海洋污损生物附着及防除途径
王珊珊+张瑞标+刘振华+刘晓燕+吕云云
摘要：海洋污损生物的附着影响了船舶、水产养殖设施等的使用寿命及经济价值。本文综述污损生物的附着特点和机理、污损生物附着的影响因素及防除方法，初步探讨了新型防污途径及其应用前景，提出新防除技术的研究思路。
关键词：海洋污损生物；附着；防除技术
海洋污损生物是影响海洋设施安全与使用寿命的重要因素。污损生物的附着生长会增加船舶阻力，导致船速降低、灵活性减弱及能耗增加；有些种类促使海上作业平台、浮标、船舶等壳体表面的腐蚀，缩短海洋设施的使用年限[1-4]。污损生物附着在网箱、筏架、笼具等水产养殖设施上，堵塞其网孔，致使设施内外水体交换率降低，导致溶解氧降低，造成养殖生物死亡，甚至与养殖对象争夺附着基和饵料，影响其生长发育，降低水产品质量，妨碍海上水产养殖业的发展。
污损生物问题很早已引起重视，为避免其危害，国内外学者从各个不同角度进行了大量的调查研究。本文综合叙述了污损生物的附着特点和机理、污损生物附着的影响因素及防除方法，提倡多学科协同创新，以期为研究高效无毒的防污技术、促进海洋经济产业健康持续发展提供借鉴。
1海洋污损生物的附着机理和特点
1.1附着机理
污损生物的附着过程是一个长期复杂的自然选择、生态演替的过程。研究表明，海水中有多种细菌易附着于船体等表面，其新陈代谢产生的黏稠的细胞外高聚物，有一定的强度和黏性[5]，又称为细菌黏膜，是船舶等浸水设施表面上最早附着的生物层，它诱导或抑制着大型污损生物的附着和变态，是一个复杂而又可控的生态系统[6]。浮游生物的孢子和贝壳类幼虫分泌出酸性黏结性物质，船体及养殖设施浸入到海水，与此物质接触后，生物附着即开始。
细菌黏膜在船体等表面生长，改变局部氧化还原电势、氧的浓度以及pH值等，从而对船体产生“微生物腐蚀”。此外，细菌黏膜为附着生物提供了适宜的栖息场所和丰富的饵料，而在附着生物的新陈代谢活动中，会产生许多酸性化学物质，对船体造成损伤，因此，船舶等同时遭受微生物腐蚀和附着生物污损的双重破坏[7]。
1.2附着特点
海洋附着生物的种类和数量，随着季节、海域、水深、附着基等条件的变化而不同。我国南北方各海域相对而言，南方由于水温高，温差变化小，可繁殖季节长，附着生物的种类多。不同季节附着生物的种类也会有差异，软体动物在水温较低时附着多；而牡蛎、藤壶是多年生动物，各个季节都有附着。另外，由于附着基的颜色深浅不一，海洋附着生物的附着速度和密度差别很大；海洋生物的附着量跟船舶停靠时间成正比，停靠时间越长，附着量也越大。
2海洋污损生物附着的影响因素
2.1水深对附着生物的影响
水深与附着生物分布具有较高负相关，有研究表明[8]，附着生物着生量受水深、种质等的影响。A.Moura等[9]研究表明深度影响附着生物的分布。那么引申至船舶，水深对附着生物的分布亦有影响，浅层比深层附着量多。另有研究表明[10]，在DO和pH值较高海域附着生物多处于水深较浅的水域。即特定海域，水深是制约附着生物群落类型、附着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，水生生物量随水深的增加而递增，大于1.5 m时，生物量随着水深的增加而呈递减。
2.2透明度、盐度对附着生物的影响
不同海域海水透明度也不同，近岸海区水搅动厉害，受人类活动影响较大，营养盐丰富，浮游植物大量繁殖，海水透明度较小。而外海和大洋，海水透明度增大。研究表明，透明度对附着生物生长具有重要影响[10]。安永义幅[12]等研究认为在透明度高、流速较快的水域中附着动物的着生量相对较大。
海区盐度的变化对附着生物的种类组成和数量有显著影响。黄宗国[1]等调查研究表明，盐度由高到低，附着生物种类和数量都由多到少。另有研究证实翡翠贻贝不能在高盐度水域生长发育，盐度是影响其分布的关键因子[13]；低盐度条件，藤壶的附着和生长受到抑制[10]。
2.3温度对附着生物的影响
不同季节海水温度有差异，温度是附着生物季节性差异的主要影响因素之一。另外，附着生物受温度影响亦呈现地理分布差异。我国南方各海域，水温高并且温差小，附着生物种类相对多，繁殖季节也相对长；北方海域，5-10月份是附着旺季，冬季则是淡季。黄梓荣等[14]研究表明，随海水温度降低，东澳岛海区礁体的附着生物种类发生变化，夏季优势种网纹藤壶（Balanus reticulates）老化并自然脱落，冬季优势种翡翠贻贝（Perna viridis）幼体取而代之。软体动物在海水温度较低时附着较多，只在冬季进坞上排的船舰上才能发现。而牡蛎、藤壶是多年生动物，各季节进坞上排的船舶上都有发现。
2.4附着基性质对附着生物的影响
附着基的粗糙度、颜色、材质以及物理角度对附着生物的附着种类及数量有直接影响。附着生物和光滑基底之间的作用力较弱，光滑的船体或其它附着基表面不利于水生生物的附着，反之，粗糙表面给水生生物提供有利的附着点。另外，旅顺港的研究实验证实，相同条件下，附着基颜色会影响水生生物的附着速度、密度[15]，深色的附着基更利于藻类的附着。附着基表面一定形状和结构尺寸的微观纹理具有一定的防污效果。
2.5船体型线对附着生物的影响
船体型线是指船体的形状和大小。船体越大，接触海水的面积越大，水生生物越容易附着，但船体越大，其抗扰动能力越强，在大海中越能保持稳定，受海浪冲击，更不容易使水生生物附着；船体细长，则和海水接触面积变小，水生生物附着量也会减小，但容易随波逐流，反而会容易使水生生物附着。所以，船体越大且越细长，越不利于水生生物的附着。另外，附着生物的附着量随着船体部位的不同而变化，如水线部位以藻类和藤壶为主，且附着速度快，而船底部位则以贝壳类和软体动物居多[15]。
3海洋污损生物防除技术
3.1海洋生物的污损
海洋中附着在船体上的水生生物，动物约1 300种，植物约600种，常见的约有50种，附着生物大部分生存于海岸及港湾处。我国各海区海洋生物的繁殖时间、品种、数量等均有不同，不同港湾各有优势污损生物。
船底附着海洋生物后，阻力增加，航速降低，燃料耗用量增加，机械的磨损增大。海洋生物的附着还破坏漆膜，腐蚀钢板，不仅增加了船舶的维修保养费用、次数和时间，而且降低了船舶的在航率。附着生物会造成养殖网箱、围网等的网孔的堵塞，降低内外水体交换率，导致溶解氧浓度降低，甚至与养殖对象争夺附着基和饵料，影响其生长发育，降低水产品质量，妨碍海上水产养殖业的发展。海洋生物通过附着在船底进入新的环境，很容易带来生物入侵。总之，随着我国海运事业的发展和海洋资源的开发，海洋附着生物给海运、国防及海洋设施造成了巨大危害，探究海洋生物的附着机理及其防除方法迫在眉睫。
3.2海洋污损生物的防除
3.2.1机械清除方法通过物理清除手段，减少或阻止污损生物的附着，达到防除目的。机械清除是借助相应的机械设备有规律地在船底等设施上进行清洗和刮除[16-18]，或者定期采用高压水枪冲洗网箱网衣[19]，减少污损生物的附着。该防除方法对于软性污损生物很有效，能相对全面彻底地清除污损生物，但工作效率低，耗资大，并对船舶等设施产生机械损伤。
3.2.2电解防污方法舰船海水管系收到海洋附着生物的严重污染，目前研究较成熟且广泛应用的防止海洋生物附着的方法主要有：（1）电解海水防污法（即采用次氯酸钠防污法）。电解海水产生具有强氧化性的有效氯NaClO、HClO和Cl2，能杀死或击晕某些海洋生物的幼虫、孢子，从而减少水生生物的附着。（2）电解铜、铝电极防污法。电解铜/铝海水防海生物装置，基本原理是利用电解海水产生的有效氯及电解铜、铝产生的铜离子共同作用而杀死水生生物。（3）电解海水和电解铜、铝联合防污法[20]。
3.2.3防污漆防除1626年出现防污涂料，人们以毒料毒杀附着生物为依据，并建立了漆膜的毒物渗出理论，主要方法是在漆膜中添加铜、汞、镉、砷、铅的无机化合物或有机锡，通过重金属的毒性扩散达到防除附着生物的效果，但会对水环境造成污染。
有研究证实[21]有机锡化合物不能被微生物分解，而长期残留于水域环境并被水生生物吸收，造成海水污染，破坏了生态系统，影响水产食品的安全，而且价格高，随着使用时间的延长，其防污效果也会逐渐降低。近年来，世界环保呼声日益高涨，提倡和谐可持续发展，各国家纷纷立法限制有毒防污涂料的使用[5]。
随着人们对海产品的需求量增大，海洋养殖业迅速发展，养殖用渔网被海洋生物附着后，缩短了使用寿命；另外，网孔堵塞影响海产品的产量和质量，会导致死亡。国外计划采取生物控制、无毒低表面能防污涂料、电解化学等方法控制渔网污损生物的附着；国内多采用人工或机械擦洗和刮除等传统方式，但效率低且不适用深海网箱的防污损处理[22]。而防污涂料的研发和使用是解决海洋防污最有效、最常用的方法之一。目前，我国致力于新型环保渔网防污剂的研究。
1995年，我国发表了“21世纪海洋发展宣言”，明确提出要发展无公害的海洋防腐和防污技术。各国也先后发布禁令，限制使用含三丁基锡防污涂料。因此，开发高效、无毒、水性的环境友好型防污涂料就成为21世纪海洋涂料的发展方向[23]。
3.2.4生物防污剂的防除方法Zobell通过对防污漆上的微生物黏膜进行研究，指出黏膜中的微生物对研究海洋生物的附着机理和防除具有重要意义，认为新生细菌黏膜对大型生物的幼虫附着是有利的。陆青田[24]等研究表明，并不是细菌黏膜中的所有生物种类都有利于附着作用。Gatenholon等人利用海洋细菌D2制成的防污剂可有效抑制污损生物的附着[6]。有研究从防污漆表面的细菌黏膜中分离得到Q193细菌菌株[25]，合成人工细菌黏膜，一定时间内可有效防除无损生物，但防污效果不理想。目前发现的活性物质已达几十种，预计将来会从分离出来的6000多种活性物质中发现新的防污剂。防污作用机制和研制新型积极有效的无毒防污方法有待进一步研究。
4展望
纵观国内外近几年在防除海洋生物研究方面进展情况，采用防污漆涂层是目前防除方法中较成熟的技术，但仍存在问题：防污有效期不理想，局部破损而引起污损生物附着萌发导致整个涂层失效，对海洋生态系统产生破坏等。随着人们对生态环境认识的提高，保护海洋环境意识的加强，无毒或低毒型防污漆是今后研究和发展的重点方向之一。
目前，正开展海洋天然防污化合物的相关研究工作，但分离纯化、结构鉴定、功能基因分析及防污活性测定等方面存在一定的局限性。生物活性物质的研发是前沿研究热点问题之一，利用分子生物技术从多种生物中分离出的抗微生物肽及其基因，可用作抗附着活性化合物[26]。因此，探究污损生物的附着机理及环境因子等影响因素对污损生物附着影响的基础上，应开展海洋生物技术如水产养殖、海洋天然产物开发、海洋环境保护等多方向的学科协同创新，研究高效、无毒、水性的环境友好型防污技术。并与我国海洋产业的发展及海洋生物资源可持续开发利用的高技术需求相一致。
参考文献：
[1] 黄宗国，蔡如星.海洋污损生物及其防污 [M].北京：海洋出版社，1984：20-32
[2] 黄珏.洋浦港海洋污损生物[A].南海海洋科学集刊（第三集）[C]，1982：129-138
[3] 严涛，严文侠，董钰，等.海南岛东部海域生物污损研究[J].海洋与湖沼，1998，29（4）：374-380
[4] 严岩，严文侠，董钰.湛江港污损生物挂板实验[J].热带海洋，1995，14（3）：81-85
[5] 任青光，范宝德，孟宪民，等.污着生物对莱州湾海湾扇贝养殖的危害及防除研究[J].海洋科学，2000，24（6）：11-13？
[6] Gatenholon P，Holmstrom C，Maki JS，et al.Toward biological antifouling surface-coatings-marine bacteria immobilized in hydrogel inhibit barnacle larvae[J].Biofouling，1996，9：293-301
[7] 王大桐，肖绍坚.海洋附着生物对船舶和海洋设施的污损及防治刍议---美国佛罗里达州SR-A1A桥桥墩防污示范工程介绍[J].全国第十一次防水材料技术交流大会（暨海峡两岸防水材料技术交流大会）论文集，2009：182-189
[8] Kakimoto H.Artificial fish reefs in Japan sea costal regions//The seventh Japan-soviet joint symposium on aquaculture[C].Tokai University，1979：103-109
[9] Moura A， Boaventura D， Curdia J，et al.Effect of depth and reef structure on early macrobenthic communities of the Algarve artificial reefs（southern Portugal）[J].Hydrobiologia， 2007，580（1）：173-180
[10] 张伟，李纯厚，贾晓萍，等.环境因子对大亚湾人工鱼礁上附着生物分布的影响[J].生态学报，2009，29（8）：4053-4060
[11] 吴晓东，王国祥，陈正勇，等.水深梯度对黑藻生长的影响[J].生态与农村环境学报，2011，4：40-45
[12] 安永義福，乃万俊文，日向野純也，等.並型人工魚礁における環境変動と魚群生態[J].水産工学研究所研究報告，1989，10：1-35
[13] Luo Y S.Mussel culture technology[M].Shanghai： Shanghai Scientific & Technological Press， 1983
