陳凱，王勝通，元軻新

[南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江），廣東 湛江 524002]

海洋污損生物附著在船舶、網(wǎng)箱、海上平臺等人工設施表面，會導致船舶局部腐蝕，影響航行；導致網(wǎng)箱載荷增加，水體交換效率降低，引起養(yǎng)殖魚類死亡；堵塞海洋平臺等海洋裝備的管道，導致設備失靈等，帶來諸多危害[1-2]，造成嚴重的安全隱患和經(jīng)濟損失。而海洋污損生物種類繁多，跨越物種，生態(tài)習性各異，治理難度極大。據(jù)記載，全世界污損生物種類約4 000 種，僅我國海域范圍內就有約600 種[3]。我國海域遼闊，南北跨度大，港灣多，水文條件復雜，海洋污損生物種類隨不同海域分布情況千差萬別，各海域都生長著以優(yōu)勢種類為主的污損生物群落[4]。

目前，污損生物防治可分為物理防污、化學防污、生物防污3 大類[3]。各類防污方法原理不同，針對不同污損生物的防污能力各有千秋，在污損治理方面需要因事為制。因此，如何根據(jù)海域、深度、季節(jié)等因素，確定污損生物的主要類別，從而針對性地進行防污，達到污損防治的最大效率，具有重要意義。

現(xiàn)簡述我國四大海域海洋污損生物的時空分布特點、污損生物的附著機理、污損生物防治措施和常見網(wǎng)衣防污設備，為防污技術升級及海洋產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 四大海域污損生物空間分布特點

在同一海域，不同污損生物生存空間相互交叉，往往相互依存又相互制約，隨著氣候、環(huán)境的變化，有特定的時空分布規(guī)律。其中溫度是影響生物污損分布的最主要因素，鹽度、水體透明度、光照變化及強度等次之[3]。

1.1 渤海

渤海泥沙含量多，鹽度較低，同時受溫帶大陸性氣候影響，全年溫差大。這些因素對渤海污損生物分布起決定性作用[5]。渤海的污損生物以溫帶種和廣溫帶種為主，夏秋兩季污損嚴重，秋季尤甚。全年生長的污損生物主要是藤壺、麥稈蟲、海筒螅和長牡蠣，各個季節(jié)優(yōu)勢種有所變化[2]。夏秋季節(jié)優(yōu)勢種特征明顯，理石葉鉤蝦種群數(shù)量遠遠超過其他種類。秋季污損生物種類、數(shù)量明顯增多，以長牡蠣最為突出。冬季和春季渤海水溫較低，污損生物生長緩慢，種類、數(shù)量較少，以日本大螯蜚和多棘麥稈蟲占明顯優(yōu)勢[5-6]。

1.2 黃海

黃海在遼東半島東南部，緯度較高，水流通暢，鹽度較高，大量生長的優(yōu)勢污損生物主要為紫貽貝、海鞘、埃氏蟄龍介蟲、藤壺以及藻類[2，7]。山東半島東北部海域，受渤海及人類活動影響較大，水體富營養(yǎng)化，以溫帶種為主，污損情況更為復雜，主要污損生物為滸苔、海筒螅、海鞘、藤壺以及孔石莼[8]。黃海南部的連云港海域及呂四洋海域，污損生物種類數(shù)相對較少，優(yōu)勢種極為突出，以牡蠣、海鞘、藤壺、苔蟲為主[9]。

受季風氣候影響，黃海污損生物群落的季節(jié)特征顯著。污損生物附著期較長，在夏季7—8 月，海鞘、貽貝、滸苔暴發(fā)生長。春秋季以藪枝螅等腔腸動物為主，冬季水溫較低，附著量較少，主要是石莼等大型藻類。

黃、渤海地理上相鄰，但水質、環(huán)境變化較大，表現(xiàn)出的污損生物的種群數(shù)量差異明顯。根據(jù)采樣數(shù)據(jù)[2]，得到黃、渤海沿岸不同海域污損生物的相對種群數(shù)量。黃、渤海污損生物種群分布見圖1。由圖1 可見，總體上黃海污損生物種群數(shù)量高于渤海，尤其是被囊動物和藻類，在2 個海域的分布差異更為明顯；大多數(shù)污損生物種類，在北至遼東灣、南至呂四洋的大部分海域范圍均有分布，而這些污損生物種群數(shù)量，又大都在遼東半島東南和山東半島東北附近海域達到最大值。

圖1 黃、渤海污損生物種群分布

1.3 東海

東海屬于亞熱帶海洋性氣候，水質較差，透明度低，污損生物種類多于渤海和黃海，以廣溫種和廣布暖水種為主[10]。上海附近海域，由于長江等較大水量河流的影響，從港口沿岸到遠岸區(qū)，海水鹽度變化大，該海域內污損生物的分布，隨鹽度變化由淡水種逐漸變?yōu)榈望}種，更遠的海域則以高鹽種為主。受水流影響，在長江口附近水流速度較大，影響了生物附著，污損生物較少[11]。在浙江北關港附近海域，污損生物主要以近岸暖水種為主。主要的優(yōu)勢種除網(wǎng)紋藤壺、長鰓麥稈蟲、中胚花筒螅外，還包括太平洋側花?？鸞12]。

在東海，網(wǎng)紋藤壺在夏秋兩季占絕對優(yōu)勢，春秋季節(jié)以水螅蟲為主，冬季則以刺胞動物中胚花筒螅為主，翡翠貽貝到了秋冬季較少生長。東海海域全年都有生物附著，但季節(jié)變化明顯，以6—8 月為附著最嚴重時期，到了10 月，生物附著量開始急劇下降，從12 月至次年的2 月，整體附著量處于最低水平[13]。污損生物群體數(shù)量隨季節(jié)變化情況見圖2。

圖2 優(yōu)勢污損生物附著隨季節(jié)變化[13]

1.4 南海

南海海域東西經(jīng)度跨度大，南北跨越熱帶和亞熱帶。南海海水全年溫度高、鹽度高，透明度大。因此，南海污損生物全年保持較高生長水平，對海洋各項工作影響極大。南海的污損生物主要有蔓足類、軟體動物、苔蘚動物、環(huán)節(jié)動物、腔腸動物、被囊動物和大型藻類[14-16]。其中苔蘚占比極大，如多室草苔蟲等；蔓足類中網(wǎng)紋藤壺占絕對優(yōu)勢，腔腸類生長周期短，季節(jié)變化尤為明顯，夏秋附著最為嚴重[1]。

2 污損生物附著機理

污損生物的附著方式，包括生物黏附、物理吸附、范德華力作用、靜電作用等，吸附過程往往是生物黏附、化學吸附、物理力場共同作用下的結果[17]。污損群落可根據(jù)附著特點，分為微生物膜污損生物群落、微型污損生物群落和宏觀污損生物群落。復雜污損生物群落的發(fā)展，通常要經(jīng)歷初期的條件膜及生物膜階段、中期的微型生物污損階段、后期的大型生物污損階段，從微觀向宏觀逐步發(fā)展[18-20]。當然也并非所有污損過程都按此發(fā)展，不同污損生物在網(wǎng)衣、船舶等不同表面形成生物群落時，形成過程和附著機理也不同。雙殼類污損生物如貽貝，通過足絲實現(xiàn)高強度且長時間的附著；而通過生物黏附的大部分污損生物，都可以通過一種含多巴的黏結蛋白實現(xiàn)超強黏附[21-22]。

2.1 藤壺

藤壺屬于節(jié)肢動物門甲殼綱，廣泛分布在整個海洋。藤壺趨色喜暗，對海水的鹽度、溫度等影響因素具有較寬的適應范圍，可以直接在網(wǎng)箱、船體表面附著，是被作為重點防治對象的海洋污損生物[23]。

藤壺在附著前期，其幼蟲分泌一種透明無黏性且不溶于水的藤壺膠。藤壺膠滲透到附著表面，并逐漸進入附著材料空隙內，約6 h 后即固化，成為藤壺與附著材料之間強力的粘連劑。藤壺膠的主要成分為蛋白質，可被還原劑或者蛋白質裂解劑溶解[23-24]。

藤壺繁殖能力極強，溫帶海域內四季皆可繁殖，低于一定溫度時停止繁殖。北方常見的東方小藤壺，最佳生長溫度約21 ℃，＜6 ℃時開始休眠，在＞24 ℃時出現(xiàn)死亡，＞30 ℃，全部死亡[25]。藤壺可附著于絕大部分的海工材料表面，銅合金是少有的可以抑制藤壺生長的材料。聚二甲基硅氧烷可在被附著表面形成淡水液膜，從而抑制藤壺幼蟲附著。此外，對于藤壺，疏水材料比親水材料難附著，淺色表面比深色表面更難附著，表面越粗糙越難附著[26-27]。

2.2 海鞘

海鞘的分布有明顯地域特性，大多數(shù)更適合生活在熱帶海域。中國海域內，海鞘從南到北的優(yōu)勢種變化依次為悉尼海鞘、冠瘤海鞘、柄瘤海鞘[28-29]。海鞘幼體為蝌蚪形的桿狀，頭部的乳頭突起，是幼體時期特有的黏附器官。在海鞘黏附完成約4 h 后，幼蟲開始變態(tài)發(fā)育，將腹側表皮處的血管狀壺腹作為新的黏附器官，之后壺腹又縮回，最終形成一種匍匐枝結構，作為最終的長期黏附器官[30]。

根據(jù)海鞘生長發(fā)育特點及黏附機制開展科學防治?？煽紤]采用一些低表面能的物理涂層如有機硅氧烷等，防止海鞘附著；其次采用對海鞘有毒的化學防污涂料，如氧化亞銅、有機錫、汞化合物等，單磺酸鉀鹽可針對性地明顯抑制海鞘的附著[31]；此外，一些生物活性物質如有機酸、萜類、醇類、胺類、吲哚類等，可抑制海鞘生長且環(huán)境友好[32]。

2.3 海洋大型藻類

大型藻類屬于原生動物界，其附著特點與藤壺等動物截然不同。我國約有1 300 多種大型藻類，常見的污損藻類包括滸苔、石莼、石花菜等。藻類附著會極大影響網(wǎng)衣結構和網(wǎng)箱的水體交換。大型藻類受海水不同深度光照條件的影響，不同色素的藻類適應不同波長的光，故垂直分布特征明顯。深度由淺及深的種類變化，依次為藍藻、綠藻、褐藻、紅藻。大型藻類受水溫影響大，冬春季在南海出現(xiàn)盛期，而在偏北方海域則主要在夏季暴發(fā)[33]。

藻類通過隨機無規(guī)則的孢子散播生殖，附著過程分為蜉蝣階段和底棲階段。蜉蝣階段的孢子，通過鞭毛選擇合適的附著表面，分泌膠黏劑，完成初級黏附，之后膠黏劑不斷增多形成膠墊，20 min 內完成永久黏附。不同藻類的黏附過程不盡相同，對藻類具體的黏附機理以及孢子的運動方式，尚有爭議[4，33]。

3 污損生物防治措施

同一時空、同一種污損生物，在不同表面的附著情況不盡相同，需根據(jù)不同附著表面，治理污損生物[34]。網(wǎng)衣上最常見的污損生物，除了前文重點討論的藤壺、海鞘、藻類，還包括水螅、雙殼類等[35]。目前常見的網(wǎng)箱防污方法可分為物理防污、化學防污、生物防污3 大類[4]。

常見的化學防污法，有防污涂料、電解防污、化學藥劑等。防污涂料法使用的防污涂料，主要包括低表面自由能防污涂料、仿生防污涂料、酶基防污涂料、含植物提取物的防污涂料（如辣素防污涂料）和氧化亞銅類防污涂料（目前在網(wǎng)衣防污涂料中占主導地位）等。電解防污法通過電化學反應生成化學物質，如電解海水生成含氯物質，以抑制污損生物附著生長?；瘜W藥劑法則是直接投入化學藥劑，操作方便且效果較好，但易危害環(huán)境[36-37]。

生物防污法利用生物之間的競爭關系、捕食關系，引入特定生物種類，直接捕食或是間接抑制污損生物的生長。比如在養(yǎng)殖水體內混養(yǎng)的斑石鯛、黑鯛、綠鰭馬面鲀等清污魚類，都喜食絲狀綠藻、褐藻、硅藻等藻類，能有效減輕大型藻類的污損度。生物防污法對環(huán)境友好，但是對污損生物的可控種類小，且尚未發(fā)展出成熟的清污魚類混養(yǎng)模式[38]。

物理防污法包括人工清洗法、機械清洗法、暴曬法、沉箱法和網(wǎng)箱轉動法等。人工清洗費時費力、效率較低，正向機械清洗轉變。機械清洗法隨著漁業(yè)裝備及水下自動化技術的發(fā)展，逐漸成為深遠海大規(guī)模養(yǎng)殖的主要防污方式[39]。目前我國的深遠海大型網(wǎng)箱，如“深藍系列”“經(jīng)海系列”等網(wǎng)箱，都將采用機械清洗的方式除污。

網(wǎng)箱的機械清洗設備分為機械毛刷式、射流毛刷組合式和高壓射流式。高壓射流洗網(wǎng)效率高，逐漸成為國內外主要研究方向[34]。根據(jù)推進方式，網(wǎng)衣清洗設備分為履帶式和泵推式。履帶式洗網(wǎng)機在網(wǎng)衣上行進，能夠保持貼合網(wǎng)面，在清洗工作中更穩(wěn)定，但是遇到網(wǎng)綱難以跨越；泵推式依靠噴水的反作用力推進，方便跨越障礙物，但是工作時，高壓清洗射流的反作用力，容易導致貼合不嚴、定位不穩(wěn)。目前比較先進的水下清洗設備，通常將2 種行進方式結合起來[34，39]。

4 常見網(wǎng)衣防污設備

國外代表性的網(wǎng)衣清洗設備，如挪威AKVA Smart 公司的FNC8 系列水下清洗機器人，MPI（Multi Pump Innovation）公司的Racemaster 系列水下機器人以及日本YANMAR 公司的NCL 系列水下清洗機，在全世界的水下清洗市場都有較高的影響力。國內的網(wǎng)衣清洗設備，大多處于實驗室階段，中國水產(chǎn)科學研究院、浙江大學等，都曾推出自行研制的水下洗網(wǎng)試驗設備，然而國內真正面市的洗網(wǎng)設備較少。青島森科特的SCT 系列水下清洗機，已成功開展多次深遠海大型網(wǎng)箱如“深藍一號”的網(wǎng)衣清洗工作。國內設備在清洗效率、清潔效果、抗風浪能力等方面，與國外的網(wǎng)衣清洗設備相比，仍有較大的改進空間。

如何選擇合適的清洗設備，影響因素較多。僅以經(jīng)濟性為出發(fā)點，除購入價格，還需要考慮使用海域海況、離岸距離，設備的清洗效率、抗風浪流能力、工作深度、使用壽命、水壓、流量和易操作性，以及所洗網(wǎng)箱形狀、大小、網(wǎng)衣情況等參數(shù)。因為除價格外，其他任何一個參數(shù)，均會引起使用時的人工、海工的成本差異，在整個使用壽命中，就會累積出巨大的成本差。設備的清洗效率、使用壽命及價格，是最直接的3 個參數(shù)。價格方面，國外的網(wǎng)衣清洗設備價格昂貴。根據(jù)市場調研，挪威AKVA 公司和MPI 公司的產(chǎn)品多在300 萬以上，且不同配置價格浮動大，MPI 最新推出的改進型Racemaster 高達500 多萬。日本YANMAR 的NCL 系列多在200 萬～300 萬。而國內的產(chǎn)品則便宜很多，如森科特的產(chǎn)品多在100 萬左右。

在洗網(wǎng)作業(yè)現(xiàn)場，海域情況和離岸距離，往往對清洗進度影響極大。深遠海大型網(wǎng)箱的清洗，講究“天時地利人和”，即清洗時的天氣、海況、以及個人操作水平。據(jù)施工經(jīng)驗，在海浪流速＞0.5 m/s 時，清洗作業(yè)將受到較大影響，在流速＞1 m/s 或者風速＞6 級時，目前市面在售的大部分清洗設備都無法開展清洗作業(yè)。而海浪情況隨不同海域、季節(jié)變化顯著。以青島附近海域為例，根據(jù)洗網(wǎng)經(jīng)驗，每個月能夠進行清洗操作的窗口期不超過一周，大部分時間的都難以開展清洗作業(yè)。因此，若是目標海域海況復雜、離岸距離偏遠時，就需重點關注清洗設備的抗風浪流的能力。

在湛江附近養(yǎng)殖區(qū)，近岸養(yǎng)殖的普通HDPE 網(wǎng)箱較小，大多數(shù)周長不超過120 m，此類網(wǎng)箱的清洗作業(yè)，對設備的響應速度、控制靈敏度要求較高。而深海大型網(wǎng)箱，養(yǎng)殖水體多超過10 000 m3，“深藍一號”網(wǎng)箱養(yǎng)殖水體超過50 000 m3，萬澤豐矩形網(wǎng)箱與“深藍二號”網(wǎng)箱，養(yǎng)殖水體分別為40 000 和88 000 m3，此類深遠海大型網(wǎng)箱，則要求清洗設備具有足夠的工作深度和工作效率。目前“深藍一號”網(wǎng)箱已開展多次清洗作業(yè)，清洗一次需要3 d 以上，考慮到天氣海況，通常需要預留一周時間，才能合格地完成清洗作業(yè)。

5 展望

近年來，我國海洋產(chǎn)業(yè)逐漸走向深遠海，海洋養(yǎng)殖業(yè)走向規(guī)?；瑢ξ蹞p生物的防治愈發(fā)重要。海洋防污技術需要融合生物、生態(tài)、海洋、機械、材料等多學科的知識與技術，需定期開展我國不同海域污損生物群落調研工作；還需要從靜態(tài)定性描述，深入到群落的動態(tài)發(fā)展預測及預警，將污損生物的季節(jié)性、區(qū)域性和生物特性，作為防污工作開展的依據(jù)。未來在防污技術方面，需要向綠色、無毒、長效等方向發(fā)展，開發(fā)多樣化防污手段，水下清洗設備也需要進一步提升穩(wěn)定性與智能化程度，提高清洗設備與大型網(wǎng)箱之間的集成化及適配性。今后的防污工作，需要將對污損生物的針對性和防污技術的普適性平衡地結合起來。當前我國大部分網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)?；蛔悖逑丛O備價格極為昂貴，挪威等國有污損清洗公司及團隊，可提供專業(yè)的洗網(wǎng)服務。在防污產(chǎn)業(yè)方面，我國也需要向防污專業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。