大型水母災(zāi)害應(yīng)急處置技術(shù)研究

柳巖++宋倫++宋永剛++楊爽

摘要：針對海洋大型水母生態(tài)災(zāi)害，本文提出了相應(yīng)的應(yīng)急處置技術(shù)。離岸海域，性未成熟的大型水母可使用絞碎裝置進(jìn)行處置，當(dāng)水母生物量<5 kg·m-3時對水質(zhì)基本無影響，5～73 kg·m-3在絞碎3 d后水色可恢復(fù)清澈，7 d后水質(zhì)各指標(biāo)可恢復(fù)正常。針對海水浴場和工業(yè)取水口等近岸海域采用本文設(shè)計的水母收集系統(tǒng)理論可行。依據(jù)潮流動力學(xué)設(shè)置攔截網(wǎng)具，將收集到終端的大型水母依據(jù)生物學(xué)特點，利用氣泡將其懸浮，最后收集到水母渠進(jìn)行藥物殺滅。該系統(tǒng)既避免了因盲目打撈造成截斷觸須對游客的傷害，又可達(dá)到根除水母后代效果。濃度0.3×10-6的“海鞘清”在24 h內(nèi)可殺滅水母，對其他生物基本無影響，對于水交換條件較好的海域，本文認(rèn)為使用低于3×10-6“海鞘清”是相對安全的。

關(guān)鍵詞：水母災(zāi)害；應(yīng)急處置技術(shù)；絞碎裝置；水母收集系統(tǒng)；“海鞘清”

中圖分類號：X43文獻(xiàn)標(biāo)識碼：

A

近幾年，水母災(zāi)害作為一種新型生態(tài)災(zāi)害引起了世界各沿海國家政府和科研工作者的高度關(guān)注，

有關(guān)大型水母的暴發(fā)機(jī)理和應(yīng)急預(yù)警處置技術(shù)成為海洋生態(tài)災(zāi)害研究的熱點，大型水母的暴發(fā)不僅影響了漁業(yè)生產(chǎn)，還破壞了海洋食物鏈結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致海洋生態(tài)系統(tǒng)失衡[1-15]。

目前，國內(nèi)外對于大型水母的災(zāi)害消除和處置方法研究相對較少。2004年2月，中日韓三國為了應(yīng)對水母暴發(fā)，聯(lián)合成立了國際水母合作小組，開展大型水母分布特征、仿生學(xué)、基因組織、生理生態(tài)學(xué)研究及大型水母監(jiān)測和消除技術(shù)研究[14]。日本有針對大型水母監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和處置方法的研究，主要是利用船舶監(jiān)測、遙感監(jiān)測、浮標(biāo)監(jiān)測、漁業(yè)市場調(diào)查等多元化手段，隨時收集取得海域大型水母的分布情況，這些信息經(jīng)過匯總和分析后，被處理為可視化的水母實時分布與預(yù)報信息，最后被及時發(fā)布給漁民和其它用海群眾。除對大型水母進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報外，日本還有相關(guān)部門負(fù)責(zé)大型水母的清除。通常在監(jiān)測到大量的大型水母之后的24 h之內(nèi)，即出動船只，使用定置網(wǎng)、拖網(wǎng)等手段攔截、打撈水母群，以減小水母暴發(fā)對漁民等造成的損失。但針對近岸海水浴場和工業(yè)取水口海域水母災(zāi)害處置技術(shù)尚缺乏研究，國內(nèi)外也鮮見報道。

近十年，水母災(zāi)害在我國海域也時有發(fā)生，其暴發(fā)機(jī)理和預(yù)警應(yīng)急處置研究剛剛起步。本文嘗試?yán)镁W(wǎng)具攔截——懸浮收集——生態(tài)殺滅手段和打撈絞碎手段對近岸和離岸海域進(jìn)行應(yīng)急處置技術(shù)探討，為及時處置災(zāi)害水母提供可行的技術(shù)支撐，以期有效減輕水母暴發(fā)對漁業(yè)、旅游業(yè)、工業(yè)等造成的經(jīng)濟(jì)損失。

1材料和方法

1.1處置技術(shù)提出的原則

采用的處置技術(shù)應(yīng)考慮其生態(tài)效應(yīng)，盡量減少對生態(tài)環(huán)境的影響；不同的區(qū)域應(yīng)采用相適宜的方法；最后要考慮處置方法的可操作性和實用性。

1.2生態(tài)影響試驗

離岸海域采用的機(jī)械絞碎措施應(yīng)注意水母碎塊對生態(tài)環(huán)境的影響，因此需要分析水母碎塊的自溶速度和產(chǎn)污影響。2011年9月20日從丹東東港養(yǎng)殖圈采集2 kg左右的海蜇（Rhopilema esculenta）5只，活體切成3 cm×3 cm左右的碎塊，按照（0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6）kg分別放至22 L試驗缸中，其重量密度為（0、5、9、18、36、73）kg·m-3。定期檢測水質(zhì)狀況（pH、COD、NO3--N、NO2--N、NH3-N、糞大腸菌群），試驗過程使用造浪器模擬海浪，連續(xù)充氧、不換水。

近岸海域除考慮網(wǎng)具攔截、打撈處置外，還應(yīng)考慮附著在礁石、構(gòu)筑物等固著物上的水母螅狀體，盡量達(dá)到根除效果，因此應(yīng)在系統(tǒng)的收集末端采用對生態(tài)環(huán)境影響較小、但去除效果明顯的生物藥劑。2011年9月30日課題組選用大連化工研究設(shè)計院開發(fā)的由多種植物活性皂苷提取物組成“海鞘清”進(jìn)行水母處置及后生態(tài)影響試驗。處置試驗選取大、小規(guī)格各12只海蜇，大規(guī)格平均傘徑（20.3±1.2）cm、（22.0±1.2）cm，平均重量（2.1±0.1）kg、（2.4±0.1）kg；小規(guī)格平均傘徑（5.3±0.9）cm、（6.3±0.9）cm，平均重量（0.2±0.1）kg、（0.3±0.1）kg，分別放至2.5 m3試驗槽中，配制“海鞘清”濃度分別為0.3×10-6、1.0×10-6、3.0×10-6，每組放置大、小規(guī)格海蜇各2只。試驗初始水溫19.5℃，鹽度30.66‰，pH 805，試驗過程連續(xù)充氧但不換水、不投餌。為了解該藥劑對其他生物的影響，2011年10月10日配制藥物濃度（0、1、3、9、27、81）×10-6分別脅迫鹽藻（Dunaliella salina）、亞心形扁藻（Chaetoceros miielleri）、湛江等鞭金藻（Isochrysis zhanjiangensis）、鹵蟲（Artemia）、四角蛤蜊（Mactra veneriformis）和菲律賓蛤仔（Ruditapes philippinarum），試驗均設(shè)置2個平行組，每天定點觀察并記錄生物活力和死亡情況。海洋微藻按餌料一級培養(yǎng)管理，一次性藥物脅迫不進(jìn)行換水；浮游動物和底棲貝類組定期投喂活體微藻餌料，每隔3天換水脅迫一次。試驗環(huán)境因子在試驗過程中相對穩(wěn)定，水溫（17.5±0.5）℃，鹽度30.86±035‰，pH 8.07±0.03，連續(xù)充氧使溶解氧飽和度大于60%。

2結(jié)果與分析

2.1處置方案設(shè)計

自然海區(qū)處置水母暴發(fā)采用物理方法比較妥當(dāng)，對生態(tài)環(huán)境影響較小。其一，船舶打撈（加工食用或陸域掩埋），其二，在水母性成熟之前使用機(jī)械絞碎（性成熟之后不可盲目絞碎，否則會刺激水母有性繁殖導(dǎo)致翌年暴發(fā)）。目前我國常見的災(zāi)害水母中可加工有食用價值的只有沙海蜇和霞水母，但其幼體階段和海月水母一樣經(jīng)濟(jì)價值較低，離岸海域打撈成本較高，在性成熟之前采用物理絞碎方法比較適宜。圖1給出了課題組改裝的水母體絞碎裝置示意圖，即在漁船單拖網(wǎng)底部鏤空并安裝圓環(huán)鋼絲線，當(dāng)船舶快速行進(jìn)時依靠水流沖擊力使聚集在囊網(wǎng)底部的水母體破碎。

圖1單拖網(wǎng)改裝的絞碎裝置示意圖

針對近岸海域，尤其是在海水浴場和工業(yè)取水口附近，采取網(wǎng)具攔截收集比較妥當(dāng)。海水浴場附近應(yīng)避免因盲目打撈造成水母截斷觸須蜇傷游客，工業(yè)取水口要根除附著在固著物的水母螅狀體，防止其在翌年的暴發(fā)。圖2給出了針對海水浴場和工業(yè)取水口海域災(zāi)害水母收集系統(tǒng)示意圖，依據(jù)的原理為：大型水母在潮流作用下被聚集在“W”型攔截網(wǎng)具兩側(cè)，通過氣泡發(fā)生器使其上浮，漲潮時被引進(jìn)水母收集通道，然后使用生物藥劑集中殺滅，該系統(tǒng)即可避免因打撈造成水母截斷觸須蜇傷游客，又可減少成熟水母的有性繁殖機(jī)會。

圖2海水浴場和工業(yè)取水口海域災(zāi)害水母收集系統(tǒng)示意圖

2.2水母體絞碎對生態(tài)環(huán)境的影響

5 kg·m-3碎塊投放量組在自溶前水色基本未發(fā)生變化，9～73 kg·m-3碎塊投放量組1 d后基本可全部自溶，但水質(zhì)變?yōu)闇啙幔? d后水色恢復(fù)清澈（表1）。水質(zhì)檢測結(jié)果表明，各試驗組無機(jī)氮含量在第4 d達(dá)到最高，第7 d基本恢復(fù)正常，無機(jī)氮增量與水母體碎塊量無顯著相關(guān)性（圖3）。試驗第7 d檢測海水pH和COD含量隨著水母體碎塊量增加而升高（圖4），其中5 kg·m-3組COD含量最低（2.64 mg·L-1），可達(dá)到國家二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（3 mg·L-1）（GB 3097-1997），9～73 kg·m-3組的COD含量較高，已經(jīng)超出國家四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（5 mg·L-1）。糞大腸菌群僅在試驗的第1 d、第4 d的36 kg·m-3組和73 kg·m-3組有檢出（50～180 MPN·L-1），第7 d各組檢測均小于50 MPN·L-1，檢測結(jié)果均符合國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（2 000 MPN·L-1）。

2.3“海鞘清”對大型水母的殺滅作用

“海鞘清”作為生物藥劑對大型水母殺滅效果明顯，藥效與水母規(guī)格沒有相關(guān)關(guān)系，但藥劑濃度越高，殺滅水母的時間越短，3×10-6濃度組可在4 h內(nèi)有效殺滅水母，0.3×10-6低濃度組在24 h內(nèi)也能有效殺滅水母。

2.4“海鞘清”對其他生物的影響

從表3可見，0.3×10-6～3×10-6“海鞘清”對鹽藻、扁藻、等鞭金藻影響不大，3種微藻在前3 d運動正常，直到第6 d原生動物泛濫試驗結(jié)束。試驗還可以看出，9×10-6～81×10-6 “海鞘清”雖然在試驗當(dāng)天對微藻產(chǎn)生活動抑制，但試驗第6 d依然出現(xiàn)大量原生動物，說明“海鞘清”對原生動物毒性不強亦或藥效降解較快。

3討論

我國海域的大型災(zāi)害水母主要有沙海蜇（Nemopilema nomurai）、海月水母（Aurelia sp.）、白色霞水母（Cyanea nozakii）三種，其繁殖方式極為復(fù)雜，分為有性和無性生殖，無性生殖又包括螅狀體橫裂生殖、足囊生殖[3，14-19]以及白色霞水母獨有的囊胞生殖[19]和海月水母獨有的出芽、分裂、繁殖體、匍匐莖生殖[15]，可見其具有較強的繁殖力。在溫度、餌料豐度等適宜環(huán)境條件下，潛伏的螅狀體可進(jìn)行指數(shù)生殖，對生態(tài)破壞力極強，因此必須要對其進(jìn)行有效處置，對于海洋而言，最理想的方法是生物處置，即靠上級食物鏈進(jìn)行下行控制，但需要很長一段時間才能起效，對于已經(jīng)暴發(fā)的水母災(zāi)害應(yīng)急處置技術(shù)顯得更為重要。

本文設(shè)計的水母絞碎裝置對于自然海域大量暴發(fā)的災(zāi)害水母去除理論上是可行的。此前日本方面已經(jīng)利用類似的裝置對日本海域暴發(fā)的沙海蜇（越前水母）進(jìn)行過試驗，絞殺效果明顯，但是由于絞殺的沙海蜇為性成熟水母體，絞殺過程促使大量的精卵排放，導(dǎo)致翌年沙海蜇報復(fù)性增殖。因此本文建議，在災(zāi)害水母暴發(fā)海域，盡量采取打撈方式，如果打撈能力有限或成本過大，方可選取絞碎措施，但要提前鑒定其性成熟度，成熟水母不可盲目絞殺。關(guān)于水母體絞碎后對生態(tài)環(huán)境的影響，本文研究表明，當(dāng)水母生物量<5 kg·m-3時基本對水質(zhì)無影響，5～73 kg·m-3絞碎3 d后水色可恢復(fù)清澈，7 d后水質(zhì)亦可恢復(fù)正常。

針對海水浴場和工業(yè)取水口等近岸海域，采取本文設(shè)計的水母收集系統(tǒng)理論可行。攔截網(wǎng)具設(shè)置考慮了潮流動力學(xué)原理，根據(jù)水母體的生物學(xué)特點，利用氣泡使其懸浮，最后收集到水母渠進(jìn)行藥物殺滅，既避免了因打撈導(dǎo)致截斷觸須蜇傷游客，又可達(dá)到根除水母后代效果。關(guān)于藥物殺滅的效果及其對生態(tài)的影響，本文研究表明，03×10-6“海鞘清”在24 h內(nèi)可殺滅水母，對其他生物也基本無影響。本文認(rèn)為，對于水交換條件較好的海域，使用低于3×10-6“海鞘清”也是相對安全的。

本文研制的水母處置裝置尚需進(jìn)一步大規(guī)模試驗，需要在實踐中不斷改進(jìn)裝置參數(shù)，以達(dá)到水母災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案的裝備要求，關(guān)于海鞘清”的毒理機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

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（收稿日期：2016-10-12）