郭 靜，謝雙蔚，郭良波，陳 星

(中海油研究總院責(zé)任有限公司，北京100102)

海洋油氣的不斷發(fā)現(xiàn)和持續(xù)開發(fā)，為國(guó)家提供了有力的能源儲(chǔ)備，但也給海洋環(huán)境帶來一定的影響。海洋油氣開發(fā)主要污染物之一水基鉆井液和鉆屑的排放，使鉆井平臺(tái)周圍海水中懸浮物增多，有研究表明，懸浮物對(duì)水體中生物的生理、行為、攝食、生長(zhǎng)、繁殖等均會(huì)產(chǎn)生影響[1]。懸浮物急劇增加會(huì)阻塞魚類的鰓組織，造成其呼吸困難，嚴(yán)重的可能會(huì)引起死亡。高濃度懸浮物中的有毒物質(zhì)可在生物體內(nèi)富集積累，從而對(duì)生物本身及食物鏈上一級(jí)生物產(chǎn)生毒害作用[2]，甚至影響海洋生物生態(tài)系統(tǒng)[3]。目前，學(xué)者們的研究主要集中在疏浚懸浮物濃度升高而產(chǎn)生的海洋生態(tài)問題[4-6]，對(duì)鉆井液和鉆屑排放產(chǎn)生的懸浮物影響游泳能力較弱的海洋生物幼體的關(guān)注較少，而海洋生物幼體的多樣性和豐富度可影響整個(gè)海洋生物的群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，開展此項(xiàng)研究對(duì)海洋油氣的有序開發(fā)、維護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)的平衡具有十分重要的意義。

許氏平鲉(Sebastesschlegeli)廣泛分布于中國(guó)黃渤海海域，卵胎生，幼魚具有漂浮性，是中國(guó)重要的海洋漁業(yè)經(jīng)濟(jì)魚類。為研究海洋油氣開發(fā)鉆井液和鉆屑排放對(duì)海洋生物幼體生長(zhǎng)和存活的影響，了解不同懸浮物濃度對(duì)海洋生物幼體生存的影響程度，進(jìn)而優(yōu)化海上鉆井污染物的排放方式，本研究選取黃渤海重要漁業(yè)經(jīng)濟(jì)物種許氏平鲉幼魚為研究對(duì)象，選取不同濃度的水基鉆井液和鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚進(jìn)行急性毒性實(shí)驗(yàn)，以期為鉆井液和鉆屑排放對(duì)海洋生物的影響程度提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

于青島某養(yǎng)殖場(chǎng)購(gòu)進(jìn)規(guī)格相近、活力旺盛的許氏平鲉幼魚，將其置于聚乙烯塑料水箱中暫養(yǎng)一周后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。暫養(yǎng)期間連續(xù)充氧，每天投喂配合餌料1次(于9：00投喂1次，投喂量為幼魚總重量的1%)。在投喂1 h后完全換水1次，所用海水鹽度為28.32～30.70，水溫為22～25℃，pH為7.70～8.10，溶解氧(DO)大于6.5 mg/L。水基鉆井液實(shí)驗(yàn)魚平均體長(zhǎng)為(4.25±0.16)cm、體質(zhì)量為(2.43±0.16)g；鉆屑實(shí)驗(yàn)魚平均體長(zhǎng)為(4.75±0.42)cm、體質(zhì)量為(3.45±0.88)g。實(shí)驗(yàn)容器為350 mm×250 mm聚乙烯塑料水箱，實(shí)驗(yàn)期間不換水。

實(shí)驗(yàn)采用中海油渤海蓬勃作業(yè)公司提供的海上生產(chǎn)平臺(tái)的水基鉆井液和鉆屑。水基鉆井液不含油，主要成分由水和黏土等組成，其中水占比90%，黏土占比7%，其他添加劑占比3%。鉆屑主要由鉆井液從井底帶至地面的巖石碎屑組成，其中鉆屑中含水60%。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用96 h急性毒性實(shí)驗(yàn)，即參照GB 18420.2—2009《海洋石油勘探開發(fā)污染物生物毒性 第2部分：檢驗(yàn)方法》[7]，選取不同濃度的水基鉆井液和鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚進(jìn)行急性毒性實(shí)驗(yàn)，通過觀察測(cè)定許氏平鲉幼魚在96 h內(nèi)的行為異?；蛩劳鲂?yīng)，分析計(jì)算水基鉆井液和鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚具有顯著影響的濃度。

1.2.1 水基鉆井液懸浮物實(shí)驗(yàn)方法

參照GB 18420.2—2009《海洋石油勘探開發(fā)污染物生物毒性 第2部分：檢驗(yàn)方法》中的鉆井液配置方法，將1份鉆井原液與9份海水混合后，用磁力攪拌器攪拌20 min再沉降60 min后，取上清液為母液，經(jīng)測(cè)定母液懸浮物濃度為1 670 mg/L。

每組實(shí)驗(yàn)體積為3 L，母液與海水的體積比為0(未添加母液，作為對(duì)照組)、1∶7、1∶3、1∶1、母液(未添加海水)，根據(jù)母液懸浮物濃度可換算5個(gè)實(shí)驗(yàn)組，質(zhì)量濃度分別為0、208.75、417.50、835.00、1 670.00 mg/L。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組中放置10條實(shí)驗(yàn)用魚，保持充氧狀態(tài)。

1.2.2 鉆屑懸浮物實(shí)驗(yàn)方法

參照《水生生物毒性試驗(yàn)方法》[8]，分預(yù)實(shí)驗(yàn)和正式實(shí)驗(yàn)。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定鉆屑正式實(shí)驗(yàn)所需的濃度范圍，設(shè)置5個(gè)正式實(shí)驗(yàn)鉆屑組，濃度分別為0(對(duì)照組)、62.5、125.0、250.0、500.0 g/L(濕重)。每組實(shí)驗(yàn)體積為3 L，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組放置10條實(shí)驗(yàn)用魚，保持充氧狀態(tài)。

1.2.3 分析方法

溫度、鹽度、DO和pH采用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行測(cè)定，懸浮物參考GB 17378.4—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分：海水分析》[9]測(cè)定。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直線回歸處理，建立幼體死亡率(P%)和鉆井液、鉆屑濃度的對(duì)數(shù)(lnC)的線性關(guān)系，求解幼體半致死濃度96 h-LC50值。采用SPSS軟件計(jì)算許氏平鲉幼魚半致死濃度LC50值，并進(jìn)行鉆井液、鉆屑對(duì)幼魚生長(zhǎng)影響的顯著性分析。

安全濃度(SC)采用特倫堡(Turubell)[10]的安全濃度計(jì)算公式：

SC=48 h LC50×0.3/(24 h LC50/48 h LC50)2

2 結(jié)果與分析

2.1 水基鉆井液對(duì)許氏平鲉幼魚急性毒性結(jié)果

水基鉆井液對(duì)許氏平鲉幼魚的急性毒性結(jié)果如表1所示，結(jié)果表明，不同濃度的水基鉆井液對(duì)幼魚具有顯著的影響(P<0.05)；水基鉆井液濃度與幼魚死亡率呈線性關(guān)系(48 h：y=78.065x-162.580，R2=0.819 7；96 h：y=63.150x-104.170，R2=0.998 2)，其半致死濃度96 h-LC50為275.42 mg/L。

表1 水基鉆井液對(duì)許氏平鲉幼魚急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Experimental results on the effect of the water-based drilling fluid on juveniles Sebastes schlegeli

根據(jù)Turubell的安全濃度計(jì)算公式，計(jì)算出水基鉆井液對(duì)幼魚的安全濃度SC為78.91 mg/L。

在最高濃度1 670.00 mg/L懸浮物組中加入幼魚后，幼魚缺氧嚴(yán)重，開始時(shí)跳躍、浮頭現(xiàn)象明顯，1～2 h后出現(xiàn)死亡，24 h內(nèi)全部死亡。另外，實(shí)驗(yàn)過程中添加水基鉆井液對(duì)幼魚正常攝食有一定的影響，實(shí)驗(yàn)組幼魚攝食量明顯減少，且隨著濃度的增加,幼魚攝食量減少較為明顯。

2.2 鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚急性毒性結(jié)果

鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚的急性毒性結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明，不同濃度的鉆屑對(duì)幼魚死亡率具有顯著性影響(P<0.05)；鉆屑濃度與幼魚死亡率呈線性關(guān)系(48 h：y=129.63x-237.71，R2=0.861 8；96 h：y=102.30x-164.49，R2=0.896 0)，其半致死濃度96 h-LC50為125.89 g/L。

表2 鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Experimental results on the effect of the drilling cutting on juveniles Sebastes schlegeli

根據(jù)Turubell的安全濃度計(jì)算公式，計(jì)算出鉆屑對(duì)幼魚的安全濃度SC為41.41 g/L。

實(shí)驗(yàn)觀察到250.0 g/L和500.0 g/L鉆屑溶液組中加入幼魚后，幼魚缺氧嚴(yán)重，開始時(shí)幼魚跳躍、浮頭現(xiàn)象明顯，1 h后開始出現(xiàn)死亡，24 h內(nèi)全部死亡。另外，實(shí)驗(yàn)組幼魚攝食量明顯減少，且隨著濃度的增加,幼魚攝食量減少較為明顯。

續(xù)表2

2.3 水基鉆井液和鉆屑造成的pH變化

實(shí)驗(yàn)中添加水基鉆井液和鉆屑后，海水pH值發(fā)生變化，其中添加水基鉆井液后，實(shí)驗(yàn)組溶液pH增加量為0.28～1.43，純母液實(shí)驗(yàn)組的pH超過8.5，其他實(shí)驗(yàn)組的pH滿足GB 3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[11]第二類要求(7.8～8.5)。添加鉆屑后，實(shí)驗(yàn)組pH變化為(-0.08～+0.06)，可忽略不計(jì)，結(jié)果如表3和表4所示。

表3 加入水基鉆井液后實(shí)驗(yàn)用水pH變化Tab.3 pH change of experimental water after adding water-based drilling fluid

表4 加入鉆屑后實(shí)驗(yàn)用水pH變化Tab.4 pH change of experimental water after adding drilling cuttings

3 討論

3.1 鉆井液對(duì)許氏平鲉幼魚的影響

Perricord R K研究表明，懸浮物黏附在游泳生物的體表，會(huì)使生物感覺功能下降，游泳能力減弱；懸浮物還可阻塞魚類等的鰓組織，損傷鰓絲，影響其呼吸系統(tǒng)[12]。已有研究結(jié)果表明，堵塞呼吸器官導(dǎo)致生物缺氧窒息，是懸浮物造成海洋生物死亡的主要原因[2]。本次實(shí)驗(yàn)加入水基鉆井液后，通過持續(xù)充氧，基本可以使一定量的鉆井液處于懸浮狀態(tài)。結(jié)果顯示，不同濃度組中幼魚的生存狀態(tài)不同，低濃度組幼魚對(duì)水基鉆井液的響應(yīng)不明顯，較高濃度組幼魚攝食量明顯減少，而高濃度組中幼魚出現(xiàn)跳躍、浮頭等現(xiàn)象，甚至短時(shí)間內(nèi)死亡。其原因是由于懸浮小顆粒黏附在幼魚的鰓上，從而導(dǎo)致魚缺氧死亡。這與陳永平等研究懸浮物對(duì)鱸魚和梭魚幼魚的毒性研究結(jié)果一致，試驗(yàn)魚的死亡率與懸浮物濃度之間呈現(xiàn)明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系，隨著懸浮物濃度升高，試驗(yàn)用魚的死亡率也隨之升高；試驗(yàn)魚死前均出現(xiàn)鰓蓋擴(kuò)張，鰓部有懸浮物顆粒[13]。這一結(jié)果也充分說明高濃度的懸浮物對(duì)許氏平鲉幼魚具有較強(qiáng)的致死作用。

3.2 鉆井液和鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚影響比較

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表5)可知，水基鉆井液和鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚的毒性不同，比較兩種污染物對(duì)幼魚的毒性可以得出：水基鉆井液>鉆屑，即鉆井液對(duì)幼魚的毒性高于鉆屑。其原因主要與這兩種污染物的性質(zhì)有關(guān)，鉆井液主要成分為水和黏土，鉆屑為巖石碎屑，鉆井液顆粒粒徑小于鉆屑，且鉆井液與鉆屑相比含有少量添加劑；鉆井液高濃度實(shí)驗(yàn)組中pH明顯升高，這可能也是導(dǎo)致許氏平鲉幼魚死亡的原因之一。

表5 不同類別污染物對(duì)許氏平鲉幼魚毒性比較Tab.5 Comparison of the toxicity of different pollutants to juveniles Sebastes schlegeli

研究比較懸浮物對(duì)不同魚類急性毒性，結(jié)果表明不同魚類對(duì)懸浮物的敏感性存在差異。如懸浮物對(duì)梭魚幼魚的安全濃度為105.28 mg/L[13]，懸浮物對(duì)鱸魚幼魚的安全濃度為16.81 mg/L[13]，懸浮物對(duì)半滑舌鰨伏底階段稚魚的安全濃度為211.72 mg/L[2]，懸浮物對(duì)褐牙鲆幼魚的安全濃度為1 263.70 mg/L[14]。這可能與不同魚類對(duì)懸浮物耐受性存在差異相關(guān)，也可能與懸浮物的來源即不同水中重金屬、有機(jī)物等有害物質(zhì)差異相關(guān)。

3.3 鉆井液和鉆屑排放對(duì)許氏平鲉幼魚的安全性影響

《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，人為增加懸浮物濃度≤10 mg/L符合一(二)類標(biāo)準(zhǔn)要求，10～100 mg/L為三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，100～150 mg/L為四類海水水質(zhì)要求。本文研究結(jié)果：水基鉆井液對(duì)許氏平鲉幼魚的安全濃度為78.91 mg/L，由此得出，若水基鉆井液排放導(dǎo)致海水處于三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，則可能會(huì)對(duì)許氏平鲉幼魚安全造成一定的影響。鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚的安全濃度為41.41 g/L，鉆屑對(duì)許氏平鲉幼魚安全濃度高，對(duì)幼魚的安全性影響小于鉆井液，這主要與其形態(tài)和成分有關(guān)，鉆屑顆粒粒徑較大，易較快沉降在底部，對(duì)游泳生物的損傷較小。

4 結(jié)論

本研究表明，鉆井液和鉆屑中的懸浮物對(duì)許氏平鲉幼魚具有一定的影響，且不同濃度的鉆井液和鉆屑對(duì)幼魚影響不同。因此，需嚴(yán)格控制海洋油氣開發(fā)中鉆井液和鉆屑的排放濃度和排放速率，不能高濃度、長(zhǎng)時(shí)間的排放，也不能無序的排放。

1)高濃度的鉆井液和鉆屑會(huì)對(duì)許氏平鲉幼魚產(chǎn)生毒害作用。當(dāng)水基鉆井液濃度超過78.91 mg/L、鉆屑濃度超過41.41 g/L時(shí)，均會(huì)對(duì)許氏平鲉幼魚產(chǎn)生一定的危害；當(dāng)水基鉆井液濃度達(dá)到275.42 mg/L時(shí)、鉆屑濃度達(dá)到125.89 g/L時(shí)，均會(huì)導(dǎo)致半數(shù)的許氏平鲉幼魚死亡。

2)水基鉆井液對(duì)許氏平鲉幼魚的安全濃度為78.91 mg/L，若水基鉆井液排放導(dǎo)致海水處于三類及超三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，則可能會(huì)對(duì)許氏平鲉幼魚的安全造成一定的影響。

為保護(hù)海洋生物資源，海洋油氣開發(fā)工程利用海洋生態(tài)修復(fù)和補(bǔ)償資金在油氣開發(fā)海域開展了多項(xiàng)生物增殖放流[15]，以期恢復(fù)生物資源。同時(shí)進(jìn)行規(guī)范管理，并在修復(fù)期間定期進(jìn)行漁業(yè)資源與捕撈產(chǎn)量的跟蹤監(jiān)測(cè)，保證上述海域海洋生態(tài)環(huán)境得到良好修復(fù)?？紤]大多數(shù)魚類的卵為浮性卵，通過深水排放措施，降低海域懸浮物濃度，嚴(yán)格控制對(duì)工程海域海洋生物資源擾動(dòng)的強(qiáng)度，減少對(duì)海洋生物幼體的傷害。本研究結(jié)果可為海洋生物資源恢復(fù)和保護(hù)提供參考依據(jù)。