2018,
Vol. 27
2. 上海海洋大学 港航生态安全研究中心, 上海 201306
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]。同时船舶压载水也是世界上外来物种转移的最大载体之一[2]。压载水会导致有害生物的转移，甚至有些会对排放当地海域和生态环境造成巨大的损失[3-4]。
因此，制定相关的压载水管理措施，对跨水域船舶压载水进行有序管理是非常必要的[5]。2004年国际海事组织(IMO)通过了《船舶压载水和沉积物控制与管理公约》[6]，为有效控制管理船舶压载水和沉积物，以及防止、减少和消除有害水生物和病原体的转移，制定了相关的排放准则[7]，公约已于2017年9月正式生效。
根据规定，公约正式实施后，港口国有权对到港船舶压载水进行取样和分析。由于船舶结构的特殊性，科学合理的取样方法，是压载水检测的基础，对于生物入侵风险管理非常重要[8-10]，但目前公约中未规定压载水检测采样的标准化方法。目前的船舶没有专用的压载水采样口，可利用的采样途径有测深管、消防管道开口、人孔、通气孔和压载水排放口，根据这些管、孔的大小，可归类为大孔采样和小孔采样，但每种采样途径都有一定的局限，如在对消防系统取样时，管路内产生的高压(约为7×105 Pa)对一些微生物以及取样结果产生不利影响，这也就容易导致所取的样品缺乏代表性，不能正确反映压载水的实际性能[11]。通气口并不都是直线通往压载舱，可能存在弯曲，这对放管至压载水舱带来了困难。压载水排放口取样在船舶装载的情况下，排放口位于水面以下，无法进行正常的采样工作[12]。目前大部分船舶的人孔都是锈死或处于无法打开的状况，人孔取样的方法实际上很难进行[13]。我们使用4种不同的压载水采样，分别进行水样中的浮游动物和浮游植物的采样效果分析，探讨适宜的采样方法，能够合理地进行压载水取样，从而为压载水检测技术体系的构建和压载水港口检测标准的建立提供数据支持[14-15]。
1 材料与方法2016年夏季和冬季在上海海洋大学船舶压载水检测实验室岸基实验基地开展模拟压载实验。模拟舱舱容600 m3，为全封闭钢筋混凝土结构，舱体内壁刷有船舱专用防腐漆, 完全模拟真实舱体，仅在舱体上部开有直径100 cm的人孔供样本采集，同时配有管道取样口。舱体壁不透光且隔热性较好，不易受外界气温变化的影响，因此可作为模拟压载实验舱。实验前对舱体进行彻底清洗。通过模拟压载水加载操作过程，由潜水泵引洋山港海域海水，经管道输送注满舱体。加载完成后分别于不同压载时间进行实验。分别用采水器、潜水泵、隔膜泵和管道对个体大小10~50 μm的粒径生物及个体大小大于等于50 μm的活体生物进行采样，筛网斜径为10 μm和50 μm，采样体积分别为1、10、100和1 000 L，样品过滤后定容到50 mL，采集3个平行样品。样品采集后，在岸基基地实验室进行浮游植物数目统计。浮游植物的计数中采用FDA/CMFDA双荧光染色，然后在荧光显微镜(OLYMPUS BX53)下计数。以各采样方法生物密度为原始矩阵，为降低数据间极差将原始矩阵进行log(x+1)转换，应用SPSS 19.0的单因素方差分析(one-way ANOVA)方法，并结合Tukey HSD算法的多重比较，进行生物密度在不同取样方法之间的显著性差异分析。作图软件采用GraphPad Prism 5.0。
2 结果 2.1 采样方法对压载水浮游植物采样结果的影响用不同采样方法取1L水样，不同采样方式对采样结果有显著影响。夏季采水器采样的浮游植物密度最高，平均值为1 180.00±20 cells/L，隔膜泵平均值为971.00±20 cells/L，潜水泵平均值为964.00±20 cells/L，管道平均值是676.00±20 cells/L。综合比较不同采样方法之间存在显著差异(F=22.33，P=0.01 < 0.05)(图 1)。两两比较，隔膜泵与潜水泵采样方式之间不存在显著差异(P=0.99>0.05)，隔膜泵与采水器采样方式之间存在显著差异(P=0.04 < 0.05)，隔膜泵与管道采样方式之间存在显著差异(P=0.01 < 0.05)；潜水泵与采水器采样方式之间存在显著差异(P=0.03 < 0.05)，潜水泵与管道采样方式之间也存在显著差异(P=0.01 < 0.05)；采水器和管道取样方式之间存在着显著差异(P=0.01 < 0.05)。冬季，管道采样方法统计得到的浮游植物密度最高，平均值为200.00±20 cells/L，采水器平均值为152.00±20 cells/L，潜水泵平均值为120.00 ±20 cells/L，隔膜泵平均值是80.00±20 cells/L。综合比较不同采样方法之间存在显著差异(F=36.90，P=0.01 < 0.05)(图 1)。两两比较：隔膜泵与潜水泵采样方式之间存在显著差异(P=0.04 < 0.05)，隔膜泵与采水器采样方式之间存在显著差异(P=0.01 < 0.05)，隔膜泵与管道采样方式之间也存在显著差异(P=0.01 < 0.05)；潜水泵与采水器采样方式之间不存在显著差异(P=0.96>0.05), 潜水泵与管道采样方式之间存在显著差异(P=0.01 < 0.05)；采水器和管道采样方式之间也存在显著差异(P=0.02 < 0.05)。
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图 1 不同采样方法的结果比较
Fig. 1 Comparison of the results of different approaches
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通过管道采样压载水浮游植物，采集不同体积的压载水，结果显示采样体积对结果有显著影响。夏季，用管道采样方法取体积为1 L时统计得到的浮游植物密度最高，平均值为1 000.00±50 cells/L，其次是采样体积为10 L时，平均值为288.40±20 cells/L，然后是100 L采样体积下，平均值是45.24±10 cells/L，最后是采样体积为1 000 L时，平均值为8.92±3 cells/L。综合分析不同采样体积之间存在显著差异(F=275.20，P=0.01 < 0.05) (图 2)，两两比较分析显示采样体积1 L与10 L，100 L，1 000 L之间都存在显著差异(P=0.01 < 0.05)；10 L与100 L之间也存在显著差异(P=0.01 < 0.05)，与1 000 L之间存在显著差异(P=0.01 < 0.05)；100 L与1 000 L之间不存在显著差异(P=0.83>0.05)。冬季，用管道相同采样方法取体积为1 L时统计得到的浮游植物密度最高，平均值为168.00±20 cells/L，其次是采样体积为10 L时，平均值为25.20±10 cells/L，然后是100 L采样体积下，平均值是3.32±1 cells/L，最后是采样体积为1 000 L时，平均值为0.05±0.01 cells/L。综合分析显示不同采样体积之间存在显著差异(F=131.94，P=0.01 < 0.05)(图 2)，两两比较显示采样体积1 L与10 L，100 L，1 000 L之间都存在显著差异(P=0.01 < 0.05)；10 L与100 L之间存在显著差异(P=0.02 < 0.05)，与1 000 L之间也存在显著差异(P=0.10 < 0.05)；100 L与1 000 L之间不存在显著差异(P=0.99>0.05)。
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图 2 不同采样体积的结果比较
Fig. 2 Comparison of the results of different sampling volumes
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用管道采样方法取体积为1L压载水水样。夏季，不经过50 μm筛网处理时，浮游植物丰度平均值为1 000.00±50 cells/L，经过50 μm筛网处理后，平均值是676.00±50 cells/L。两种不同采样方法之间存在显著差异(F=19.35，P=0.01 < 0.05)(图 3)。冬季，不经过50 μm筛网处理时，平均值为200.00±20 cells/L，经过50 μm筛网，平均值是168.00 ±20 cells/L。两种不同采样方法之间存在显著差异(F=3.54，P=0.13 < 0.05) (图 3)。
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图 3 过50 μm筛网处理的比较
Fig. 3 Comparison of whether or not a 50 μm filter is treated
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《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》已于2017年9月生效，公约赋予了港口国对到港船舶压载水检查的权力，但没有规定统一的采样方法，根据国内外研究报道，目前涉及到的压载水采样方法主要包括采水器法、潜水泵法、隔膜泵和管道采样法[16]，不同的采样方法可能影响压载水检测结果[17]，进而影响到压载水排放许可的客观性与公正性。我们通过模拟实验，对这四种压载水采样方法进行了验证比较，应用这四种采样方法的浮游植物采样结果差异显著，显示不同的采样方法影响着浮游植物的采样结果。为完善和建立港口国压载水检测技术体系，应开展标准化的船舶压载水采样技术研究，并针对不同的船型和不同的采水途径，分类指导，建立相应的采样技术。
根据《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》的规定，所有的船舶最终都将安装压载水管理系统(BWTS)。所有的压载水管理系统都必须经过生物有效性测试及其它相关试验后，经过型式认可才可生产和安装[18]，在船舶压载水管理系统型式认可的生物有效性测试试验中，需要测试压载水中的微生物、浮游植物和浮游动物等经过处理后是否达到《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》或其它国家规定的压载水排放标准[19]。船舶压载水管理系统型式认可的生物有效性测试多是通过岸基试验完成的，岸基试验的压载水浮游植物采样是通过管道采样进行的，根据《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》的要求，浮游植物每个样品的采样水量为100 L[20]，美国海岸警卫队制定的舶压载水管理系统型式认可的生物有效性岸基试验浮游植物样品的采样量为1 000 L，本文试验显示不同的采样体积(1 L、10 L、100 L和1 000 L)条件下，浮游植物的采集结果差异显著，采样体积影响着浮游植物的采样结果。
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