2018,
Vol. 27
2. 上海海洋大学 港航生态安全研究中心, 上海 201306;
3. 国家海洋局 东海分局舟山海洋工作站, 浙江 舟山 316000
压载水系指在船舶航行过程中，控制船舶纵倾、横倾、吃水、稳定或应力而在船上加装的水及其悬浮物[1]。据统计, 每年船舶携带的压载水有100多亿吨, 而其中所携的水生物种达到7 000余种[2]。海洋生物入侵可分为自然引入、有意被引入和无意被引入三种途径，船舶压载水是无意被引入的方式之一。目前，压载水生物入侵是海洋生物入侵的主要途径[3], 海洋外来生物入侵问题已被全球环境基金组织(GEF)确认为危害世界海洋生态环境的四大威胁之一[4]。为防止船舶压载生物的入侵，国际海事组织(IMO)于2004年通过了《国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》[5]。压载水公约已于2017年9月生效[1], 公约要求船舶需安装压载水管理系统处理压载水以满足所规定的排放标准[6]，公约生效后给予了两年的经验积累期，公约生效前和积累期内，未安装压载水处理设备的船只采取公海换水的方法来降低压载水生物的入侵风险[4]。按照IMOA868(20)号决议，凡可能，压载水交换均应在距最近陆地至少200海里、水深至少为200 m的地方[1]，须在外海中深水、公海和尽可能远离海岸的地点进行[7]。由于公海海域盐度大、营养盐缺乏、温度高，不利于沿岸海域生物生长。该方法被认为能有效防止有害生物和病原体的转移入侵[8]。
浮游植物是压载水生物重要组成之一，由于压载舱处于密封和黑暗状态，对需要光进行光合作用的浮游植物影响巨大[9]，因而到港船舶压载水浮游植物问题备受关注，相关研究主要集中在种类组成及丰度的调查[10-14]。2004年压载水公约通过后，有学者开始关注公海换水后压载水生物的变化[15]，但目前仍未有学者对太平洋等其他公海海域压载水交换后对浮游植物的影响开展相关研究。
上海洋山深水港地处中国大陆海岸线中部，是世界第一大集装箱港[16]，每年进出大型船舶近9 800艘次[17]，外来生物入侵潜在风险高。选取9艘在太平洋公海海域进行压载水交换的到达洋山港的远洋船舶，分析其压载水浮游植物特点，探讨到港船舶公海换水后压载水浮游植物在洋山深水港海域的潜在入侵风险。一方面为洋山深水港口海域生态环境外来生物入侵的防控[18]提供理论依据，另一方面评估公海换水的效果，为国际压载水处理和相关政策的制定及管理提供数据支持。
1 材料与方法 1.1 采样船舶2015年5月—2016年5月，抽取9艘上海洋山深水港到港远洋船舶，其最近一次压载地均为以赤道为界的北太平洋公海海域(图 1)。其中，1艘在北太平洋北部远岸海域进行压载水交换(HG样品)，3艘在北太平洋东北远岸海域进行压载水交换(包括YU2, YE和YE2样品)，1艘在北太平洋西北近岸海域进行压载水交换(CX样品)，1艘在北太平洋中部海域进行压载水交换(MV样品)，1艘在北太平洋东南近岸海域进行压载水交换(ED样品)，1艘在北太平洋西南近岸海域进行压载水交换(BH样品)，1艘在北太平洋南部远岸海域进行压载水交换(CC样品)。记录船舶航行信息和船舶压载水管理信息(ballast water log)(表 1)。
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图 1 太平洋公海海域压载水交换地示意图
Fig. 1 Ballast water exchange sites of the Pacific Ocean
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图 2 各船舶压载水浮游植物种类组成分布
Fig. 2 The number of species of phytoplankton in ballast water
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表 1 船舶信息及采样信息 Tab.1 Ship information and sampling information |
通过人孔进入压载水舱进行样品采集。浮游植物使用10 L有机玻璃采水器采集，经过10 μm浮游生物网过滤后收集滤样于50 mL采样瓶，低温保存，及时将样品带回实验室，用鲁哥试剂固定，静置沉淀后浓缩并定容至50 mL，取0.1 mL通过上述处理的样品，移到浮游植物计数框内，进行种类鉴定及细胞计数，每个样品重复鉴定3片。
2 结果与分析 2.1 种类组成共检测出浮游植物4门18属29种(包括变种或变型，表 2)。其中硅藻门占主要优势地位，共计13属21种，占总种类数72.4%，包括未定种8种；甲藻门3属6种，占总种类数20.7%，未定种1种；绿藻门1属1种，占总种类数3.5%，未定种1种；蓝藻门1属1种，占总种类数3.5%；优势种为中肋骨条藻(Skeletonema costatum)。
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表 2 各船舶压载水中浮游植物种类组成及空间分布 Tab.2 The species composition of phytoplankton in ballast water |
本次调查的9艘船舶压载水样品中，YE、YE2、CC和MV样品中只检测到硅藻门藻类；CX、HG和YU2样品中检测到硅藻门和甲藻门藻类；BH样品中检测到硅藻门、甲藻门、蓝藻门和绿藻门4个门类的浮游植物。YE2、HG、YU2和ED样品种类数最高，均检测到6种浮游植物，YE和CC样品种类数最少，各检测到1种藻类，且均隶属于硅藻门根管藻属。
根据压载地所处海域分析得，压载于北太平洋东北远岸海域的YU2, YE和YE2样品中检测到2门8属12种浮游植物(包括未定种3种)，硅藻门共计7属11种，占总种类数的92.7%；压载于北太平洋北部远岸海域的HG样品检测到2门5属6种，甲藻门2属2种，硅藻门共计3属4种，占总种类数的66.7%；压载于北太平洋西北近岸海域的CX样品中检测到2门3属3种，甲藻门2属2种，占总种类数的66.7%；压载于北太平洋中部海域的MV样品中检测到1门5属5种，均为硅藻门藻类；压载于北太平洋西南近岸海域的BH样品共检测到3门5属5种，硅藻门3属3种，占总种类数的60%；压载于北太平洋南部远岸海域的CC样品共检测到1门1属1种，隶属于硅藻门根管藻属；压载于北太平洋东南近岸海域的ED样品共检测到2门6属6种浮游植物，硅藻门5属5种，占总种类数的83.3%。
2.2 丰度特征船舶压载水浮游植物的平均丰度为(0.193±0.134)×103 cells/L。其中YE2样品浮游植物丰度最大，为(0.283±0.176)×103 cells/L，YE样品浮游植物丰度最小，为(0.016±0.029)×103 cells/L。
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图 3 各船舶压载水浮游植物丰度
Fig. 3 Abundance of phytoplankton in ballast water
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根据压载地所处海域分析结果显示，压载于北太平洋东北远岸海域的YU2, YE和YE2样品的浮游植物平均丰度为(0.156±0.134)×103 cells/L；压载于北太平洋北部远岸海域的HG样品浮游植物丰度为(0.233±0.058)×103 cells/L；压载于北太平洋西北近岸海域的CX样品浮游植物丰度为(0.217±0.189)×103 cells/L；压载于北太平洋中部海域的MV样品浮游植物丰度为(0.250±0.132)×103 cells/L；压载于北太平洋西南近岸海域的BH样品浮游植物平均丰度最小，为(0.250±0.087)×103 cells/L；压载于北太平洋南部远岸海域的CC样品浮游植物丰度为(0.050±0.050)×103 cells/L；压载于北太平洋东南近岸海域的ED样品浮游植物丰度为(0.267±0.076)×103 cells/L，平均丰度最高。
3 讨论9艘到港船舶压载水压载于北太平洋公海不同海域，受北太平洋环流[北赤道暖流、黑潮(日本暖流)、北太平洋暖流、加利福尼亚寒流、阿拉斯加暖流、亲潮(千岛寒流)][19-20]的影响，北太平洋公海不同海域的生态环境和海洋生物存在差异[21]，相关研究表明，近岸海域和远岸海域之间的浮游植物群落结构呈现显著性差异，远岸海域浮游植物平均密度较低，呈现远岸低于近岸海域的分布趋势，这与浮游植物多样性水平的分布趋势相反[22]。因而各船舶压载水生物可能也存在差异，经过一段时间的航行到达洋山港后，其浮游植物的组成和丰度也不完全相同。但这9艘公海换水的船舶，任何一艘与近岸压载的压载水相比，浮游植物的组成和丰度都低于近岸压载水[23]，仍存在一定种类和数量的浮游植物。CX、ED、BH样品压载地相对于其他6艘压载水样品离岸距离较近，分析结果发现CX和ED样品浮游植物种类组成均有2门，BH样品中鉴定到3门藻类，包括硅藻门、蓝藻门和绿藻门，其压载地位于中国南海以南海域，靠近菲律宾，离岸距离较近，且压载时间较短，浮游植物存活率较高。其他压载于北太平洋远岸海域的样品中浮游植物种类组成较为单一，多数只检测到硅藻门1门。公海换水可有效地降低压载水生物的种类和数量，但不能完全消除浮游植物的存在。
根据“船舶压载水和沉积物控制与管理国际公约”要求，压载水处理技术还未达到成熟情况下船舶更换压载水作为压载水管理的过渡性措施，公约规定凡可能时，均应在距最近陆地至少200海里、水深至少为200 m的水域进行更换。当不能按照上述进行更换时，应在尽可能远离陆地的水域，并在所有情况下距最近陆地至少50海里、水深至少为200 m的水域进行更换[1]。压载水更换的目的，是利用沿岸港口和公海的盐度和温度差异来控制船舶压载水生物的入侵[15]，研究发现，公海换水后仍有广温广盐的种类存在，本次调查发现4种，依然存在外来生物入侵风险。洋山深水港为离岸海岛型港口，周年盐度为14.55~23.10[24]，较沿岸港口高；温度在5.6~27.3 ℃间变化；营养盐丰富[18]，适合广温广盐和中等盐度的浮游植物生长和生存，换水后的压载水生物入侵风险比沿岸港口要高，是外来生物入侵潜在风险高的区域。在北太平洋中低纬度海域以及近岸海域压载的样品中浮游植物的部分种类生态特征与洋山港海域具有较大的匹配性，如广温广盐种的中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、外洋广温性的虹彩圆筛藻(Coscinodiscus oculus-iridis)等，导致藻类在港口海域大量繁殖生存的可能性较大，因而应更加重视公海换水船舶的压载水监管。
4 小结洋山深水港区四期工程已在2017年12月10日进行了开港试运营，首次采用自动化设备和控制系统, 现吞吐量已跃为全球第一[25]。该海域每年会接受数万吨携带外来生物的压载水，其存在的潜在威胁不可小觑[26]。本文调查的9艘船舶样品中均有赤潮藻类的出现，其中包括角毛藻属、圆筛藻属、小环藻属、根管藻属等藻类。这些赤潮藻种类在我国大部分海域均有分布[27]，但仍不能完全避免压载水排出后引发赤潮或生物入侵。且样品中仍存在少数未能定种以及变型或变种浮游植物，这对国内港口的生态环境也存在着潜在威胁。分析可得，国际公约中压载水交换处理方法可以减少所携浮游植物的密度和种类数，但并不能彻底有效地消除外来海洋生物入侵的威胁，各船舶仍需尽快安装利用压载水处理系统来减少乃至消灭生物入侵的危害，各国港口仍存在着出入境船舶压载水携带外来生物入侵的风险。
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