海水养殖设施防生物附着方法

高焕 ，王玉 ，李光光 ，陈锦军 ，阎斌伦

（1.淮海工学院海洋生命与水产学院，江苏省海洋生物技术重点实验室，江苏 连云港 222005；2.苏州纽方兴纳米材料有限公司，江苏 苏州 215121；3.江苏省农业种质资源保护与利用平台，江苏 南京 210014）

近几十年来，随着人们生活水平的提高，我国对水产品，尤其是海产品的需求日益增加。但是由于工业用地和居住用地的增加，陆地海上池塘养殖面积已经基本达到最大化，甚至出现了逐年递减的现象。为了尽可能增加海洋水产品的供给量，我国科学家提出了“海洋牧场”的概念。如要在自然海区实现人工可控的“牧场化”养殖目的，就必须借助于各种各样的养殖设施。这些养殖设施主要包括：网箱、人工鱼礁、养殖伐架、养殖吊笼以及这些设备的辅助设施，如绠绳、浮子等。

自然海区是个开放的海区，人工投放的这些养殖设施很快会被各种生物附着，当然对于人工礁石而言部分种类的附着对于促进礁石养殖生态系统的形成是很有帮助的，但对于网箱、养殖伐架和养殖吊笼等而言，这些生物的附着则非常有害。在海水养殖中，由于养殖设施（如网箱）上的附着物不断增加，使水体交换量减少，器具使用寿命缩短，导致劳动强度增大和生产成本提高，严重影响了养殖的经济效益。如在网箱养殖过程中，传统的办法是在附着生物高发期20 d左右即换1次网箱,这既增加了养殖户的劳动强度和养殖成本,又严重影响了养殖对象的正常生长。因此，如何防止这些生物的附着日益引起人们的重视。近年来，国内外科技工作者们已经在防生物附着研究上已经取得了卓有成效的进展，该文对如何防范海水养殖设施上的生物附着方法进行了探讨，以期为完善和促进海洋养殖设施的防生物附着研究提供理论和实践上的帮助。

1 海水养殖设施附着生物的种类

海洋附着生物的种类很多，据统计全世界有2 000种以上，其中600多种为植物，1 300多种为动物。我国海洋附着生物的种类有1 000多种,其中软体动物800多种，植物藻类200多种。在这些物种中，常见的种类约50～100种，如藤壶、牡蛎、苔藓虫、海蛸、贻贝、海葵、杂藻，以及粘附的微生物和原生动物等。

生物附着的种类并不是一成不变的，而是受温度、盐度、光照、潮汐、海浪和海水深度等环境因子的影响，因此其种类也会随着这些条件的变化而发生变化。如6—7月，我国青岛海域的污损生物主要为绿藻、藤壶、玻璃海鞘、石灰虫、苔藓虫及贻贝等，而厦门海域的污损生物主要为藤壶、水螅、藻、海葵及贻贝等。另外，离岸距离、水中的营养物含量、人类的活动等也影响生物附着的种类和附着效果。大型生物附着在浅海区域的发展更为快速和严重，尤其在40 m以内的浅海区域，而水流速度的高程，将增加大型附着物的吸附难度。Jenner等认为当近壁面的流速超过1.4 m/s时，大部分大型附着物无法吸附。

2 生物附着的机制

生物附着的顺序一般为：细菌、微生物到小生物附着，小生物长大、繁殖并形成附着群，因此也常把生物附着物的类型分为微型生物和大型生物附着。生物的附着首先是海水中泥沙（硅酸盐类）附着在带正电荷的烯烃类网具材料的表面，然后是丝状藻等底栖藻等附着在泥沙上，最后是菊花藻、绿藻、褐藻、玻璃海鞘、贻贝、藤壶、苔鲜虫、石灰虫等附着。微型生物附着物的存在形式是生物薄膜，它的组成是细菌膜、矽藻等；大型生物附着一般是紧接着微型生物附着发生，但这个顺序有时可能颠倒或同时发生。

海洋生物附着的机理主要是附着生物自身可分泌胶黏物质，进而互相进行黏结的结果。海洋附着生物几乎体内都可以合成并释放出黏附性生物糖或蛋白聚合物。黏附初期，细菌类可通过有机基团和离子的变化调整其黏附界面的表面张力和静电引力，随后产生有多聚糖和糖蛋白组成的细胞外聚合物，这种黏液状聚合物含有配位体和受体，配位键将大大提高细菌与基体的黏附力。贻贝足丝可分泌出多肽性蛋白质，这些多态性蛋白质含有氧化还原性基团 3，4二羟基苯基-L-丙氨酸（DOPA），DOPA被儿茶酚氧化酶催化氧化，生成的肽基DOPA苯醌固化在相应的基体上。藻类可分泌出多聚糖络合物，这些络合物有很好的互相黏附作用，可以牢固的附着在基体上。巨型海藻的假根与基体紧密接触，藻体分泌出高酚含量的黏液，能保持海藻在基体上长久附着。藤壶分泌出的蛋白质胶黏剂俗称“藤壶胶”，其黏结性能非常好。帽贝、海葵和管栖蠕虫都能分泌出胶黏蛋白，使其很好在基体材料上附着。

3 防生物附着的方法

防生物附着就是阻止或减少生物附着在养殖设施上，防生物附着的方法很多，总体上可以分为物理法、化学法和生物法等。

3.1 物理法

海水浑浊度高，水体泥沙含量高，因此如能减少泥沙在养殖器具上的附着，就可减少养殖器具生物的附着量，利用此原理可以在网具材料中添加导电成分,降低网具材料的表面电阻，也可以利用同性电荷相斥的原理，使网具材料带有与泥沙相同的电荷。

低表面能材料上的污损生物附着不牢，因此在养殖器具上涂上低表面能防污涂层也可以起到减少或阻止生物附着的作用。研究表明，在涂层中提高有机硅橡胶的含量比聚四氟乙烯更有利于防止海洋生物的附着。另外，纳米材料涂层也属于低表面能涂层，但目前多处于研发阶段，还未见实际应用的报道。

3.2 化学法

早期为了防止生物附着的污损，常在养殖器具上涂上防污漆或沥青。防污漆由成膜物质、无机填料和防污剂（毒料）组成，防污剂（毒料）是对附着生物起毒害作用的，因此生物无法附着。这些防污剂中有毒物质有有机锡（三丁基氟化锡、三丁基氧化锡、三苯基氢氧化锡、甲基丙烯酸三丁基锡）、氧化汞、氧化亚铜、DDT、敌百虫等，这些毒料的残余毒性及累积毒性比较大,同时也会对养殖的对象产生毒害作用，因此也会危机人们自身的身体健康，目前已经禁用。

使用铜制作相应的养殖器具，也可起到有效的防附着效果。铜板与铜网表面可产生二价铜离子，可降低生物机体中主酶对生物生命代谢的活化作用,以此缩短生物寿命,还会直接使生物的细胞蛋白质沉淀。氧化亚铜或铜粉是毒性较小的防污剂,也可加入到防污涂料中使用。

项目组曾经在2013—2015年期间在连云港海州湾赣榆港附近海域利用铜质网衣展开网箱养殖实验，在实施周期内，铜质网衣上附着生物量很少，说明此方法是可行的。但该方法的投资费用较高，同时如果局部破损，修复也比较困难，因此推广范围受到限制。

3.3 生物防附着法

虽然未经处理的人工设施在自然海水中很容易遭受到生物附着的困扰，但同样是在海洋生物中的一些大型或固着类生长生物的表面却无生物附着的现象，如珊瑚、海绵及海洋植物等，这说明这些生物可以产生一些防生物附着的物质。目前，已经发现超过160种海洋生物可产生防生物附着的物质。如从天然生物中提取出来的N，N，N，N-四甲基乙基二胺，对生物的附着有很强的排斥作用，有效期可超过1个半月。一些海绵类生物次级代谢产物中含有二倍半萜、呋喃萜、溴二苯醚、甾体、磺酸、核苷等类型化合物，其中二倍半萜类化合物是该属海绵中最为典型的次级代谢产物，而且大多具有较强的生物活性，如细胞毒、抗菌、抗病毒、鱼毒、防附着等。

4 展望

目前海洋生物防污附研究已经有很多报道，尤其是在海洋船舶以及海洋装备上，但在海水养殖设施上的研究还处于初级阶段。海水养殖设施的材料主要是塑料、纤维或者木制品，这与船舶或工程类设施不同，同时其养殖对象也是用来食用的，因此应特别注意生物安全，应尽可能采用无毒或低毒的防污附方法。上述阐述的方法已经在实际生产中获得了广泛的应用，但仍存在很多问题有待进一步改善。每种防生物附着方法都有自己的局限性，只能一定程度减缓生物附着的速率和数量，不能彻底解决生物污附这一问题。利用涂料进行涂层是目前最好的防生物污附方法，但这些涂层中含有的涂料或多或少的含有一定的毒性，其安全性有待更多的研究揭示。同时涂料的黏附性也需要进一步改进，往往经过一段时间后就会发生脱落现象。

因此，未来海水养殖设施防生物附着研究的重点将在与开发长效、无毒、环境友好型的新材料或新介质，如纳米材料、生物材料等，这就要求人们在生物附着机制及其与环境因子互作关系上展开更深入的研究。