改性黏土与絮凝剂制备物对齿状纹石藻的消除作用

安鑫龙,李雪梅,柴 澍,郑梓瑶

(河北农业大学海洋学院 海洋生态灾害与海洋生态保护修复实验室,河北 秦皇岛 066003)

0 引言

河北省沿岸海域是海洋有害藻华多发区。齿状纹石藻(Pleurochrysiscarterae)是一种钙化海洋赤潮微藻,无性繁殖产生似亲孢子,繁殖迅速,连续一次性培养过程中因细胞碳酸钙颗石层脱落,导致培养液呈现的乳白色是自然海域颗石藻藻华的典型特征[1]。目前,改性黏土(modified clay,MC)法是最具发展前景的防治有害藻华的方法之一,在球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)藻华等方面已显示出其在应急处置方面的优势[2]。本研究在室内利用以高岭土(kaolinite,KL)为基础研制的改性黏土及聚合氯化铝为基础研制的絮凝剂制备物(Flocculant preparation samples)进行消除齿状纹石藻实验,为利用改性黏土及絮凝剂应急处置海洋有害藻华提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料及设备

齿状纹石藻由河北农业大学海洋学院海洋生态灾害与海洋生态保护修复实验室分离保存。

高岭土(实验试剂,KL)购自天津市凯通化学试剂有限公司。聚合氯化铝(分析纯,PAC)购自天津市大茂化学试剂厂,本实验室在此基础上进一步加工制备成絮凝剂制备物(PAC-PS)。改性黏土(PAC-MC)根据刘正宇等[3]的方法制备而成。

光学显微镜(日本OLYMPUS公司生产),GXZ智能型光照培养箱(宁波江南仪器厂生产)。

1.2 实验方法

1.2.1 齿状纹石藻细胞去除实验

将处于指数生长期的齿状纹石藻培养液加入50 mL具塞比色管中,加入一定量的试剂至预设浓度(表1),每个浓度设置3个平行样,上下颠倒混匀后室温静置3 h,用移液器取上层藻液(距液面5 cm),利用浮游植物计数框进行计数。

表1 齿状纹石藻细胞去除实验设计方案

根据以下公式计算齿状纹石藻细胞去除率:

除藻效率(%)=(1-实验组藻细胞密度/对照组藻细胞密度)×100%。

1.2.2 高岭土对絮凝剂制备物的助凝作用

将处于指数生长期的齿状纹石藻培养液加入50 mL具塞比色管中,加入一定量的重新配置试剂至预设较低浓度(表2),每个浓度设置3个平行样,上下颠倒混匀后室温静置3 h,用移液器取上层藻液(距液面5 cm)镜检。

表2 齿状纹石藻细胞去除实验设计方案

2 结果与分析

2.1 齿状纹石藻细胞去除效果

实验结果表明,不同种类试剂对齿状纹石藻细胞的去除效率不尽相同。在实验设置浓度范围内,高岭土系列基本上没有消除作用(图1:1、4、7、10号),从外观来看,比色管内上层藻细胞密度大于下层密度且藻细胞沉降不明显(图2:1、4、7、10号),镜检发现,高岭土悬浮于海水中可能阻碍了藻细胞沉降。絮凝剂制备物系列对齿状纹石藻细胞具有明显的去除作用(图1:2、5、8、11号),从外观来看,藻细胞沉降明显(图2:2、5、8、11号),虽外观看2号比色管透明度没有8号和11号明显,但镜检显示已无藻细胞,5号比色管内尚有少量活细胞存在。改性黏土系列对齿状纹石藻细胞具有明显的去除作用(图1:3、6、9、12号),外观看藻细胞沉降明显(图2:3、6、9、12号),虽然外观看6号比色管透明度没有9号和12号明显,但镜检显示已无藻细胞。

图1 不同种类试剂对齿状纹石藻细胞的去除效率

图2 齿状纹石藻培养液中加入试剂后10 min(上图)和3 h(下图)状态

实验结果表明,不同浓度的同种类试剂对齿状纹石藻细胞的去除效率也不尽相同。在实验设置浓度范围内,高岭土系列比色管内藻细胞密度均大于对照组密度,7号密度(7.0×105cell/mL)与10号密度(7.0×105cell/mL)都大于1号密度(5.8×105cell/mL)及4号密度(4.6×105cell/mL),表明实验浓度范围内加入高岭土3 h时,其悬浮物对藻细胞的托举作用随着高岭土浓度的增加有增大趋势。絮凝剂制备物系列对齿状纹石藻细胞的去除作用非常明显,除5号(6.45×104cell/mL)外均被消除。改性黏土系列对齿状纹石藻细胞的去除作用同样非常明显,3号比色管内有少量藻细胞(5.26×102cell/mL)存活,6号、9号及12号比色管内藻细胞均被完全消除。

2.2 高岭土对絮凝剂制备物除藻的助凝效果

加入试剂3 h后,2号、3号及5号比色管底部沉积物积聚明显。由外观可见,5号比色管内还有大量悬浮物存在(图3),镜检显示悬浮物松散、有少量藻细胞存在但均失去运动活性,说明絮凝剂制备物投加量不是最佳水平,导致仍有少量藻细胞没有发生凝聚沉降。结合2.1实验结果可知,高岭土对絮凝剂制备物除藻可产生明显的助凝效果。

图3 齿状纹石藻培养液中加入低浓度试剂后3 h状态

3 讨论

海洋有害藻华包括海洋微型生物有害藻华与海洋大型藻类有害藻华,前者即赤潮(包括2009年以来发生于河北省秦皇岛沿海的抑食金球藻Aureococcusanophagefferens藻华),后者包括浒苔(Ulvaprolifera)绿潮及铜藻(Sargassumhorneri)褐潮等[4]。调控海洋有害藻华的方法包括物理方法(人工网具及打捞船打捞等)、化学方法(泼洒硫酸铜等)及生物方法(生物化感作用等)[4-5]。21世纪以来,改性黏土法治理赤潮已在多个国家和地区得到了有效应用,并有望成为消除或减弱浒苔绿潮灾害的有效手段[4-6]。

黏土的除藻效果因赤潮原因种及复合匹配物等不同而异。实验结果显示,高岭土对齿状纹石藻细胞基本没有消除作用,改性黏土的絮凝沉降去除作用非常明显。钟雨霞[7]等研究结果显示,解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)与高岭土复合后能显著提升二者单独对东海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)的去除率。高岭土对絮凝剂制备物消除齿状纹石藻可产生明显的助凝效果,这与罗岳平[8]等研究结果一致。

4 结论

本实验中,高岭土对齿状纹石藻细胞基本没有消除作用,但对藻细胞具有明显的托举作用,改性黏土对齿状纹石藻细胞的絮凝沉降去除作用非常明显,进一步验证了PAC-MC对赤潮藻的消除作用。絮凝剂制备物对齿状纹石藻细胞的絮凝沉降去除作用明显,高岭土对絮凝剂制备物除藻可产生明显的助凝效果。实验结果为进一步研究应急处置海洋有害藻华奠定了基础。