全 文 ：第 34 卷第 19 期
2014年 19月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.19
Oct.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:2012年农业部专项,海洋公益性课题(200905010鄄12)
收稿日期:2013鄄01鄄15; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄07
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xiaomin1957@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201301150108
金施, 孙岳, 徐兆礼,毕亚梅,孙鲁峰.余氯对小球藻的影响以及损失评估.生态学报,2014,34(19):5425鄄5433.
Jin S, Sun Y, Xu Z L,Bi Y M, Sun L F.Effects of residual chlorine discharged in water on the growth of phytoplankton.Acta Ecologica Sinica,2014,34
(19):5425鄄5433.
余氯对小球藻的影响以及损失评估
金摇 施1,2, 孙摇 岳3, 徐兆礼1,*,毕亚梅1,孙鲁峰1
(1. 中国水产科学研究院东海水产研究所农业部海洋与河口渔业重点开放实验室, 上海摇 200090;
2. 上海海洋大学, 上海摇 200090; 3. 国家海洋局海洋咨询中心, 北京摇 100860)
摘要:滨海电厂和液化天然气(LNG)工程排出的余氯水可能对周边海域浮游植物造成不利的影响,从而成为破坏海洋生态系统
平衡的重要因素之一。 在实验室条件下研究余氯对浮游植物的抑制作用和造成的损失。 余氯抑制试验用小球藻(Chlorella
sp.)进行,依据工程余氯排放工况,余氯实验浓度设计为 0、0.02、0.05、0.10和 0.20 mg / L 5个水平;实验温度为 27 益,代表夏季;
观察时间分别为 0、24、48、72和 96h。 结果表明:高浓度(0.20mg / L)余氯对小球藻生长有抑制作用,最大值出现在 48h 时,48h
之后抑制作用基本维持在同一水平;低浓度(0.02mg / L)对小球藻有促进作用;0.05mg / L 组与 0.10mg / L 组在实验时间 24、48h
和 72h时表现出余氯对小球藻生长抑制作用,在 96h时与对照组藻类生长情况差异不显著。 采用积分方程计算累计损失率,参
考上海 LNG工程 2009年 9月浮游植物细胞丰度值,计算得出工程余氯排放在 72h内所造成的藻类理论损失量为 1.97伊1012个。
关键词:余氯; 浮游植物; 抑制作用; 损失量
Effects of residual chlorine discharged in water on the growth of phytoplankton
JIN Shi1,2, SUN Yue3, XU Zhaoli1,*,BI Yamei1, SUN Lufeng1
1 Key and Open Laboratory of Marine and Estuary Fisheries, Ministry of Agriculture of China, East China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy
of Fishery Sciences, Shanghai 200090, China
2 Shanghai Ocean University, Shanghai 200090, China
3 National Oceanic Consultation Center, Beijing 100860, China
Abstract: The residual chlorine (RC) discharged from coastal power plant may have adverse effects on the phytoplankton
in the surrounding waters, affecting the balance of the ecological system. To help us understand the inhibition mechanism of
RC on phytoplankton, the RC discharged from the cooling water of a liquefied natural gas (LNG) project was simulated
under laboratory conditions. The experimental subject was Chlorella sp. The experimental concentrations of RC were 0,
0郾 02, 0.05, 0.10 mg / L and 0.20 mg / L, based on the engineer忆s estimates of RC density in discharges. The simulation was
conducted at 27益, which imitated summer temperature. The testing times were 0, 24, 48, 72 h and 96 h. Results showed
that at 27益, the RC at high concentration (0.20 mg / L) had the greatest inhibitive effect on the growth of Chlorella sp.,
with the strongest retarding effect (25.95%) after 48h. The inhibition effect on Chlorella sp. by the highest concentration of
RC remained constant after 48h. At a low concentration (0.02 mg / L), the RC promoted the activity of Chlorella sp., which
is in accordance with the hormesis mechanism. At 0.05 mg / L and 0.10 mg / L, the RC displayed an inhibitive effect at 24,
48 h and 72 h, and there were no marked inhibitive difference between these three time points. After 96h, there was no
significant difference in the inhibitive effect of these two RC concentrations. Based on the algae growth rhythm, a growth
model was fitted, finding a significant linear relationship between the control group (CG) and experimental groups (EG).
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The difference equation was calculated by subtracting the growth equation from the CG equation, creating the corresponding
integral equation. Finally, the cumulative loss ratio ( CLR) was calculated using the relative loss integral equation. At
0郾 05mg / l RC, CLR increased between 0 h and 72 h, with a maximum value was 8.73% at 72 h and 96 h. At 0.10 mg / l
RC, the CLR was the same as at 0.05mg / L, apart from after 96h, when the 0.10mg / L CLR began to decrease. The CLR at
0郾 20mg / L RC was larger than the CLR of other concentrations at all time points. The CLR were 12.95%,27.07%, 41.29%
and 55.59% at 24,48,72 h and 96 h, respectively. Using the RC dissipative model, the water region under investigation
had an RC of 0.05mg / L. The algae theoretical loss value at 72h was calculated using the CLR and the concentration of RC
at 0.05 mg / L, and then the 0. 05mg / L maximum. Using the phytoplankton survey from the Shanghai LNG project in
September 2009, cell abundance at high tide and low tide was high in coastal regions and low offshore. The average diversity
index (H忆) of phytoplankton, mean evenness index and mean richness index were low, and the simple degree mean was
high. This showed that phytoplankton distribution of individuals among species was non鄄uniform, the structure of the
community was unstable, the ecological system was weak, and the environment might be polluted. The RC at 0.05mg / L and
0.10mg / L was 0.047 km2 at the most, and the mean value of cell abundance was 3.67伊107 cells / m3 . We conclude that
phytoplankton theoretical relative loss was 1.965伊1012 cells, owing to algae growth rates being inhibited by the RC density
of 0.05 mg / L after 72h.
Key Words: residual chlorine; phytoplankton; inhibition; relative loss
摇 摇 海洋工程建设可能对海洋环境产生负面影
响[1]。 以往在评估滨海电厂运营对海洋环境影响
时,主要关注温排水升温效应。 例如:K. Suresh 等
人[2]认为电厂温排水的温度改变是造成蟹类死亡的
主要原因。
电厂排水除了升温效应外,还存在余氯排放的
环境问题。 沿海发电厂排水中的余氯对海洋生物有
一定的致死作用、抑制作用和胁迫作用等影响。 目
前国内外已有关于余氯水对海洋生物影响研究报
道,例如,柏育材等人[3]指出当水体中余氯含量为
0郾 14 和 0. 20mg / L 时已经对大黄鱼 ( Larimichthys
crocea)仔鱼有致死作用,而对幼鱼没有影响;江志兵
等人[4]对乐清湾海域的中肋骨条藻进行热冲击和加
氯胁迫试验,发现余氯浓度越高,氯对浮游植物伤害
越大;马增龄等人[5]研究得出余氯对三角褐旨藻
(Phaeodactylum tricornutum ) 具有抑制作用。 K.
Hirayama[6]也指出余氯可以抑制浮游植物生长。 在
众多的国内外研究中,主要关注的是实验水平上余
氯对海洋生物的致死作用或抑制作用。 而由实验结
果联系海洋调查数据,得出余氯对海洋生物损失评
估的报道较少。
目前,我国核电站一期多为两台百万千瓦级压
水堆核电机组,它们的排水产生量惊人,约为 324 万
t / h。 其余氯水排放浓度一般<0.2mg / L,其排放的余
氯水可能造成海洋生物死亡[7]。 类似核电工程,
LNG接收站运营排水中的余氯也对海洋生态环境和
生物量带来不利的影响。 海洋工程环境评价中,这
类不利影响需要定量地分析。
本文模拟上海 LNG 工程外排水余氯浓度条件,
通过实验,研究余氯对小球藻(Chlorella sp.)抑制作
用及产生的相对损失量,并结合上海 LNG 工程海洋
调查数据,得出余氯对浮游植物影响和损失的结果。
所得的结果和研究方法可以作为定量评估涉海电厂
工程引起生态环境损失的基础依据。
1摇 材料方法
1.1摇 试验材料
小球藻由东海水产研究所养殖室提供。 小球藻
是单细胞藻类,生态分布广,生长快速,易于人工培
养[8],是进行浮游植物研究的很好材料。
小球藻扩种,海水为盐度 28 的人工海水,使用
F / 2培养液,在恒温光照培养箱中扩大培养。 培养
条件:光照强度为 50—75滋mol m-2 s-1,温度 25益,光
暗比为 12颐12,每天手动摇晃 2—3次。
配制余氯溶液所用的安替福民(分析纯),由国
药集团化学试剂有限公司生产。
1.2摇 余氯浓度的设置及配制方法
根据黄洪辉等研究[9], 当余氯浓度低于
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0.02mg / L时,对海洋生物产生毒性作用很小。 因此,
余氯浓度低于 0.02mg / L 时毒性试验不予考虑。 由
于滨海电厂外排水浓度一般在 0. 20mg / L 之内,据
此,结合均匀性设计原则,本试验中设定毒性试验所
用余氯浓度区间为 0.02—0.20mg / L。 具体浓度水平
设置分别为 0 (对照组)、0. 02、0. 05、0. 10mg / L 和
0郾 20mg / L。
按照国标 HJ586—2010提出的 N,N鄄二乙基鄄1,4
苯二胺分光光度法[10]绘制余氯浓度标准曲线。
试验用余氯溶液的配制:取 2mL 安替福民(分
析纯)试剂,用去离子水稀释定容到 100mL 棕色容
量瓶内。 取上述溶液 25mL 于 250mL 棕色容量瓶内
用人工海水稀释定容,再取 15mL 同样方法稀释到
500mL,得到余氯母液,静置 2h 后,采用经过国标
HJ586—2010 方法测定其中的余氯浓度,余氯为
0郾 36mg / L左右,作为实验母液,按一定比例稀释到
试验所需浓度。 考虑余氯的不稳定性,本实验下余
氯衰减情况见图 1。 实验母液现配现用,每 6h 向藻
液中添加一定体积的实验母液,以保证溶液浓度为
试验所需。
图 1摇 本实验余氯衰减情况
Fig.1摇 Decay of RC under the experiment condition
箭头所指点为再一次加入实验母液,使达到实验余氯浓度
1.3摇 毒理试验方法
本文结合 2009 年 9 月中旬对上海 LNG 工程排
水口附近海域海洋生物调查数据分析生态影响,依
据当时实际海水温度条件确定试验温度 27益,代表
夏季水温。
取稀释到一定浓度的藻液,分别放入灭菌后的
500mL锥形瓶,每瓶 300mL 藻液,试验待用。 按照
1郾 2的方法在藻液中加入不同体积的余氯母液,得到
含设定余氯浓度的小球藻藻液。 接着分装到 250mL
锥形瓶中 70mL 含氯藻液,每个浓度 3 个平行样,放
置于恒温水浴锅内。 采用白炽灯照明,光照强度
50—75 滋mol m-2 s-1,光照周期 12h 颐12h。 每天人工
摇动锥形瓶 3次,并按一定次序调换锥形瓶位置。
设定观测时间点为 0、24、48、72 h 和 96 h。 用
7230分光光度计在 680nm 波长处,于上述时间点对
藻细胞浓度进行测定,根据标准曲线将吸光值转化
为细胞浓度。
1.4摇 浮游植物调查方法
采用 LNG工程邻近海域调查数据,应用于损失
量的最后计算。 在上海 LNG 工程(位于杭州湾小洋
山西南)邻近海域共设 16 个站位,结合环境影响评
价报告数模预测,调查站位中,有 10 个站位处于余
氯扩散影响范围内,成为受影响站位。 于 2009 年 9
月 10—16 日期间进行涨、落潮调查,浮游植物采样
按照《海洋调查规范》 [11]等进行。 样品采集:有机玻
璃采水器采集 500 mL水样,距离表层 0.5m处样,用
5%福尔马林溶液固定保存,实验室内浓缩后在光学
显微镜下进行种类鉴定和计数。
1.5摇 数据统计方法
1.5.1摇 藻细胞密度与吸光值之间关系
藻细胞在生长指数期,用人工海水稀释不同倍
数。 藻细胞以 7230分光光度计分析其吸光值,以蒸
馏水为空白,比色皿 1cm,在 680nm波长下测定。 测
得各个稀释倍数下藻细胞的吸光值。
将不同稀释倍数下的藻细胞根据具体情况进行
适当的稀释,取 10mL充分摇匀的藻液,加入 1mL 福
尔马林溶液固定,然后取 1 滴藻液置于血球计数板
上,在光学显微镜下对藻细胞进行计数。
重复上述操作 5 次,处理藻细胞浓度与其吸光
值之间的关系采用 SPSS线性回归方法,得出线性回
归方程:y= -3.444+10.864x(y 的数量级为 106,单位
为个 / mL),R2 = 0.9800,P = 0.000<0.01,说明藻细胞
数与吸光值存在极显著的线性回归关系。
1.5.2摇 余氯对藻类生长抑制的评估方法
在余氯的环境下,浮游植物一方面仍然可以生
长,但是由于余氯的存在,表现为余氯对浮游植物生
长抑制。 抑制率的计算公式[12]如下:
IR= (C1- C 2) / C1伊100%
式中,IR 为藻生长抑制率(%);C1为 T 时刻对照组
藻细胞浓度;C2为 T 时刻不同余氯浓度组藻细胞浓
7245摇 19期 摇 摇 摇 金施摇 等:余氯对小球藻的影响以及损失评估 摇
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度。 抑制率反映了浮游植物生长降低量在某一时刻
瞬间变化的比值。
应用 DPS统计软件中单因素试验统计分析对同
一时间下各个浓度组抑制率进行显著性检验。
1.5.3摇 浮游植物损失计算
除了抑制率描述藻类损失外,藻类的损失还可
以从浮游植物生长曲线变化中分析。 这就需要根据
藻类生长规律,模拟藻类生长曲线。 假设藻类方程
模式 Y=F( t)。 t代表藻类生长时间(h);Y代表藻类
在 t时的细胞数量,用 106个 / mL 表示。 应用 DPS统
计软件中模拟分析中的非线性回归模型,选择最优
模型来建立藻类生长模型,并进行显著性检验。
藻类相对损失量为差值方程对时间的定积分,
相对于对照组而言。 差值方程是以时间 t 为自变量
的函数 Y0-n( t)= Y0( t) -Yn( t),为某一时间点两组藻
类的细胞数差值。
藻类相对损失量表示在一时间段内藻类因生长
抑制而引起的藻细胞减少量。 即为定积分方程:
Y = 乙t
0
Y0 ( )t Yn ( )[ ]t
式中, Y0( t)代表对照组关于时间 t 的生长曲线方
程;Yn( t)代表 n 浓度下的生长曲线方程;Y0-n( t)代
表对照组与 n浓度组自变量为 t 的生长差值方程;Y
代表 t时间内相对损失量;t 代表藻类在余氯胁迫下
的生长时间。
累计损失率表示该 t 时间内,n 浓度组藻类因余
氯抑制作用而减少量占对照组累计生长量的百分比:
YLJ% = Y 衣 乙t
0
Y0 ( )[ ]t 伊 100% 。
式中, 乙t
0
Y0 ( )t 为 t时间内对照组累计生长量;YLJ%
为 t时间内累计损失率。
累计损失率与抑制率的区别:抑制率计算使用
的数据来源于实验中某一时间点上的藻细胞数数
据,为两个点上的数据之商。 累计损失率计算使用
的数据来源于拟合方程中,并且是一个时间段内的,
用图形表示为两块多边形面积之商。
1.5.4摇 调查水域浮游植物多样性计算
H忆 = - 移
S
i
P i log2P i
式中,H忆为香农威纳(Shannon鄄Wiener)种类多样性指
数;S为群落中的物种数;P i 表示群落中第 i 种的个
体细胞数占群落细胞数总数的比例。
1.5.5摇 调查水域余氯扩散情况
余氯扩散对水环境影响范围预测引自中国环境
科学研究院编写的《上海液化天然气一期工程接收
站和输气管线项目鄄新增储罐项目环境影响评价报
告书》。 其中,余氯对水环境影响预测采用水流模型
与耗散模式相结合的方法,耗散模式如下:
鄣HC
鄣t
+鄣HuC
鄣x
+鄣HvC
鄣y
=Kx
鄣2(HC)
鄣x2
+Ky
鄣2(HC)
鄣y2
+Sm-Q
式中,C为浓度;Sm 为源项( = qC0,q 为排放量,C0为
排放浓度);Q 为耗散项( = KC,K 为衰减系数,K =
ln2 / T1 / 2,半衰期 T1 / 2取为 1h)。
按照环境影响评价报告书, 冷排水量为
28080m3 / h,排水口余氯浓度为 0.20mg / L;计算中以
此作为计算源强计算扩散面积。 根据上述耗散方程
及源强,得到计算结果见表 1。 余氯浓度大于
0郾 10mg / L的影响范围仅限于排放口东西各 350m范
围内,余氯浓度大于 0.01mg / L 的影响范围限于排放
口东西 2100m范围内。
表 1摇 工程排放余氯最大影响面积(km2)
Table 1摇 The largest influence area of residual chlorine discharged from the project
浓度 Concentration
0.01mg / L
潮期 Tide Epoch 大潮 Spring Tide
0.05mg / L
潮期 Tide Epoch 大潮 Spring Tide
0.10mg / L
潮期 Tide Epoch 大潮 Spring Tide
涨 Rising 0.174 0.133 0.034 0.032 0.007 0.011
落 Falling 0.392 0.294 0.065 0.055 0.009 0.013
平均值 Mean 0.248 0.047 0.01
2摇 研究结果
2.1摇 27益条件下余氯对小球藻生长的抑制
在 27益条件下,余氯浓度为 0.20mg / L时对小球
藻的抑制作用最强,抑制率最高值出现在试验 48h
时,其值为 25. 95%,其后时间抑制率缓慢减小
(图 2)。
实验 24h后,余氯浓度为 0.02mg / L 对小球藻的
8245 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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生长表现出促进作用;余氯浓度为 0. 05mg / L 与
0郾 10mg / L对小球藻生长有抑制作用,但其抑制率不
高;当浓度达到 0.20mg / L 时,余氯对小球藻生长抑
制作用最大,抑制率为 14.85%。
实验进行到 48h 时,0.02mg / L 仍然表现出促进
作用,其促进作用与 24h 相当。 在 0. 05mg / L 与
0郾 10mg / L浓度下,两个浓度的抑制率差别不大,分
别为 8.14%和 6.35%。 当余氯浓度达到 0. 20mg / L
时,其抑制率较 24h 0.20mg / L时抑制率显著上升,且
为各时段抑制率最大值,抑制率为 25.95%。
在 72h时,0.05mg / L与 0.10mg / L对小球藻的抑
制作用与在 48h 时变化不明显,其抑制率分别为
7郾 57%和 6.33%。 0.20mg / L的抑制率为该时段 4 个
浓度最高,其抑制率为 24.80%,与 24h 的抑制率和
48h 的抑制率相比, 72h 抑制率有下降趋势。
0郾 02mg / L对小球藻生长还是表现促进作用,其促进
作用较 24h和 48h稍小,其值为 4.74%。
在 96h 时,0.02mg / L 对小球藻促进作用比前 3
个时间段大,其促进的值为 6.59%。 0.05mg / L 下的
小球藻生长情况与对照组相当,0.10mg / L 余氯开始
表现出对小球藻的促进作用,为 1.68%。 0.20mg / L
余氯对小球藻生长还是保持抑制作用,但其抑制率
在逐渐减小,其抑制率为 15.95%。
图 2摇 余氯对小球藻生长的抑制作用
Fig.2摇 Inhibitive effect of the RC on Chlorella sp.
实验进行到 24h 时,对照组除与浓度 0.10mg / L
组差异不显著(P = 0.452),与其他组之间存在显著
差异(P<0.005),可见在 0.02mg / L 低浓度对小球藻
生长的促进作用显著。
在 48h 时, 对照组与各组存在显著差异,
0郾 05mg / L组与 0. 10mg / L 组两组之间不存在显著
差异。
在 72h 时,对照组与 0. 02mg / L 组差异不显著
(P= 0.176),与 0.05、0.10mg / L 和 0.20mg / L 差异显
著,0.05mg / L组与 0.10mg / L组两组之间不存在显著
差异(P= 0.973)。 高浓度组 0.20mg / L 与各个浓度
差异显著。
在 96h时,对照组与 0.05、0.10mg / L差异不显著
(P值分别为:1.000,0.743),0.02mg / L 组与其余 4
个组均差异显著,0.20mg / L 组与其余 4 个组均差异
显著。
2.2摇 浮游植物生长模型的分析
2.2.1摇 对照组藻类生长模型
对照组方程是余氯浓度为零时,由实验时间 t为
自变量,细胞浓度值为因变量的方程,经过曲线拟
合,得出对照组生长函数,由以下方程表示:
Y0 = 0.0218t+2.5547
R2 = 0.9985,P= 0.000<0.01 (1)
式中,Y0代表对照组藻类细胞数;t代表时间。
由拟合方程(1)看出,对照组方程藻类生长模型
为线性方程,显著性检验显示线性回归关系极显著。
2.2.2摇 实验组生长模型
方程(2)是余氯浓度为 0.02mg / L 时,由实验时
间 t为自变量,细胞浓度值为因变量,经过一元非线
性回归数学模型拟合,得出实验组最佳生长方程
(2),且回归关系极显著。 同理得出 0.05mg / L 组生
长方程(3), 0.10 mg / L组生长方程(4), 0.20 mg / L
组生长方程(5)。
Y0.02 = -0.00004t2+0.0285t+2.5658
R2 = 0.9941,P= 0.0059<0.01 (2)
Y0.05 = 0.0001t2+0.0098t+2.5532
R2 = 0.9943,P= 0.0057<0.01 (3)
Y0.10 = 0.0001t2+0.0119t+2.5829
R2 = 0.9877,P= 0.0123<0.05 (4)
Y0.20 = 0.0002t2-0.0076t+2.5814
R2 = 0.9816,P= 0.0184<0.05 (5)
2.3摇 小球藻相对损失量模型分析
在不同浓度余氯胁迫下,得到小球藻的各个相
对损失量积分方程。
由对照组生长方程(1)减去 0.02mg / L浓度组生
长方程 ( 2),得出差值方程 Y0-0.02 = 0. 00004t2 -
0郾 0067t-0.0111,0.02mg / L 组藻类的相对损失量用
以下定积分计算得出:
Y = 乙t
0
0.00004t2 - 0.0067t - 0.( )0111 (6)
图 3中 0—0.02 图显示,0.02mg / L 余氯浓度组
9245摇 19期 摇 摇 摇 金施摇 等:余氯对小球藻的影响以及损失评估 摇
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的小球藻生长曲线高于对照组的小球藻生长曲线,
说明 0.02mg / L 组的小球藻生长快于对照组。 随着
时间的增加,两组小球藻的生长差值越来越大,在
此,“相对损失量冶积分方程(6)其实为相对增加量
积分方程。
由对照组生长方程(1)减去 0.05mg / L浓度组生
长方程(3),得出差值方程 Y0—0.05 = -0.0001t2+0.012t
+0.0015,0.05mg / L组藻类的相对损失量用以下定积
分计算得出:
Y = 乙t
0
- 0.000t2 + 0.012t + 0.( )0015 (7)
图 3 的 0—0.05 图中对照组的小球藻生长曲线
高于 0.05mg / L 组,说明余氯浓度为 0.05mg / L 时小
球藻生长速度较慢。 时间在 30—70h 区间,藻类相
对损失量最大。 在实验结束时(96h),0.05mg / L 组
的小球藻细胞数接近对照组。 藻类累计损失率在
0—72h之间,随着时间的增加而增大,而 96h时累计
损失率与 72h时相等,均为 8.73%(表 2)。
图 3摇 各个余氯浓度下藻类相对损失量
Fig.3摇 Relative loss of the algae at different RC density
摇 摇 由对照组生长方程(1)减去 0.10mg / L浓度组生
长方程 ( 4),得出差值方程 Y0—0.10 = - 0. 0001t2 +
0郾 0099t-0.0282,0.10mg / L 组藻类的相对损失量用
以下定积分计算得出:
Y = 乙t
0
- 0.0001t2 + 0.0099t - 0.( )0282 (8)
图 3中 0—0.10图,对照组的小球藻生长曲线高
于 0.10mg / L组,0.10mg / L组曲线在 96h几乎与对照
组曲线相交。 0.10 mg / L 组累计损失率趋势与 0.05
mg / L组变化趋势相近,达到 96h 时,0.10 mg / L 组的
累计损失率下降。
由对照组生长方程(1)减去 0.20mg / L浓度组生
长方程 ( 5),得出差值方程 Y0—0.20 = - 0. 0002t2 +
0郾 0294t-0.0267,0.20mg / L 组藻类的相对损失量用
以下定积分计算得出:
Y = 乙t
0
- 0.0002t2 + 0.0294t - 0.( )0267 (9)
图 3中 0—0.20图,对照组的小球藻生长曲线高
于 0.20mg / L组,且各个时间累计损失率均比其他各
个浓度各个时间累计损失率大,24、48、72h 和 96h 损
0345 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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失率分别为 12.95%,27.07%、41.29%和 55.59%(表
2)。 从图中看出实验进行到 24h,两组方程差值较
大,且持续到实验结束时(96h),虽然 0.20mg / L组方
程曲线未能与对照组曲线相交或接近,但是在两个
曲线延伸出去有靠近的趋势。
表 2摇 各个余氯浓度下藻类累计损失率
Table 2摇 The cumulative loss ratio of the algae at different RC
densities摇
时间 / h
Time
浓度 Concentration / (mg / L)
0.02 0.05 0.10 0.20
累积损失率 / % 24 -3.22 5.03 2.60 12.95
Cumulative 48 -5.49 7.60 4.56 27.07
Loss Ratio 72 -7.35 8.73 5.17 41.29
96 -8.91 8.73 4.74 55.59
2.4摇 2009年 LNG工程浮游植物细胞丰度
2009年 9月中旬对上海 LNG工程资源调查,被
鉴定出种类数达到 78种,以硅藻类为主。 其中网采
浮游植物的涨落潮优势种有中肋骨条藻 Skeletonema
costatum (优势度: 0. 56 )、 尖刺菱形藻 Nitzschia
pungens (0.10)和琼氏圆筛藻 Coscinodiscus jonesianus
(0.09)等。
水采浮游植物细胞丰度均值,涨潮时为 3.61伊
107个 / m3,以硅藻类为主;落潮时为 3. 82 伊 107 ind /
m3,同样以硅藻类为主(表 3)。 浮游植物水采涨潮、
落潮时细胞丰度分布均呈沿岸多,离岸远的站位少。
各个站位浮游植物多样性指数涨潮时在 0.09—2.04
之间,平均值为 0.89,落潮时在 0.30—1.91 之间,平
均值为 0.96。
2.5摇 2009年 LNG工程浮游植物相对损失量计算
2009年调查洋山 LNG工程附近海域,受余氯影
响的试验站位有 10 个,附近海域平均水深为 13m,
0郾 05—0.10mg / L浓度范围的最大影响面积为 0.047
km2,涨潮时受影响范围内的浮游植物平均细胞丰度
为 2.96伊107个 / m3,落潮时浮游植物平均细胞丰度为
4.67伊107个 / m3,则最终平均细胞丰度为 3.67伊107
个 / m3。 因为余氯浓度大于 0.10mg / L 的影响范围仅
限于排放口东西各 350m范围内,不考虑该小范围受
0.10mg / L余氯的影响,均视为受 0.05mg / L余氯浓度
影响。 则用实验结果中 0.05mg / L 组的累计损失率
来计算特定时间段浮游植物损失量情况。 累计损失
率用于说明定时间段余氯影响下的浮游植物的损失
率。 在 0.05mg / L 组,累计损失率最大值为 8.73%,
则在 0.05mg / L浓度下,浮游植物累计在 72h 内因生
长抑制形成的相对损失量是 1.95伊1012个,则每月
(30d)因余氯水排放而导致的浮游植物相对损失量
为 1.95伊1013个。
表 3摇 2009年 9月 LNG浮游植物水样细胞丰度
Table 3摇 The phytoplankton cell abundance of the LNG in
September,2009
潮水情况
Tide
涨潮
Rising Tide
落潮
Falling Tide
平均值 Mean / (107个 / m3) 3.61 3.82
范围 Range / (107个 / m3) 1.14—6.78 1.19—8.84
优势种与优势度(Y)
Dominant Species and
Dominance(Y)
中肋骨条藻(0.87)中肋骨条藻 (0.86)
3摇 讨论
3.1摇 工程水域浮游植物的生态特征
2009年 9月调查,中肋骨条藻为主要优势种,其
他的优势种有尖刺棱形藻,琼氏圆筛藻等,这一结果
与何青[13]、林峰竹[14]等人在不同年份的夏季对长江
口及邻近水域调查结果相似。 浮游植物的分布大致
从沿岸向港口外减少。 各个站位涨、落潮时浮游植
物多样性指数平均值较低,多样性指数低,该海域生
态系统较脆弱,群落结构不稳定,可能承受较大的外
界环境压力。
3.2摇 余氯对藻类生长抑制作用特征
依据本研究结果(图 2 和图 3),在温度 27益条
件下,余氯对小球藻抑制作用最大出现在 0.20mg / L
组的 48h时,其即时抑制率为 25.95%,与杨佳[12]的
实验结果相近。 而在低浓度(0.02mg / L)时,余氯对
小球藻生长表现促进作用,该实验结果可用毒物刺
激效应[15鄄16]来解释,即低浓度余氯对小球藻非但无
害而且表现出刺激生长的现象。 这样的促进作用从
试验开始持续到结束,促进作用相当。 48h 之后,各
个余氯浓度对小球藻的抑制作用减弱。 在 96h 时,
只有高浓度组 0.20mg / L 组呈现余氯对小球藻的抑
制作用;0.05 mg / L组小球藻生长值已经接近对照组
生长曲线值,可见藻类在低浓度余氯浓度条件下是
可以适应并恢复生长的(表 2)。 本次研究中显示,
在高浓度余氯影响下的藻类生长适应期较长,生长
速度减慢,藻类细胞数相对于对照组明显减少;由于
1345摇 19期 摇 摇 摇 金施摇 等:余氯对小球藻的影响以及损失评估 摇
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0.05mg / L组与 0.10mg / L 组的小球藻所需修复时间
较短,进入快速生长期比 0.20mg / L组的快。
总之, 27 益时,余氯在极低浓度时(0.02mg / L),
余氯刺激和促进小球藻生长,余氯在浓度为 0.20mg /
L 时表现出对小球藻生长的最大抑制作用,且最大
抑制作用在实验 48h时出现。 高浓度(0.20mg / L)余
氯对藻类生长的抑制作用要长于 0. 05mg / L 与
0郾 10mg / L浓度组藻类。
3.3摇 余氯在不同浓度条件下藻类生长的相对损失
量特征
各个余氯浓度下实验组藻类生长曲线与对照组
生长曲线分别对比,两条曲线之间的阴影部分面积
代表了藻类的相对损失量。 图 3 中显示 0.02mg / L
组小球藻生长速度快于对照组,这一结果是因为小
球藻受到低浓度余氯刺激,使得快速生长。 两条曲
线的走向在短期内将按照各自的生长速度继续生长
而不会相交。 图 3 中在 0.05mg / L 组小球藻在 72h
和 96h的累计损失率最大,在实验结束时(96h),小
球藻细胞数接近对照组。 说明在初始小球藻生长受
到余氯的抑制,随着实验时间的增长,小球藻逐渐恢
复生长能力。 图 3 浓度组 0.10mg / L 累计损失率最
大值出现在 72h时,96h时累计损失率减小到与 48h
时水平。 说明,0.10mg / L 组小球藻首先因余氯浓度
较高,使其生长受到抑制,随着实验时间的增长,小
球藻逐渐恢复生长能力,继而可以开始加快生长。
在实验结束时(96h),小球藻细胞密度可以大于对照
组。 图 4中 0.20mg / L 组累计损失率随着时间的增
长而增大,说明在高浓度(0.20mg / L)余氯影响下,小
球藻生长严重受阻。 实验结束时,两条曲线相距较
远,推测,如果实验继续,在较长的时间内,两条曲线
仍有可能相交,说明高浓度条件下,小球藻受到余氯
影响较大,生长所需要恢复的时间较长。
3.4摇 余氯对浮游植物生长损失量估算及分析
相对损失量计算未直接采用抑制率与当年生物
总量的乘积得出,而是采用小球藻累计损失率与当
年生物总量乘积得出。 在 0.05mg / L 组,累计损失率
最大值为 8.73%,则浮游植物 72h 内累计受到余氯
影响的相对损失量是 1.95伊1012个,则每月(30d)因
余氯水排放而导致的浮游植物相对损失量为 1.95伊
1013个。
调查海域位于长江口,长江径流入海,带入淡水
的同时携带大量泥沙和营养物质,该海域营养盐含
量充足[17],刘兰芬[18]等人指出天然水中含有大量的
悬浮水生物,一些还原性物质及有机物等,易消耗次
氯酸分解出的原子氯,加上水温的影响、冷却水排放
过程中的剧烈掺混和压力减小等条件,都会加速余
氯的衰减,因此,只要发电厂落实环保措施,控制高
浓度余氯排放,余氯对水环境的影响是可控的。
致谢:感谢沈晓民副研究员、高倩助理研究员对本文
写作的帮助。
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