王飛飛，程方平，王瓊，吳惠仙，薛俊增*

(1. 上海海洋大學(xué) 海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海 201306；2. 上海海洋大學(xué) 港航生態(tài)安全研究中心，上海 201306)

引 言

船舶壓載水(Ballast water)是為控制船舶縱傾、橫傾、穩(wěn)定性等而在船上加裝的水及其懸浮物[1]。當(dāng)船舶來(lái)往于不同國(guó)家和地區(qū)的港口之間時(shí)，其壓載水中攜帶的生物可以通過(guò)壓載水的排放過(guò)程在不同海域之間傳播，從而引起海洋生態(tài)環(huán)境的破壞和污染[2]。相關(guān)數(shù)據(jù)指出，平均每天由壓載水?dāng)y帶的物種高達(dá)7000多種[3]，目前為止，大約有500種入侵物種已經(jīng)被確認(rèn)是由壓載水傳播的[4]。

全世界海洋浮游微藻有4000余種，其中能形成赤潮的有260余種，產(chǎn)生毒素的有70余種[5-6]。壓載水?dāng)y帶的生物中攜帶有大量赤潮藻，可導(dǎo)致赤潮的發(fā)生。目前關(guān)于船舶壓載水引發(fā)外來(lái)物種入侵甚至引發(fā)赤潮的現(xiàn)象已經(jīng)引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，但是針對(duì)船舶壓載水中赤潮藻的研究較少，僅有數(shù)篇綜述了船舶壓載水造成的有害赤潮藻類(lèi)生態(tài)入侵狀況、危害和管理經(jīng)驗(yàn)[7]。由于壓載水的監(jiān)測(cè)起步較晚[8-9]，導(dǎo)致其攜帶赤潮藻引發(fā)的赤潮事件卻屢見(jiàn)不鮮，如起源于北美洲的柔弱菱形藻(Pseudo-nitzschiadelicatissima)，于1996年香港大學(xué)調(diào)查的34艘來(lái)自海外船舶的壓艙水中被首次發(fā)現(xiàn)，該藻多次在我國(guó)近海海域發(fā)生赤潮，因其具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，一旦條件適宜，很可能引發(fā)赤潮；1983年產(chǎn)生于西太平洋的甲藻亞歷山大藻也可能是由壓載水引入的[10]；日本褐藻(Undariapinnatifida)通過(guò)船舶壓載水被帶到了澳大利亞，給塔斯馬尼亞州的漁業(yè)帶來(lái)十分不利的影響[11]；20世紀(jì)80年代末，澳大利亞的塔斯曼海域發(fā)現(xiàn)三種由船舶壓載水帶入的有毒甲藻，引發(fā)多起麻痹性神經(jīng)中毒事件(PSP)[12]。

近年來(lái)，有害赤潮頻繁發(fā)生于全球范圍內(nèi)的沿海國(guó)家及地區(qū)，其爆發(fā)頻率、強(qiáng)度以及波及范圍亦逐年增大[13]。1995—2014年的20年間，中國(guó)近岸海域共記載赤潮事件約1160次，東海海域?yàn)槌喑钡母甙l(fā)區(qū)和多發(fā)區(qū)，自20世紀(jì)80年代有正式的赤潮記錄以來(lái)，約有1/4的赤潮發(fā)生在這個(gè)海域[14]。中國(guó)東海海域常見(jiàn)的赤潮藻有中肋骨條藻(S.costatum)、米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)、東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)、夜光藻(Noctilucascintillans)等[15]。長(zhǎng)江口鄰近海域?qū)儆诔喑备甙l(fā)區(qū)，有明確記錄的發(fā)生過(guò)赤潮的赤潮藻有：具齒原甲藻(Prorocentrumdentatum)、尖葉原甲藻(Prorocentrumtriestinum)、角藻(Ceratium)、夜光藻(N.scintillans)、中肋骨條藻(S.costatum)等[16]。長(zhǎng)江口及其附近的舟山海域在2005年發(fā)生過(guò)大規(guī)模的米氏凱倫藻(K.mikimotoi)赤潮，該種屬于入侵種，造成了大量養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)死亡[17]。近年來(lái)，長(zhǎng)江口附近海域接連爆發(fā)大規(guī)模東海原甲藻(P.donghaiense)及鏈狀亞歷山大藻(Alexandriumcatenella)赤潮，船舶壓載水可能是導(dǎo)致這些藻傳播引入的重要途徑[16]。

洋山港位于長(zhǎng)江口外的崎嶇列島[18]，受長(zhǎng)江徑流影響，該水域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，植物生產(chǎn)力高，為赤潮爆發(fā)提供了必要的基礎(chǔ)。隨著上海國(guó)際航運(yùn)中心的建設(shè)，大量的入境船舶?？吭谘笊缴钏郏渑欧诺膲狠d水可能攜帶多種廣溫廣鹽浮游植物，提高了港口及鄰近海域赤潮發(fā)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)。隨著航運(yùn)的發(fā)展，強(qiáng)海洋外來(lái)種的監(jiān)測(cè)、進(jìn)行相關(guān)的生態(tài)研究愈發(fā)重要[19]。因此本文對(duì)上海洋山港入境船舶壓載水中的浮游植物進(jìn)行了抽樣調(diào)查和分析，為預(yù)防和控制赤潮、保護(hù)洋山港及其周邊海域的生態(tài)環(huán)境提供相關(guān)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣船舶

2015.4—2016.10先后采集停泊于洋山港的12艘船舶壓載水樣品，其中5份水樣采集于春季，1份水樣采集于夏季，4份水樣采集于秋季，2份水樣采集于冬季。12份水樣的壓載水齡變化范圍為3—98 d。根據(jù)船舶壓載水上一壓載地所屬海域統(tǒng)計(jì)得出，12份壓載水樣來(lái)源于8個(gè)海域，其中7份水樣來(lái)源于近岸海域，5份來(lái)源于遠(yuǎn)海。船舶名稱(chēng)、水齡、壓載時(shí)間、來(lái)源海域等信息通過(guò)船舶壓載水航行記錄獲得(表1)。

表1 洋山港到港12艘船舶壓載水樣信息

1.2 浮游植物的采集與分析

打開(kāi)船體人孔蓋，使用10 L的有機(jī)玻璃采水器對(duì)浮游植物樣品進(jìn)行采集，然后用10 μm浮游生物網(wǎng)過(guò)濾，將濾樣收集于采樣瓶中，加入魯哥氏液對(duì)樣品進(jìn)行固定，低溫狀態(tài)(4 ℃)下運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，靜置沉淀并濃縮至50 mL，取0.1 mL濃縮處理后的樣品，移至浮游植物計(jì)數(shù)框，在光學(xué)顯微鏡下對(duì)其進(jìn)行種類(lèi)鑒定并計(jì)數(shù)，每個(gè)樣品重復(fù)鑒定3片。物種豐度以cells/L計(jì)。非生物參數(shù)包括鹽度(Salinity)、pH、溫度(T)、溶解氧(DO)。

種類(lèi)鑒定參考《中國(guó)近海赤潮生物圖譜》、《中國(guó)海洋浮游生物圖譜》和《海洋浮游藻類(lèi)圖譜》等進(jìn)行鑒定，鑒定到最低分類(lèi)階元并記錄細(xì)胞豐度信息。

1.3 數(shù)據(jù)分析

浮游植物優(yōu)勢(shì)種按照物種優(yōu)勢(shì)度值(Y)確定:

Y=(ni/N)×fi

(1)

式中，Y為優(yōu)勢(shì)度;ni為第i種赤潮藻的密度;N為總浮游植物密度;fi為第i種赤潮藻在調(diào)查船舶水樣中出現(xiàn)的頻率，當(dāng)Y值大于0.01時(shí)，表示該物種為主要優(yōu)勢(shì)種[20]。

赤潮藻出現(xiàn)率fi計(jì)算公式為:

fi=Hi/M

(2)

式中，Hi為第i種赤潮藻在調(diào)查船舶水樣中出現(xiàn)的次數(shù);M為調(diào)查船舶的總數(shù)，出現(xiàn)率大于30%為常見(jiàn)種[21]。

用GraphPad Prism 6等軟件進(jìn)行圖形化分析壓載水中藻類(lèi)及赤潮藻的豐度等數(shù)據(jù)。

用IBM SPSS States 22軟件分析壓載水中浮游植物豐度、赤潮藻豐度與環(huán)境因子之間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 壓載水樣參數(shù)

通過(guò)對(duì)非生物參數(shù)鹽度、pH、溫度、溶解氧統(tǒng)計(jì)分析可知，12份樣品的鹽度介于31.2 ～ 35.8 PSU之間，平均鹽度為33.08 PSU； pH介于7.92 ～ 8.63之間，平均pH為8.27；溫度介于10.5 ～ 28.8 ℃之間，平均溫度為18.63 ℃；DO介于5.35 ～ 11.00 mg/L之間，平均DO為7.97 mg/L(圖1)。

注：A、B、C、D分別代表12份壓載水樣品的鹽度、pH、溫度和溶解氧。

鹽度最高的樣品壓載于大西洋海域的12#樣品，最低的樣品壓載于太平洋海域的8#樣品(圖1 A)；pH最高的樣品壓載于中國(guó)東海海域的4#樣品，最低的樣品壓載于紅海海域的7#樣品(圖1 B)；溫度最高的樣品壓載于印度洋海域的11#樣品，采樣季節(jié)是夏季，溫度最低的樣品壓載于臺(tái)北附近海域的6#樣品，采樣季節(jié)是冬季(圖1 C)；溶解氧最高的樣品壓載于大西洋海域的12#樣品，最低的樣品為壓載于紅海海域的7#樣品(圖1 D)。

2.2 各船舶壓載水中赤潮藻種類(lèi)組成

采集到船舶壓載水浮游植物47種，隸屬于硅藻門(mén)(Bacillariophyta)、甲藻門(mén)(Pyrrophyta)、金藻門(mén)(Chrysophyta)、綠藻門(mén)(Chlorophyta)。鑒定出赤潮藻11種，隸屬于硅藻門(mén)(Bacillariophyta)和甲藻門(mén)(Pyrrophyta)，其中，硅藻門(mén)(Bacillariophyta)赤潮種類(lèi)較多，有8種，占赤潮總種數(shù)72.7%，甲藻門(mén)赤潮種類(lèi)較少，有3種，占赤潮總種數(shù)27.3%。此外，鑒定出具尾翅甲藻(D.caudata)和利馬原甲藻(P.lima)2種產(chǎn)毒赤潮藻，全部隸屬于甲藻門(mén)(Pyrrophyta)。赤潮藻名錄見(jiàn)表2。

表2 各船舶壓載水中赤潮藻種類(lèi)組成

本次調(diào)查的12份船舶壓載水樣品中，來(lái)自于黃海海域的1#樣品中赤潮藻種類(lèi)最多(4種)，均隸屬于硅藻門(mén)；來(lái)自于印度洋海域的9#樣品中只檢測(cè)到一種甲藻門(mén)赤潮藻是具尾翅甲藻(D.caudata)；來(lái)自于太平洋海域的8#樣品和印度洋海域的11#樣品中未檢測(cè)到赤潮藻。

從赤潮藻出現(xiàn)頻率分析，來(lái)源較廣泛的赤潮藻條紋小環(huán)藻(Cyclotellastriata)，出現(xiàn)頻率25%，采集到該種赤潮藻的3個(gè)樣品全部來(lái)自于近岸海域；常見(jiàn)種為中肋骨條藻(S.costatum)，出現(xiàn)頻率33.33%，采集到該種赤潮藻的4個(gè)樣品分別來(lái)自于黃海、中國(guó)南海、印度洋和大西洋；柔弱根管藻(R.delicatula)出現(xiàn)頻率為16.67%，來(lái)源于黃海和東海；其余赤潮藻種僅在單艘船舶中出現(xiàn)，頻率較低(小于10%)。

12份壓載水樣品中，硅藻門(mén)(Bacillariophyta)赤潮藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其余為甲藻門(mén)(Pyrrophyta)。浮游植物優(yōu)勢(shì)度值(Y)顯示，所有調(diào)查船舶壓載水中，優(yōu)勢(shì)赤潮藻種有具槽直鏈藻(M.sulcata)，優(yōu)勢(shì)度為0.069；柔弱根管藻(R.delicatula)，優(yōu)勢(shì)度為0.029；中肋骨條藻(S.costatum)，優(yōu)勢(shì)度為0.150。

2.3 各船舶壓載水中赤潮藻豐度及占比情況

對(duì)12份船舶壓載水樣品中的赤潮藻及浮游植物統(tǒng)計(jì)分析，各樣品中赤潮藻種類(lèi)、豐度及赤潮藻總豐度在浮游植物總豐度中占比情況見(jiàn)圖2。

注：HA表示赤潮藻，OA表示非赤潮種

不同船舶壓載水樣品中赤潮藻豐度差異較大(圖2)，壓載于中國(guó)東海海域的5#樣品中赤潮藻豐度最高，達(dá)到(5.35 ± 1.097)× 103cells/L，占比該浮游植物中的66.60%，其中以具槽直鏈藻(M.sulcata)豐度最高，達(dá)到(4.467 ± 0.98)× 103cells/L，壓載水齡為3 d，采樣季節(jié)為春季；赤潮藻豐度相對(duì)較高的樣品還有壓載于中國(guó)南海海域的3#樣品，赤潮藻總豐度為(1.767 ± 0.189)× 103cells/L，占比該浮游植物中的89.83%，其中以中肋骨條藻(S.costatum)豐度最高，達(dá)到(1.7 ± 0.229)× 103cells/L， 壓載水齡為41 d，采樣季節(jié)為秋季。其余海域的赤潮藻豐度相對(duì)較小，低于1×103cells/L。從赤潮藻占比情況分析，最高的是3#樣品(89.83%)，其次是壓載于印度洋海域的10#樣品，占比85.00%，其中，中肋骨條藻(S.costatum)豐度最高，達(dá)到(0.567 ± 0.176)× 103cells/L，壓載水齡17 d，采樣季節(jié)為秋季。另外，壓載于大西洋海域的12#樣品和來(lái)自于中國(guó)東海海域的5#樣品中赤潮藻占比也較高，在60.00%以上。赤潮藻占比較低的是采樣于秋季的4#(2.44%)和9#(8.33%)樣品，壓載水齡分別為98 d和64 d，而壓載于大西洋和印度洋的8#和11#樣品中未檢測(cè)到赤潮藻。12份樣品的赤潮藻平均豐度為(0.707 ± 1.545)× 103cells/L，浮游植物平均豐度為(1.349 ± 2.212)× 103cells/L，赤潮藻平均占比52.42%。

2.4 壓載水中藻類(lèi)豐度、赤潮藻豐度與環(huán)境因子的關(guān)系

通過(guò)Pearson 相關(guān)性分析得出，壓載水中浮游植物總豐度與赤潮藻豐度成極顯著相關(guān)關(guān)系，但這兩者與鹽度、水溫、pH 和溶解氧無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。

表3 浮游植物豐度和赤潮藻豐度與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 討論

本研究與其它研究結(jié)果相似，盡管水齡不同，航線不同，但硅藻門(mén)(Bacillariophyta)均為船舶壓載水中浮游植物群落的優(yōu)勢(shì)門(mén)類(lèi)，可能與其生活適應(yīng)性相關(guān)[22-23]。12份船舶壓載水樣品攜帶的赤潮藻類(lèi)有11種，出現(xiàn)的中肋骨條藻(S.costatum)、瓊式圓篩藻(C.jonesianus)、條紋小環(huán)藻(C.striata)、柔弱根管藻(R.delicatula)等赤潮藻種類(lèi)在我國(guó)大部分海域均有分布[24]，船舶運(yùn)輸?shù)脑黾訒?huì)增大物種傳播的頻率，也會(huì)增加物種入侵的數(shù)量，由于貿(mào)易的增加和航運(yùn)路線的擴(kuò)大，有害物種的分布范圍也在不斷擴(kuò)展[25]。船舶壓載艙在船舶航行過(guò)程中并非為浮游植物生活的理想場(chǎng)所，許多浮游植物不適應(yīng)壓載艙中無(wú)光、溫度變化劇烈、營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏的環(huán)境，沉入壓載艙底并死亡[26]。然而，一些藻類(lèi)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，在惡劣的環(huán)境條件下能形成休眠孢子度過(guò)不良環(huán)境，還有一些藻類(lèi)存在其他替代的營(yíng)養(yǎng)方式保持生命力，即使是在惡劣的情況下仍然能夠存活[25]，當(dāng)船舶到達(dá)目的港后，一些存活下來(lái)的浮游藻類(lèi)隨壓載水排放進(jìn)入新的海域，一旦周?chē)h(huán)境適合其生長(zhǎng)，它們便會(huì)在目的港生長(zhǎng)繁殖，甚至導(dǎo)致赤潮發(fā)生，對(duì)目的港口的環(huán)境造成一定的危害[27-28]。

自然水域中浮游植物豐度受到多種環(huán)境因子如溫度、鹽度等的影響[20]，但壓載水艙環(huán)境條件較為特殊，其水體雖來(lái)源于自然海域，卻隔離于自然海域。關(guān)于壓載水中浮游植物豐度與環(huán)境因子之間關(guān)系的研究較少，本次研究發(fā)現(xiàn)，壓載水中溫度、pH、溶解氧和鹽度等環(huán)境因子與赤潮藻豐度和浮游植物豐度之間無(wú)顯著相關(guān)性，壓載水中存活下來(lái)的多是廣溫廣鹽性物種[29-30]，如豐度較高的中肋骨條藻(S.costatum)和具槽直鏈藻(M.sulcata)。在壓載水中發(fā)現(xiàn)的赤潮藻具槽直鏈藻(M.sulcata)最適生長(zhǎng)溫度為25 ℃，在鹽度16 ～ 32 PSU范圍影響不大，但在24 PSU處，直鏈藻獲得最大生長(zhǎng)率[31]，因此，在洋山港4—10月份的鹽度及溫度條件下通過(guò)壓載水向海域中排放該種藻類(lèi)具有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。本次調(diào)查在壓載于印度洋海域的9#樣品中發(fā)現(xiàn)具尾翅甲藻(D.caudata)，該種是一種產(chǎn)腹瀉性貝毒(DSP)的赤潮藻，2004—2005年，長(zhǎng)江口及其鄰近海域曾發(fā)生有毒赤潮13起，約占赤潮總數(shù)的1/4，其中就包括該種藻類(lèi)[11]。在本次調(diào)查所采的壓載水樣中還多次發(fā)現(xiàn)了中肋骨條藻，這些水樣分別來(lái)自黃海、中國(guó)南海、印度洋和大西洋海域，其生存的適宜溫度范圍是21.8 ℃～25.1 ℃[32]，洋山港的環(huán)境(尤其在夏季)特別適宜其生長(zhǎng)繁殖，在長(zhǎng)江口及東海赤潮高發(fā)區(qū)，每年均監(jiān)測(cè)到多次中肋骨條藻赤潮發(fā)生，中肋骨條藻在赤潮優(yōu)勢(shì)種中所占比例超過(guò)20%[33]，由其引發(fā)的赤潮數(shù)量占到東海赤潮總量的13.8%[34]，所以應(yīng)對(duì)壓載自這些海域的壓載水嚴(yán)格控制，加大監(jiān)測(cè)力度。

上海國(guó)際航運(yùn)中心洋山深水港區(qū)是國(guó)際遠(yuǎn)洋航運(yùn)的主靠港之一，位于長(zhǎng)江入?？?，東海東北邊緣區(qū)域。長(zhǎng)江口及其鄰近海域?qū)儆诟粻I(yíng)養(yǎng)化海域[35]，為浮游植物的繁殖提供了充足的營(yíng)養(yǎng)鹽。李曉琳等人調(diào)查了2011—2015年間洋山港的浮游植物群落組成，5 a間浮游植物全年平均密度介于6.00×103cells/L～4. 36×105cells/L之間，鑒定到該海域浮游植物近300種，硅藻門(mén)(Bacillariophyta)為主要優(yōu)勢(shì)門(mén)類(lèi)，其次是甲藻門(mén)(Pyrrophyta)，其中，中肋骨條藻(S.costatum)和波羅的海海鏈藻(Thalassiosirabaltica)的優(yōu)勢(shì)度較高，扁圓卵形藻(Cocconeisplacentula)、具槽帕拉藻(Paraliasulata)、小環(huán)藻屬(Cyclotellaspp.)、圓篩藻屬(Cosinodisusspp.)和菱形藻屬(Nitzschiaspp.)也是主要的優(yōu)勢(shì)種[20,36]，說(shuō)明該海域適宜浮游植物尤其是這些優(yōu)勢(shì)種類(lèi)的繁殖。本次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了中肋骨條藻(S.costatum)、條紋小環(huán)藻(C.striata)、瓊式圓篩藻(C.jonesianus)、長(zhǎng)菱形藻(N.longissima)等赤潮藻種，雖然豐度不高，但這些藻類(lèi)在經(jīng)歷了壓載艙的極端環(huán)境后，若被排放到適宜其生長(zhǎng)繁殖的洋山港附近海域，有可能造成其大量繁殖甚至引發(fā)赤潮。19世紀(jì)以來(lái)，東海赤潮發(fā)生次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)其他海域，其中長(zhǎng)江口及其鄰近海域赤潮發(fā)生最為頻繁，規(guī)模大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)[33]。有些引發(fā)赤潮的物種屬于外來(lái)入侵種，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球海洋物種入侵事件中1/3以上與船舶壓載水有關(guān)[34]。因此，洋山港所面臨的船舶壓載水?dāng)y帶赤潮藻入侵的風(fēng)險(xiǎn)較為嚴(yán)峻，壓載水?dāng)y帶的赤潮藻已成為洋山港及鄰近海域赤潮爆發(fā)的潛在風(fēng)險(xiǎn)源。可結(jié)合使用傳統(tǒng)分類(lèi)學(xué)方法、實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)，或者開(kāi)發(fā)新的快檢試劑盒，實(shí)現(xiàn)快速監(jiān)測(cè)目標(biāo)藻類(lèi)的目的。

4 結(jié)論

本研究對(duì)12艘船舶壓載水?dāng)y帶的藻類(lèi)進(jìn)行了調(diào)查，鑒定出赤潮藻11種，其中硅藻門(mén)8種，甲藻門(mén)3種。包括兩種產(chǎn)毒赤潮藻具尾翅甲藻(D.caudata)和利馬原甲藻(P.lima)。赤潮藻優(yōu)勢(shì)種有具槽直鏈藻(M.sulcata)、柔弱根管藻(R.delicatula)、中肋骨條藻(S.costatum)。壓載于近岸海域的壓載水樣中赤潮藻種類(lèi)和豐度高于遠(yuǎn)海海域，來(lái)源于遠(yuǎn)海海域的兩份樣品中未檢測(cè)到赤潮藻。綜合本研究及以往研究，可認(rèn)為外來(lái)船舶壓載水的排放對(duì)洋山港及周邊環(huán)境具有一定風(fēng)險(xiǎn)生態(tài)。應(yīng)對(duì)壓載水?dāng)y帶有毒有害、高豐度赤潮藻類(lèi)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，對(duì)相關(guān)來(lái)源海域的船舶壓載水采取有效的處理措施。