王珊珊+張瑞標+劉振華+劉曉燕+呂云云

摘要：海洋污損生物的附著影響了船舶、水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施等的使用壽命及經(jīng)濟價值。本文綜述污損生物的附著特點和機理、污損生物附著的影響因素及防除方法，初步探討了新型防污途徑及其應(yīng)用前景，提出新防除技術(shù)的研究思路。

關(guān)鍵詞：海洋污損生物；附著；防除技術(shù)

海洋污損生物是影響海洋設(shè)施安全與使用壽命的重要因素。污損生物的附著生長會增加船舶阻力，導(dǎo)致船速降低、靈活性減弱及能耗增加；有些種類促使海上作業(yè)平臺、浮標、船舶等殼體表面的腐蝕，縮短海洋設(shè)施的使用年限[1-4]。污損生物附著在網(wǎng)箱、筏架、籠具等水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施上，堵塞其網(wǎng)孔，致使設(shè)施內(nèi)外水體交換率降低，導(dǎo)致溶解氧降低，造成養(yǎng)殖生物死亡，甚至與養(yǎng)殖對象爭奪附著基和餌料，影響其生長發(fā)育，降低水產(chǎn)品質(zhì)量，妨礙海上水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。

污損生物問題很早已引起重視，為避免其危害，國內(nèi)外學(xué)者從各個不同角度進行了大量的調(diào)查研究。本文綜合敘述了污損生物的附著特點和機理、污損生物附著的影響因素及防除方法，提倡多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，以期為研究高效無毒的防污技術(shù)、促進海洋經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1海洋污損生物的附著機理和特點

1.1附著機理

污損生物的附著過程是一個長期復(fù)雜的自然選擇、生態(tài)演替的過程。研究表明，海水中有多種細菌易附著于船體等表面，其新陳代謝產(chǎn)生的黏稠的細胞外高聚物，有一定的強度和黏性[5]，又稱為細菌黏膜，是船舶等浸水設(shè)施表面上最早附著的生物層，它誘導(dǎo)或抑制著大型污損生物的附著和變態(tài)，是一個復(fù)雜而又可控的生態(tài)系統(tǒng)[6]。浮游生物的孢子和貝殼類幼蟲分泌出酸性黏結(jié)性物質(zhì)，船體及養(yǎng)殖設(shè)施浸入到海水，與此物質(zhì)接觸后，生物附著即開始。

細菌黏膜在船體等表面生長，改變局部氧化還原電勢、氧的濃度以及pH值等，從而對船體產(chǎn)生“微生物腐蝕”。此外，細菌黏膜為附著生物提供了適宜的棲息場所和豐富的餌料，而在附著生物的新陳代謝活動中，會產(chǎn)生許多酸性化學(xué)物質(zhì)，對船體造成損傷，因此，船舶等同時遭受微生物腐蝕和附著生物污損的雙重破壞[7]。

1.2附著特點

海洋附著生物的種類和數(shù)量，隨著季節(jié)、海域、水深、附著基等條件的變化而不同。我國南北方各海域相對而言，南方由于水溫高，溫差變化小，可繁殖季節(jié)長，附著生物的種類多。不同季節(jié)附著生物的種類也會有差異，軟體動物在水溫較低時附著多；而牡蠣、藤壺是多年生動物，各個季節(jié)都有附著。另外，由于附著基的顏色深淺不一，海洋附著生物的附著速度和密度差別很大；海洋生物的附著量跟船舶停靠時間成正比，停靠時間越長，附著量也越大。

2海洋污損生物附著的影響因素

2.1水深對附著生物的影響

水深與附著生物分布具有較高負相關(guān)，有研究表明[8]，附著生物著生量受水深、種質(zhì)等的影響。A.Moura等[9]研究表明深度影響附著生物的分布。那么引申至船舶，水深對附著生物的分布亦有影響，淺層比深層附著量多。另有研究表明[10]，在DO和pH值較高海域附著生物多處于水深較淺的水域。即特定海域，水深是制約附著生物群落類型、附著生物分布格局的主要因子。亦有研究表明[11]，在0.5～1.5 m水深，水生生物量隨水深的增加而遞增，大于1.5 m時，生物量隨著水深的增加而呈遞減。

2.2透明度、鹽度對附著生物的影響

不同海域海水透明度也不同，近岸海區(qū)水攪動厲害，受人類活動影響較大，營養(yǎng)鹽豐富，浮游植物大量繁殖，海水透明度較小。而外海和大洋，海水透明度增大。研究表明，透明度對附著生物生長具有重要影響[10]。安永義幅[12]等研究認為在透明度高、流速較快的水域中附著動物的著生量相對較大。

海區(qū)鹽度的變化對附著生物的種類組成和數(shù)量有顯著影響。黃宗國[1]等調(diào)查研究表明，鹽度由高到低，附著生物種類和數(shù)量都由多到少。另有研究證實翡翠貽貝不能在高鹽度水域生長發(fā)育，鹽度是影響其分布的關(guān)鍵因子[13]；低鹽度條件，藤壺的附著和生長受到抑制[10]。

2.3溫度對附著生物的影響

不同季節(jié)海水溫度有差異，溫度是附著生物季節(jié)性差異的主要影響因素之一。另外，附著生物受溫度影響亦呈現(xiàn)地理分布差異。我國南方各海域，水溫高并且溫差小，附著生物種類相對多，繁殖季節(jié)也相對長；北方海域，5-10月份是附著旺季，冬季則是淡季。黃梓榮等[14]研究表明，隨海水溫度降低，東澳島海區(qū)礁體的附著生物種類發(fā)生變化，夏季優(yōu)勢種網(wǎng)紋藤壺（Balanus reticulates）老化并自然脫落，冬季優(yōu)勢種翡翠貽貝（Perna viridis）幼體取而代之。軟體動物在海水溫度較低時附著較多，只在冬季進塢上排的船艦上才能發(fā)現(xiàn)。而牡蠣、藤壺是多年生動物，各季節(jié)進塢上排的船舶上都有發(fā)現(xiàn)。

2.4附著基性質(zhì)對附著生物的影響

附著基的粗糙度、顏色、材質(zhì)以及物理角度對附著生物的附著種類及數(shù)量有直接影響。附著生物和光滑基底之間的作用力較弱，光滑的船體或其它附著基表面不利于水生生物的附著，反之，粗糙表面給水生生物提供有利的附著點。另外，旅順港的研究實驗證實，相同條件下，附著基顏色會影響水生生物的附著速度、密度[15]，深色的附著基更利于藻類的附著。附著基表面一定形狀和結(jié)構(gòu)尺寸的微觀紋理具有一定的防污效果。

2.5船體型線對附著生物的影響

船體型線是指船體的形狀和大小。船體越大，接觸海水的面積越大，水生生物越容易附著，但船體越大，其抗擾動能力越強，在大海中越能保持穩(wěn)定，受海浪沖擊，更不容易使水生生物附著；船體細長，則和海水接觸面積變小，水生生物附著量也會減小，但容易隨波逐流，反而會容易使水生生物附著。所以，船體越大且越細長，越不利于水生生物的附著。另外，附著生物的附著量隨著船體部位的不同而變化，如水線部位以藻類和藤壺為主，且附著速度快，而船底部位則以貝殼類和軟體動物居多[15]。

3海洋污損生物防除技術(shù)

3.1海洋生物的污損

海洋中附著在船體上的水生生物，動物約1 300種，植物約600種，常見的約有50種，附著生物大部分生存于海岸及港灣處。我國各海區(qū)海洋生物的繁殖時間、品種、數(shù)量等均有不同，不同港灣各有優(yōu)勢污損生物。

船底附著海洋生物后，阻力增加，航速降低，燃料耗用量增加，機械的磨損增大。海洋生物的附著還破壞漆膜，腐蝕鋼板，不僅增加了船舶的維修保養(yǎng)費用、次數(shù)和時間，而且降低了船舶的在航率。附著生物會造成養(yǎng)殖網(wǎng)箱、圍網(wǎng)等的網(wǎng)孔的堵塞，降低內(nèi)外水體交換率，導(dǎo)致溶解氧濃度降低，甚至與養(yǎng)殖對象爭奪附著基和餌料，影響其生長發(fā)育，降低水產(chǎn)品質(zhì)量，妨礙海上水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。海洋生物通過附著在船底進入新的環(huán)境，很容易帶來生物入侵?？傊S著我國海運事業(yè)的發(fā)展和海洋資源的開發(fā)，海洋附著生物給海運、國防及海洋設(shè)施造成了巨大危害，探究海洋生物的附著機理及其防除方法迫在眉睫。

3.2海洋污損生物的防除

3.2.1機械清除方法通過物理清除手段，減少或阻止污損生物的附著，達到防除目的。機械清除是借助相應(yīng)的機械設(shè)備有規(guī)律地在船底等設(shè)施上進行清洗和刮除[16-18]，或者定期采用高壓水槍沖洗網(wǎng)箱網(wǎng)衣[19]，減少污損生物的附著。該防除方法對于軟性污損生物很有效，能相對全面徹底地清除污損生物，但工作效率低，耗資大，并對船舶等設(shè)施產(chǎn)生機械損傷。

3.2.2電解防污方法艦船海水管系收到海洋附著生物的嚴重污染，目前研究較成熟且廣泛應(yīng)用的防止海洋生物附著的方法主要有：（1）電解海水防污法（即采用次氯酸鈉防污法）。電解海水產(chǎn)生具有強氧化性的有效氯NaClO、HClO和Cl2，能殺死或擊暈?zāi)承┖Ｑ笊锏挠紫x、孢子，從而減少水生生物的附著。（2）電解銅、鋁電極防污法。電解銅/鋁海水防海生物裝置，基本原理是利用電解海水產(chǎn)生的有效氯及電解銅、鋁產(chǎn)生的銅離子共同作用而殺死水生生物。（3）電解海水和電解銅、鋁聯(lián)合防污法[20]。

3.2.3防污漆防除1626年出現(xiàn)防污涂料，人們以毒料毒殺附著生物為依據(jù)，并建立了漆膜的毒物滲出理論，主要方法是在漆膜中添加銅、汞、鎘、砷、鉛的無機化合物或有機錫，通過重金屬的毒性擴散達到防除附著生物的效果，但會對水環(huán)境造成污染。

有研究證實[21]有機錫化合物不能被微生物分解，而長期殘留于水域環(huán)境并被水生生物吸收，造成海水污染，破壞了生態(tài)系統(tǒng)，影響水產(chǎn)食品的安全，而且價格高，隨著使用時間的延長，其防污效果也會逐漸降低。近年來，世界環(huán)保呼聲日益高漲，提倡和諧可持續(xù)發(fā)展，各國家紛紛立法限制有毒防污涂料的使用[5]。

隨著人們對海產(chǎn)品的需求量增大，海洋養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，養(yǎng)殖用漁網(wǎng)被海洋生物附著后，縮短了使用壽命；另外，網(wǎng)孔堵塞影響海產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，會導(dǎo)致死亡。國外計劃采取生物控制、無毒低表面能防污涂料、電解化學(xué)等方法控制漁網(wǎng)污損生物的附著；國內(nèi)多采用人工或機械擦洗和刮除等傳統(tǒng)方式，但效率低且不適用深海網(wǎng)箱的防污損處理[22]。而防污涂料的研發(fā)和使用是解決海洋防污最有效、最常用的方法之一。目前，我國致力于新型環(huán)保漁網(wǎng)防污劑的研究。

1995年，我國發(fā)表了“21世紀海洋發(fā)展宣言”，明確提出要發(fā)展無公害的海洋防腐和防污技術(shù)。各國也先后發(fā)布禁令，限制使用含三丁基錫防污涂料。因此，開發(fā)高效、無毒、水性的環(huán)境友好型防污涂料就成為21世紀海洋涂料的發(fā)展方向[23]。

3.2.4生物防污劑的防除方法Zobell通過對防污漆上的微生物黏膜進行研究，指出黏膜中的微生物對研究海洋生物的附著機理和防除具有重要意義，認為新生細菌黏膜對大型生物的幼蟲附著是有利的。陸青田[24]等研究表明，并不是細菌黏膜中的所有生物種類都有利于附著作用。Gatenholon等人利用海洋細菌D2制成的防污劑可有效抑制污損生物的附著[6]。有研究從防污漆表面的細菌黏膜中分離得到Q193細菌菌株[25]，合成人工細菌黏膜，一定時間內(nèi)可有效防除無損生物，但防污效果不理想。目前發(fā)現(xiàn)的活性物質(zhì)已達幾十種，預(yù)計將來會從分離出來的6000多種活性物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)新的防污劑。防污作用機制和研制新型積極有效的無毒防污方法有待進一步研究。

4展望

縱觀國內(nèi)外近幾年在防除海洋生物研究方面進展情況，采用防污漆涂層是目前防除方法中較成熟的技術(shù)，但仍存在問題：防污有效期不理想，局部破損而引起污損生物附著萌發(fā)導(dǎo)致整個涂層失效，對海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生破壞等。隨著人們對生態(tài)環(huán)境認識的提高，保護海洋環(huán)境意識的加強，無毒或低毒型防污漆是今后研究和發(fā)展的重點方向之一。

目前，正開展海洋天然防污化合物的相關(guān)研究工作，但分離純化、結(jié)構(gòu)鑒定、功能基因分析及防污活性測定等方面存在一定的局限性。生物活性物質(zhì)的研發(fā)是前沿研究熱點問題之一，利用分子生物技術(shù)從多種生物中分離出的抗微生物肽及其基因，可用作抗附著活性化合物[26]。因此，探究污損生物的附著機理及環(huán)境因子等影響因素對污損生物附著影響的基礎(chǔ)上，應(yīng)開展海洋生物技術(shù)如水產(chǎn)養(yǎng)殖、海洋天然產(chǎn)物開發(fā)、海洋環(huán)境保護等多方向的學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，研究高效、無毒、水性的環(huán)境友好型防污技術(shù)。并與我國海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及海洋生物資源可持續(xù)開發(fā)利用的高技術(shù)需求相一致。

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