全 文 ：一种有效去除赤潮生物的粘土复合体系 3
宋秀贤1 ,2 　俞志明1 3 3 　高咏卉1
(1 中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室 , 青岛 266071 ;2 中国科学院研究生院 , 北京 100039)
【摘要】　以粘土为主要成分 ,通过添加 A、B 两组分制备出能有效去除赤潮生物的粘土复合体系. 设计了
三因子三水平正交实验 ,考察了该体系对锥状斯克里普藻 ( Scrippsiella t rochoidea) 、强壮前沟藻 ( A m phi2
dinium carterae)和赤潮异弯藻 ( Heterosigm a akashiwo)的去除率 ,探讨了具有较高去除赤潮生物效果的复
合体系对日本对虾 ( Penaeus japonicus)仔虾 (体长 1～1. 5cm)的影响. 结果表明 ,该体系对 3 种赤潮生物的
去除能力为 :锥状斯克里普藻 > 强壮前沟藻 > 赤潮异弯藻 ,各因子中粘土对赤潮生物去除效果的影响最
大. 日本对虾仔虾急性毒性实验结果表明 ,96h 时对照组日本对虾仔虾死亡率高达 80 % ,加入粘土和组分
A、B 的 I、Ⅱ及 Ⅲ组死亡率均低于 40 % ,适当浓度的组分 A、B 可以提高赤潮生物的去除率而对养殖生物无
害 ,表明该复合体系具有较好的推广和应用前景.
关键词 　粘土复合体系 　赤潮生物 　去除率 　日本对虾 　毒性实验
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 07 - 1165 - 04 　中图分类号 　X55 ,P619. 23 + 1 　文献标识码 　A
Removal of different species of red tide organisms with an effective clay2complex system. SON G Xiuxian1 ,2 ,
YU Zhiming1 , GAO Yonghui1 (1 Key L aboratory of M arine Ecology and Envi ronmental Sciences , Institute of
Oceanology , Chinese Academy of Sciences , Qingdao 266071 , China ,2 Graduate School of the Chinese Academy
of Sciences , Beijing 100039 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (7) :1165～1168.
An effective clay2complex system was composed on the base of clay by added other two components A and B.
Different red tide species , such as Scrippsiella t rochoidea , A m phidinium carterae and Heterosigm a akashiwo ,
were coagulated by this clay2complex system ,and the optimum conditions for removal red tide organisms were
obtained by means of orthogonal test . The results showed that clay was the most important factors in this com2
plex system to coagulate these three organisms. The removal efficiency on three species was in order of Scripp2
siella t rochoidea > A m phidinium carterae > Heterosigm a akashiwo. At the same time , a preliminary study of
mortality rate on Penaeus japonicus (length between 1. 0 to 1. 5cm) was conducted with this system ,and the re2
sult of toxic test revealed that the mortality of aquiculture shrimp in control group (nothing added) reached to
80 % after 96h , however ,while that of other three groups which added clay and other two components A and B ,
was below 40 %. Thus ,it implied that the addition of clay would be harmless to Penaeus japonicas . Further2
more , suitable concentration of components A and B was not harmful for the aquiculture shrimp , but increased
the removal efficiency of red tide organisms. The preliminary results showed that this clay2complex system would
be available in the removal of red tide organisms in filed.
Key words 　Clay2complex system , Red tide organisms , Removal efficiency , Penaeus japonicus , Toxic test .3 国家重点基础研究发展规划项目 (2001CB409710) 、国家杰出青年
科学基金 (40025614) 、国家自然科学基金 (20177024) 和中国科学院
知识创新前沿领域资助项目 (200223106) .3 3 通讯联系人.
2002 - 12 - 18 收稿 ,2003 - 02 - 12 接受.
1 　引 　　言
随着世界各沿海国家赤潮发生频率的逐年增
加、发生区域不断扩大[2 , 17 ] ,采取何种有效措施防
止或减少赤潮造成危害已成为当前迫切需要解决的
海洋环境问题. 日本是较早研究利用天然矿物治理
赤潮的国家之一[1 ] ,我国从 20 世纪 90 年代初开始
粘土矿物治理赤潮方面的研究[3 , 6 , 15 , 16 ] ,俞志明
等[9 ]总结了去除或杀灭赤潮生物的方法 ,认为防治
赤潮的材料应具备以下特性 : (1)在低浓度时就能快
速破坏、杀死赤潮生物 ; (2) 过量的药品在海水中容
易分解和消失 ; (3)对非赤潮生物的有害影响小 ; (4)
药品成本低. 天然粘土矿物具有资源丰富、成本低
廉、无二次污染等特点 ,已成为赤潮防治领域的首选
材料. 俞志明等[10～12 ]曾在实验室条件下 ,开展了粘
土矿物去除赤潮生物的研究工作 ,提出了粘土表面
改性的方法和理论 ,大大提高了粘土矿物对赤潮生
物的去除率. 该理论和方法得到国内外同行专家的
认可和推崇 ,目前成为治理赤潮的首选方法[2 , 4 ] . 本
文在以往研究的基础上 ,以粘土为主体 ,通过添加另
外两个组分组成粘土复合体系 ,利用正交实验研究
了该复合体系对不同赤潮藻的去除效果 ;并且利用
筛选出的具有较高去除效果的配方 ,初步考察了该
复合体系对日本对虾仔虾的影响 ,为以后粘土矿物
应 用 生 态 学 报 　2003 年 7 月 　第 14 卷 　第 7 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J ul. 2003 ,14 (7)∶1165～1168
的现场使用提供有效的参考价值.
2 　材料与方法
211 　实验材料和试剂
粘土矿物为采自江苏吴县的高岭土 ;组分 A (钠盐) 、组
分B (聚铝盐)均为分析纯 ;鲁哥氏试剂为 :200ml 蒸馏水中加
入 1g 碘、2g 碘化钾配制而成.
212 　赤潮生物及其计数方法
实验用赤潮生物赤潮异弯藻 ( Heterosigm a akashiwo) 、强
壮前沟藻 ( A m phidinium carterae) 和锥状斯克里藻 ( Scripp2
siella t rochoidea)均源自中国科学院海洋研究所藻种库 ,经纯
化培养后 ,取指数生长期的藻种 ,接种于 f/ 2 培养液中 ,在 20
±1 ℃温度、光照强度 3000 Lux、光暗比为 10∶14 条件下培
养.将实验用赤潮藻液轻轻混匀后取样 ,以适量的鲁哥氏试
剂固定 ,取一滴至血球计数板内 ,在显微镜下计数其藻密度.
213 　实验方法
21311 去除赤潮生物的优化实验设计 　对所选择的赤潮藻
按照三因子三水平的正交设计方案进行去除实验. 考察的因
子包括粘土 (高岭土)用量、组分 A 和 B 的浓度. 各因子用量
分别为 :高岭土 0. 2 ,0. 5 ,1. 0 g·L - 1 ,组分 A 和 B 均为 2 ,5 ,
10 mg·L - 1 ,实验采用 L9 (33)正交表.
取指数增长期的赤潮异弯藻、强壮前沟藻和锥状斯克里
普藻各 50ml 于比色管中 ,分别加入不同浓度的高岭土、组分
A 和 B ,迅速混合均匀 ,静置 3. 5 h 后 ,取上层清液在显微镜
下计数未被絮凝沉降的藻细胞个数 ,计算去除率.
21312 粘土复合体系对日本对虾仔虾的影响实验 　取经过
驯化的日本对虾仔虾 (体长约 1～1. 5cm) ,每组 15 只放置于
1000ml 干净的玻璃杯中 ,高岭土、组分 A、B 用量如表 1 所
示. 用过滤海水室温下养殖 ,以卤虫为饵料定时投喂 ,每组设
置两个平行样 ,分别于 0、24、48、72、96h 计数并计算死亡率.
表 1 　粘土矿物、组分 A和组分 B用量
Table 1 Concentrations of clay , component A and B
实验序号
No.
高岭土
Kaolin
(g·L - 1)
组分 A
Component A
(mg·L - 1)
组分 B
Component B
(mg·L - 1)
对照组 (CK) 0 0 0
Ⅰ组 (1 ,2) 1) 1. 0 10. 0 10. 0
Ⅱ组 (1 ,2) 1. 0 50. 0 50. 0
Ⅲ组 (1 ,2) 1. 0 100. 0 100. 0
1)表中 1 ,2 表示平行实验 In this table 1 and 2 means duplicate test in
one group .
3 　结果与讨论
311 　去除不同赤潮生物的正交实验结果
　　根据正交实验设计方案 ,加入粘土复合体系的
赤潮生物 3. 5h 后的去除率分别列于表 2. 从表 2 可
见 ,不同配方的复合体系对赤潮生物的去除率有较
大影响 ,在实验范围内 ,该复合体系对锥状斯克里普
藻、强壮前沟藻和赤潮异弯藻的最大去除率分别为
96. 2 %、93. 7 %和 77. 1 % ; 最小去除率分别为
53. 1 %、33. 7 %和 20. 1 %. 同一配方的复合体系对
上述 3 种藻的去除效果也有很大差异 ,如由粘土用
量为 0. 5 g·L - 1 、组分 A、B 分别为 2 和 10 mg·L - 1
组成的复合体系 ,对锥状斯克里普藻和强壮前沟藻
去除率分别达到 90. 7 %和 82. 55 % ,而对赤潮异弯
藻的去除率仅为 60. 6 %.
　　鉴于粘土、组分 A 和 B 各因子的用量浓度以及
不同配方组合都对赤潮藻的去除率有较大的影响 ,
为了得到最佳配方组合 ,我们对上述正交实验的结
果进行了进一步分析 ,分别获得 K 和 R 值 (表 3) .
这里的 K 值是固定某一因子水平 ,而改变其它因子
水平情况下得到的去除率的平均值 ;极差 R 则是
K1 、K2 、K3 三者中最大值和最小值之差 ,可以反映
各因子对去除能力的影响. 从表 3 可以看出 ,对于锥
状斯克里普藻的最佳配方为 a3 b3 c3 ,该复合体系中
粘土用量为 1. 0 g·L - 1 ,组分 A、B 都为 10 mg·L - 1 ;
强壮前沟藻最佳配方为 a3b2c3 ,该配方中粘土用量
为 1. 0 g·L - 1 ,组分 A、B 分别为 5 mg·L - 1和 10 mg
·L - 1 ;赤潮异弯藻的最佳配方为 a2b3c3 ,该配方中粘
土用量为 0. 5 g·L - 1 ,组分 A、B 都为 10 mg·L - 1 .
312 　不同赤潮生物去除率的影响因素
　　从表 3 三因子的极差 R 值来看 ,对以上 3 种藻
表 2 　正交实验结果
Table 2 Result of orthogonal test
序号
No. a b c
去除率 Removal rate ( %)
St Ac Ha
1 1 1 1 51. 3 33. 7 20. 1
2 1 2 2 73. 6 47. 5 28. 9
3 1 3 3 91. 9 68. 8 57. 4
4 2 2 1 76. 0 86. 3 61. 7
5 2 1 3 90. 7 82. 5 60. 6
6 2 3 2 76. 0 86. 3 71. 6
7 3 1 2 96. 2 92. 5 58. 5
8 3 3 1 91. 9 87. 5 55. 2
9 3 2 3 95. 8 93. 7 77. 1
a)高岭土 Kaolin clay ,b) 组分 A Component A ,c) 组分 B Component
B. St :锥状斯克里普藻 Scrippsiella t rochoidea ,Ac :强壮前沟藻 A m2
phidinium carterae ,Ha :赤潮异弯藻 Heterosigma akashiwo. 下同 The
same below.
表 3 　根据表 2 计算的 K和 R值
Table 3 Values of Kand R calculated based on the data in table 2
藻类 Algae K1 K2 K3 R 最佳配方1)
St a 66. 3 80. 9 95. 8 29. 5 a3 ,b3 ,c3
b 73. 4 81. 8 87. 7 14. 3
c 68. 2 81. 9 92. 8 24. 6
Ac a 50. 0 85. 0 91. 2 41. 2 a3 ,b2 ,c3
b 69. 6 75. 8 75. 4 6. 2
c 69. 2 75. 4 76. 2 7. 0
Ha a 35. 5 64. 6 63. 6 29. 1 a2 ,b3 ,c3
b 46. 4 55. 9 61. 4 15. 0
c 45. 7 62. 4 65. 0 19. 3
1) Optimal allocation.
6611 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
因子 a (粘土)的 R 值均大于因子 b 和 c (组分 A 和
B) ,说明该复合体系中粘土对上述 3 种藻的去除能
力影响最大. 对于锥状斯克里普藻和赤潮异弯藻 ,复
合体系中 b、c 两因子 (即组分 A、B)的极差 R 值表现
为 c > b ,说明组分 B 的影响大于组分 A ;而对于强
壮前沟藻 ,A、B 两组分的影响相近 (因子 b、c 的 R
值接近) .
　　除此以外 ,综合上述结果还发现绝大多数情况
下 ,粘土复合体系对不同赤潮藻种的去除效率为锥
状斯克里普藻 > 强壮前沟藻 > 赤潮异弯藻. 根据俞
志明等[10 ,11 , 13 ]的研究表明 ,赤潮生物细胞的性质
与表面结构对其去除率有一定的影响 ,其中具有硅
壳结构的硅藻细胞最易被粘土去除 ,而运动活性较
强的甲藻细胞较难去除. 在本实验中 ,锥状斯克里普
藻是唯一具有细胞壳的赤潮藻类 ,粘土对其去除效
率最高 ,可能与其壳质的组成结构有关. 另外 ,由于
溶液 p H 值可以影响粘土颗粒的表面性质 ,对不同
赤潮生物的去除作用具有一定的影响[5 ] . 本实验中
的组分 B 为聚铝化合物 ,所以从理论上讲 ,该复合
体系的絮凝强度应随溶液 p H 增加而增强 ,本实验
所采用的锥状斯克里普藻、强壮前沟藻和赤潮异弯
藻藻液 p H 值分别为 8. 86、8. 72 和 8. 31 ,根据上述
分析 ,如果不考虑藻种间的差别其絮凝效率应为锥
状斯克里普藻 > 强壮前沟藻 > 赤潮异弯藻. 该理论
预测与我们的实际结果一致 ,说明该实验中所表现
出的不同藻种之间的絮凝差异 ,可能是由于藻液 p H
不同导致组分 B 的增效作用不同所致. 本研究的实
验结果与我们以前的研究规律相一致 ,如我们对赤
潮异弯藻和小新月菱形藻的研究发现 ,当溶液 p H
值大于 8. 5 时 ,粘土2MMH 体系对赤潮异弯藻和小
新月菱形藻的去除率随 p H 值的增大也呈上升趋
势[6 ] .
313 　粘土复合体系对日本对虾仔虾的影响
　　由上面的讨论可知 ,在粘土中添加其它的有效
组分可以大大提高粘土的去除率 ,从而降低粘土用
量、增加絮凝效率. 但上述复合体系是否可以推广、
应用 ,还取决于该体系对其它养殖生物是否有毒害
作用. 为此 ,我们进一步做了粘土复合体系对日本对
虾仔虾的影响实验. 根据对赤潮生物正交实验的结
果 ,选择适当的配方复合体系对日本对虾仔虾 (体长
1～1. 5cm) 进行急性毒性实验. 实验结果如图 1 所
示 ,在 24 h 对照组的死亡率与组分 A 和B 浓度最高
的第 Ⅲ组 (分别为 100 mg·L - 1) 相近 ,达到 20 % ,而
Ⅰ、Ⅱ组均低于 10 %. 随后 ,对照组的死亡率逐渐提
高 ,实验进行到 96 h 对照组的死亡率已达 80 %左
右 ,而 Ⅰ, Ⅱ组的均低于 30 % ,组分 A 和B 含量最高
的第 Ⅲ组死亡率也低于 40 %.
　　对日本对虾仔虾的初步实验结果表明 ,与对照
组相比较加入粘土矿物能降低日本对虾仔虾的死亡
率 ,适当浓度的组分 A 和 B 可以提高赤潮生物的去
除率而对实验生物无害 ,这与孙晓霞等[7 ]关于粘土
对中国对虾的毒性研究结果相同 ,说明粘土对实验
生物日本对虾仔虾基本无毒性. 另外 ,俞志明等[14 ]
和 Swartzen2Allen 等[8 ]的研究还证明 ,粘土矿物在
去除赤潮生物的同时还可以降低水体中的营养盐和
有机物等的含量. 粘土作为一种资源丰富、对环境和
生物无毒负作用的材料 ,已经在防治有害赤潮领域
得到广泛认可和应用 ,本文所研究的粘土复合体系
对其它养殖生物如鱼类、贝类以及底栖生物的影响
正在进一步的实验中.
图 1 　粘土复合体对日本对虾 (仔虾)死亡率的影响
Fig. 1 Effect of clay2complex system on the mortality of aquiculture
shrimp ( Penaeus japonicus) .
1) 24h 死亡率 Mortality rate in 24 hours , 2) 48h 死亡率 Mortality rate
in 48 hours ,3) 72h 死亡率 Mortality rate in 72 hours , 4) 96h 死亡率
Mortality rate in 96 hours.
4 　结 　　论
411 　由粘土 (高岭土) 、组分 A (钠盐) 和 B (聚铝) 组
成的复合体系对本实验采用的 3 种赤潮藻具有良好
的去除效果 ,其去除效率与 3 种组分的用量和不同
配比有关.
412 　根据正交实验的优化结果 ,该复合体系中 3 种
组分的最佳浓度范围为 0. 5～1. 0 g·L - 1 (粘土) 、5
～10 mg·L - 1 (组分 A)和 5～10 mg·L - 1组分 B) .
413 　该复合体系对日本对虾仔虾的急性毒性实验
发现 ,实验组 ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组) 的日本对虾仔虾死亡率
均低于对照组 ,而且添加适当浓度的组分 A、B ( < 10
mg·L - 1)对养殖生物不会造成危害.
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nese)
作者简介 　宋秀贤 ,女 ,1966 年 5 月生 ,研究员 ,主要从事海
洋环境与生态科学方面的研究 ,已发表论文 20 多篇. Tel :
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8611 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷