(即為WAF)保存于棕色的試劑瓶中；并放在4～6 ℃的冰箱中保存，實驗時按需稀釋。

將過濾海水、試驗油品、溢油分散劑按體積比100∶10∶1的比例混合，置于容量約2 L的三角瓶中。其中試驗油品在使用時經(jīng)過加熱軟化，海水經(jīng)過0.45 μm醋酸纖維膜過濾，在滅菌鍋中經(jīng)過120 ℃、20 min滅菌；在振蕩器上震蕩24 h，靜置2 d后取下清液(即為DWAF)保存于棕色的試劑瓶中，并放在4～6 ℃的冰箱中保存，實驗時按需稀釋。

1.2.3 溢油污染物母液濃度的測定

取1.2.2中制備的溢油污染物母液5 mL于分液漏斗中，加入50 mL的Q水，5 mL 1∶3的硫酸，用10 mL的正己烷分兩次萃取，在225 nm下測定吸光度，依次測定4種石油烴類污染物母液的總石油烴質(zhì)量濃度。

1.3 急性毒性試驗

采用單種一次培養(yǎng)法，培養(yǎng)瓶經(jīng)濃硫酸浸潤清洗，高壓滅菌備用。培養(yǎng)海水過濾，高壓煮沸滅菌，按f/2配方配制培養(yǎng)液。取培養(yǎng)液500 mL，根據(jù)預(yù)實驗的質(zhì)量濃度范圍，按照等對數(shù)間距加入不同體積的原油(燃料油)WAF與DWAF，混勻，使其達到不同的質(zhì)量濃度梯度；然后接入指數(shù)生長期的藻種，每個質(zhì)量濃度梯度設(shè)定3個平行樣。圓篩藻的初始培養(yǎng)密度約100 cell/mL。培養(yǎng)條件為溫度(22±1) ℃，明暗周期12 h∶12 h，光源為白色日光燈，照度約為2 000 lx(使用數(shù)字光度計測量獲得)，培養(yǎng)瓶每日定時搖動2～3次，每天定時測定細胞密度(顯微計數(shù)法)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)OECD中的方法[14]，不同時間內(nèi)石油烴類污染物對藻類生長抑制率為

(1)

式中：Btcontrol為t時間，對照培養(yǎng)瓶中的細胞密度；Bt為t時間時實驗瓶中的細胞密度；B0control為對照培養(yǎng)瓶中的起始細胞密度。

傳統(tǒng)的EC50測定由于作圖法自身的局限性，并常常受主觀因素(如實驗質(zhì)量濃度系列的設(shè)計，作圖方法等)的影響，計算準(zhǔn)確性較差，不能全面反應(yīng)在整個質(zhì)量濃度系列中污染物的毒性作用。按照抑制率和石油烴類污染物濃度的關(guān)系，可用對數(shù)方程描述為

(2)

式中：C=lgCPH，CPH為石油烴類污染物質(zhì)量濃度；β0、β1為可調(diào)參數(shù)。當(dāng)P為50%時，CPH=EC50，所以上式又可變形為

(3)

式中：CPH為石油烴質(zhì)量濃度；b為可調(diào)參數(shù)。這樣由P對CBT進行擬和即可直接得到EC50，從而消除了主觀因素的影響。而當(dāng)?shù)蜐舛仁蜔N類污染物對浮游植物的生長有促進作用，可用下式表示抑制率與EC50的關(guān)系：

(4)

式中：f、b為可調(diào)參數(shù)；f為促進作用的大小。如果沒有促進時，f=0[15]。

2 結(jié)果與討論

2.1 溢油污染物對圓篩藻生長效應(yīng)的影響

按照邏輯斯諦方程擬合的圓篩藻在不同濃度溢油污染物中的生長曲線見圖1。

圖1 不同質(zhì)量濃度對圓篩藻生長效應(yīng)的影響

通過圖1可以看出，燃料油WAF和原油WAF對圓篩藻生長效應(yīng)的影響表現(xiàn)為“低促高抑”，而燃料油DWAF和原油DWAF始終抑制圓篩藻的生長。燃料油WAF中，在接種3 d以后，當(dāng)質(zhì)量濃度小于0.5 mg/L時，對圓篩藻的生長起促進作用；而當(dāng)質(zhì)量濃度大于2 mg/L時，開始出現(xiàn)抑制作用，與對照組相比，增長率下降。在原油WAF中，當(dāng)質(zhì)量濃度大于2 mg/L時，開始抑制其生長，當(dāng)質(zhì)量濃度大于10 mg/L時，增長率基本為0，甚至出現(xiàn)負增長現(xiàn)象。不同濃度的原油DWAF始終抑制圓篩藻的生長，在接種3～4 d，圓篩藻的增長率最大，而在接種5 d后，逐漸趨于穩(wěn)定，增長率幾乎為0，但沒有出現(xiàn)負增長的現(xiàn)象。

2.2 溢油污染物對圓篩藻的急性毒性效應(yīng)參數(shù)(96 h-EC50)

溢油污染物對圓篩藻的劑量質(zhì)量濃度-效應(yīng)曲線見圖2。

圖2 燃料油WAF、燃料油DWAF、原油WAF及原油DWAF對圓篩藻生長抑制率的影響

由圖2可見，4種溢油污染物對圓篩藻的生長抑制率曲線表現(xiàn)出良好的相關(guān)性。通過該劑量質(zhì)量濃度-效應(yīng)曲線，根據(jù)1.4中方法，擬合得到4種溢油污染物對圓篩藻的急性毒性效應(yīng)參數(shù)96 h-EC50，表1。

表1 溢油污染物對圓篩藻96 h-EC50(mg/L)

由表1可見，4種溢油污染物對圓篩藻的急性毒性效應(yīng)大小依次為燃料油WAF>原油DWAF>原油WAF>燃料油DWAF，其96 h-EC50值介于1.15～6.34 mg/L之間。其中，燃料油WAF對圓篩藻的急性毒性效應(yīng)最強，其96 h-EC50值低至1.15 mg/L，而燃料油DWAF對圓篩藻的急性毒性效應(yīng)最弱，其96 h-EC50值高達6.34 mg/L。添加消油劑之前，燃料油WAF對圓篩藻的急性毒性效應(yīng)明顯強于原油WAF，其96 h-EC50值相差80%左右。造成這種現(xiàn)象的原因可能與油品的種類有關(guān)，不同油品中含有的低分子量的多環(huán)芳烴(PAHs)的種類和數(shù)量不同[16]，而其中2-4環(huán)PAHs對溢油污染物的急性毒性效應(yīng)起主要作用[17]。

加入消油劑后，兩種油品對圓篩藻的急性毒性效應(yīng)變化各異，燃料油降低而原油升高。該毒性效應(yīng)變化相反的原因可能與消油劑的作用過程有關(guān)。消油劑作為一種陰離子表面活性劑，通過自身含有的親油基團降低油水之間的表面張力，提高乳化效率，增加海水中碳氫化合物(如PAHs)的數(shù)量[18]。而PAHs是一類具有光誘導(dǎo)毒性的有機污染物，PAHs的離域大π健可以吸收太陽光中的可見(400～700 nm)和紫外(290～400 nm)部分，從而產(chǎn)生毒性作用更強或者更弱的降解產(chǎn)物[19]，可能進一步加劇或減輕溢油污染物的急性毒性效應(yīng)。

3 結(jié)論

圓篩藻對溢油污染物的敏感性和耐受性差異較大，未添加消油劑的燃料油和原油對圓篩藻生長效應(yīng)的影響均表現(xiàn)為“低促高抑”，而添加消油劑后則始終抑制圓篩藻的生長。燃料油和原油對圓篩藻的急性毒性效應(yīng)(96 h-EC50)因消油劑的加入而發(fā)生相反的變化，燃料油降低而原油升高。

[1] MACFARLANE G R, REID D J, ESGUERRA C A. Sublethal behavioral effects of the water accommodated fractions of crude oil to gastropod molluscs[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2004,72(5):1025.

[2] SOLé M, LIMA D, REISHENRIQUES M A, et al. Stress biomarkers in juvenile Senegal Sole, Solea senegalensis, exposed to the water-accommodated fraction of the “prestige” fuel oil.[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2008,80(1):19-23.

[3] FINGAS M. Oil spill clean up (second edition)[M].New York: Lewis Publishers,2001.

[4] 高亞麗,呂昕璐,楊柏林,等.消油劑處理溢油對海洋浮游生物的毒性效應(yīng)影響[J].大連海事大學(xué)學(xué)報,2014,40(1):78-82.

[5] 穆景利,靳非,王菊英,等.基于物種敏感性分布的保護海水水生生物的石油烴急性毒性基準(zhǔn)研究[J].生態(tài)毒理學(xué)報,2015,10(1):169-181.

[6] MIN Chao, SHEN X, LUN F, et al. Toxicity of fuel oil water accommodated fractions on two marine microalgae, skeletonema costatum, and chlorela spp[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2012, 88(5):712-716.

[7] 姚念娣.消油劑處理燃料油對兩種海洋生物的毒性效應(yīng)影響研究[D].大連海事大學(xué),2012.

[8] GULEC I,LEONARD B,HOLDWAY D A. Oil and dispersed oil toxicity to amphipods and snails[J]. Spill Sci Technol Bull,1997(4):1-6.

[9] KOYAMA J,KAKUNO A.Toxicity of heavy fuel oil, dispersant, and oil dis-dispersant mixtures to a marine fish, Pagrus major[J].Fisheries Science,2004,70(4):587-594.

[10] COOK C B, KNAP A H .Effects of crude oil and chemical dispersant on photosynthesis in the brain coral Diploria strigosa[J].Marine Biology,1983,78:21-27.

[11] LIM H H,SHIN H S.Simultaneous determination of 2-naphthol and 1-hydroxypyrene in fish and shellfish contaminated with crude oil by gas chromatography-mass spectrometry[J].Food Chemistry,2013,138:191-196.

[12] SARA M L,DOUGLAS A H. Acute toxicity of crude and dispersed oil to Octopus pallidus (Hoyle,1885) hatchings [J].Water Research,2002,36(11):2769-2776.

[13] ECHEVESTE P, AGUSTI S, DACHS J.Cell size dependenttoxicity thresholds of polycyclic aromatic hydrocarbonsto natural and cultured phytoplankton populations[J].Environmental Pollution, 2010,158(1):299-307.

[14] OECD.1984.Guidelines for Testing of Chemicals[S]. section 2,effects on biotic systems: alga growth inhibition test NO. 201,Adopted:7 June.

[15] MENG W, WANG L, ZHENG B. Photoinduced toxicity single and binary mixtures of four polycyclic aromatic hydrocarbons to the marine diatom Skeletonema costatum[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2007,26(6):41-50.

[16] HEMMER M J, BARRON M G, GREENE R M. Comparative toxicity of eight oil dispersants, Louisiana sweet crude oil (LSC), and chemically dispersed LSC to two aquatic test species[J]. Environmental Toxicology & Chemistry, 2011,30(10):2244-2252.

[17] 楊柏林，呂昕璐，高翔，等.消油劑和120#船舶燃料油對海膽胚胎發(fā)育的復(fù)合毒性影響[J].海洋環(huán)境科學(xué),2013,32(6):814-817.

[18] WELLS P G, ABERNETHY S, MACKAY D. Study of oil-water partitioning of a chemical dispersant using an acute bioassay with marine crustaceans[J]. Chemosphere, 1982,11(11):1071-1086.

[19] 慕俊澤,張勇,彭景嚇.多環(huán)芳烴光解研究進展[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2005,5(3):69-74.