塔尔油对富营养化水体混合藻的抑制效果研究

祁浩成，王燕燕，田胜艳

(1.天津科技大学轻工科学与工程学院，天津市制浆造纸重点实验室，天津300457；2.天津科技大学海洋与环境学院，天津300457)

塔尔油是工艺制浆或硫酸盐制浆过程中产生的副产品，产自高树脂针叶树种，是制浆造纸行业中仅次于木质素和半纤维素的第三大化学副产品[1]。塔尔油具有复杂的皂化成分脂肪酸（30%~60%）、树脂酸（40%~60%）和不皂化物（5%~10%）[2]，也含有少量硫醇、硫化物和氧化物树脂等40多种化合物[3]，这些物质组成与化感物质的结构有相似之处。化感物质的分子量较小，结构简单，常见的多是小分子量的有机酸、酚类和萜类化合物[4]。植物化感作用是指植物（含微生物）通过释放化学物质到环境中而产生的对其他植物(含微生物)直接或间接的有害作用[5-6]。

随着社会生产力的飞速发展，环境污染问题日益严重，我国湖泊的富营养化是其中的典型问题之一[7]。水体富营养化后，浮游生物大量繁殖，水体呈现蓝色、棕色、红色、乳白色等，在河流湖泊中的这种现象被称为水华[8]。水华会严重破坏水生生态系统，破坏水域生态景观[9]，甚至威胁人体健康，影响人类生产生活[10]。目前，国内外对水华蓝藻的控制技术主要包括物理方法、化学方法及生物方法，各种方法根据除藻机理的不同又可分为多种方式[11－14]。采用水生植物治理主要是运用植物之间的化感拮抗作用来抑制藻类的生长，因其具有经济、高效和生态安全性好等优点，从水生植物及陆生植物中提取化感物质抑制水华发生成为近年的研究热点[15]。

塔尔油是一种重要的化工粗原料，在对其进一步蒸馏加工后才能利用，且加工过程复杂，需要消耗较大的人力和物力。若将塔尔油直接作为化感物质用于抑藻有一定优势：一方面，其本身来源于木材原料，生态安全性较好；另一方面，其作为制浆副产物，提取过程不产生副产物，且产量大，来源稳定，将其作为化感物质应用，既可节约资源、保护环境，也能提高企业经济效益，符合绿色化学品的发展理念。

1 实验

1.1 原料与试剂

塔尔油，美国劳特公司；无水乙醇，分析纯，天津市江天化工技术股份有限公司；酵母浸膏，生物试剂，北京市海淀区微生物培养基制品厂；柠檬酸，分析纯，北京华威锐科化工有限公司。

1.2 水生混合藻的培养

藻液取自鱼缸富营养水体，为混合藻液，在光照培养箱中培养，待藻细胞密度达到1.5×106~2.0×106个/mL，取适量藻液，稀释至5×105个/mL后使用。混合藻的培养在250 mL锥形瓶中进行，加入150 mL BG11(Ble-Green Medim)培养基，于120℃灭菌30 min，待冷却后在无菌条件下按10%接种量接入混合藻液，在光照强度为4 000 lx、温度为25℃、光暗比为12 h∶12 h条件下培养，每隔12 h摇晃锥形瓶一次。

1.3 抑藻实验

用二甲基亚砜（DMSO）助溶塔尔油，分别向混合藻培养液中加入0.03 mg和0.045 mg的塔尔油，使得藻液中塔尔油的质量浓度分别为0.12 mg/L和0.18 mg/L，同时设立加入同等计量二甲基亚砜的对照组，培养7 d，每个浓度设立3组平行实验组。期间每天定时取样，进行抑制率的测定和浊度的测定；通过预实验发现第5天抑制率最高，在第5天时进行藻粒径的测定。

1.4 抑制率测定

采用血球计数板显微计数法对水生混合藻细胞进行计数，每次进行3次计数，取平均值作为密度值。根据藻细胞密度绘制藻液生长曲线，根据式（1）计算塔尔油对藻液生长的抑制率。

式中：IR为藻细胞抑制率，%；N为实验组藻细胞密度，个/mL；N0为对照组藻细胞密度，个/mL。

1.5 浊度测定

混合藻浊度采用浊度仪(LP2000-11型，意大利Hanna Instrument公司)进行测定，每个样品测定3次，取其平均值绘制藻液浊度变化曲线。

1.6 藻粒径分布测定

采用微米级激光粒度仪（LS13 320型，美国Beck-man Coulter公司）对藻液中的藻细胞粒径进行测定。

2 结果与分析

2.1 塔尔油对混合藻生长的影响

混合藻的生长曲线如图1所示。由图1可见：加入塔尔油的实验组藻液中藻细胞密度远远低于对照组，塔尔油对混合藻产生显著的抑制效果，高浓度塔尔油组的抑制作用更明显。当实验进行到第7天时，高浓度塔尔油组的藻细胞密度略高于低浓度塔尔油组，可能是因为此时藻液中出现大量的藻细胞碎片影响了血球计数板的观察计数。

图1 混合藻液的生长曲线

根据不同组中藻细胞密度计算不同时间塔尔油对混合藻生长的抑制率，结果如图2所示。由图2可见：实验第5天的抑制率最高，高浓度塔尔油组抑制率高达75%，低浓度塔尔油组抑制率也达到55%，说明塔尔油对混合藻具有良好抑制效果。而高浓度组第7天时的抑制率反而低于低浓度组，分析原因是因为塔尔油实验组中藻类碎片的增多，影响了血球计数板的计数结果所致。

图2 不同浓度的塔尔油对藻液的抑制率

2.2 混合藻浊度的变化

藻液的浊度主要受藻细胞密度及其粒径、形状、颗粒表面对光散射特性等因素的影响。藻液培养期间藻液的浊度变化如图3所示。对照组藻液的浊度是随着培养时间逐渐增加的，因为随着培养时间增加，藻细胞密度增加，浊度也随之增加。实验组则完全不同，培养初始阶段实验组藻液的浊度高于对照组藻液的浊度，随后又逐渐降低，但始终显著高于对照组。初始阶段实验组浊度骤然升高是因为塔尔油会促使藻细胞裂解死亡，藻细胞胞内物质进入培养液中，并伴随大量的藻细胞碎片悬浮于培养液中；随后藻细胞碎片发生絮聚，因而沉降下来，而且藻细胞色素物质的分解也导致浊度逐渐降低。

图3 塔尔油对藻液浊度的影响

2.3 混合藻粒径的变化

图4 为培养至第5天时各组藻液粒径的分布图。其中，对照组藻液粒径分布呈现双峰形，分别为1~8 μm和60~300 μm。加入塔尔油组藻液粒径分布表现为三峰形，加入塔尔油后的藻液粒径在0.4~1 μm也有少量分布，主要原因是加入塔尔油后使混合藻细胞分解破碎，从而使藻液颗粒粒径变小，而且更加连续。混合藻液颗粒出现的最大粒径分布由400 μm扩大到800 μm，平均粒径增加了2倍以上，这因为藻细胞遭到破坏之后大量有机物释放到藻液之中，这些有机物使破碎的细胞碎片絮聚在一起。根据水生混合藻浊度变化和水生混合藻的粒径分析，可以看出塔尔油对于混合藻细胞有很强的破坏作用。由图4还可以看出，高浓度组的峰值面积要高于低浓度组，说明高浓度组对藻细胞的破坏程度更高。

图4 塔尔油对水生混合藻液颗粒粒径的影响

3 结束语

本文探索了塔尔油抑藻的实际应用效果。研究发现，加入两种不同浓度的塔尔油后，混合藻的密度都明显下降，且高浓度塔尔油的抑制效果要高于低浓度塔尔油。混合水生澡藻液的浊度有明显上升，可能因为塔尔油使水生混合藻裂解死亡。通过对藻细胞粒径分析验证了塔尔油会使混合藻细胞裂解死亡的现象。实验说明塔尔油在实际应用中可以发挥出较好的抑藻作用。