海洋污損生物附著及防除途徑

王珊珊+張瑞標(biāo)+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(jì)價(jià)值。本文綜述污損生物的附著特點(diǎn)和機(jī)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(huì)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(tái)、浮標(biāo)、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(duì)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(gè)不同角度進(jìn)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(diǎn)和機(jī)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(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)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(jī)理和特點(diǎn)

1.1附著機(jī)理

污損生物的附著過程是一個(gè)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(xì)菌易附著于船體等表面，其新陳代謝產(chǎn)生的黏稠的細(xì)胞外高聚物，有一定的強(qiáng)度和黏性[5]，又稱為細(xì)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(gè)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(xì)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(duì)船體產(chǎn)生“微生物腐蝕”。此外，細(xì)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(dòng)中，會(huì)產(chǎn)生許多酸性化學(xué)物質(zhì)，對(duì)船體造成損傷，因此，船舶等同時(shí)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(diǎn)

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(duì)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(huì)有差異，軟體動(dòng)物在水溫較低時(shí)附著多；而牡蠣、藤壺是多年生動(dòng)物，各個(gè)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?？繒r(shí)間成正比，停靠時(shí)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(duì)附著生物的影響

水深與附著生物分布具有較高負(fù)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(duì)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(shí)，生物量隨著水深的增加而呈遞減。

2.2透明度、鹽度對(duì)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?dāng)噭?dòng)厲害，受人類活動(dòng)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(duì)附著生物生長具有重要影響[10]。安永義幅[12]等研究認(rèn)為在透明度高、流速較快的水域中附著動(dòng)物的著生量相對(duì)較大。

海區(qū)鹽度的變化對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)多，繁殖季節(jié)也相對(duì)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(dòng)物在海水溫度較低時(shí)附著較多，只在冬季進(jìn)塢上排的船艦上才能發(fā)現(xiàn)。而牡蠣、藤壺是多年生動(dòng)物，各季節(jié)進(jìn)塢上排的船舶上都有發(fā)現(xiàn)。

2.4附著基性質(zhì)對(duì)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(duì)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(diǎn)。另外，旅順港的研究實(shí)驗(yàn)證實(shí)，相同條件下，附著基顏色會(huì)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(duì)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(dòng)能力越強(qiáng)，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(xì)長，則和海水接觸面積變小，水生生物附著量也會(huì)減小，但容易隨波逐流，反而會(huì)容易使水生生物附著。所以，船體越大且越細(xì)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(jī)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(fèi)用、次數(shù)和時(shí)間，而且降低了船舶的在航率。附著生物會(huì)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(duì)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(jìn)入新的環(huán)境，很容易帶來生物入侵?？傊?，隨著我國海運(yùn)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(yùn)、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(jī)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(jī)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(dá)到防除目的。機(jī)械清除是借助相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備有規(guī)律地在船底等設(shè)施上進(jìn)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(duì)于軟性污損生物很有效，能相對(duì)全面徹底地清除污損生物，但工作效率低，耗資大，并對(duì)船舶等設(shè)施產(chǎn)生機(jī)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(yán)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(qiáng)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(jī)化合物或有機(jī)錫，通過重金屬的毒性擴(kuò)散達(dá)到防除附著生物的效果，但會(huì)對(duì)水環(huán)境造成污染。

有研究證實(shí)[21]有機(jī)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(jià)格高，隨著使用時(shí)間的延長，其防污效果也會(huì)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(duì)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(huì)導(dǎo)致死亡。國外計(jì)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(jī)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(jì)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(jì)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(duì)防污漆上的微生物黏膜進(jìn)行研究，指出黏膜中的微生物對(duì)研究海洋生物的附著機(jī)理和防除具有重要意義，認(rèn)為新生細(xì)菌黏膜對(duì)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(xì)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(xì)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(xì)菌黏膜中分離得到Q193細(xì)菌菌株[25]，合成人工細(xì)菌黏膜，一定時(shí)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(dá)幾十種，預(yù)計(jì)將來會(huì)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(jī)制和研制新型積極有效的無毒防污方法有待進(jìn)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(jìn)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(gè)涂層失效，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生破壞等。隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境認(rèn)識(shí)的提高，保護(hù)海洋環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)，無毒或低毒型防污漆是今后研究和發(fā)展的重點(diǎn)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(diǎn)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(jī)理及環(huán)境因子等影響因素對(duì)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(hù)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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