我国沿海污损生物分布特点及防治措施

陈凯，王胜通，元轲新

[南方海洋科学与工程广东省实验室（湛江），广东 湛江 524002]

海洋污损生物附着在船舶、网箱、海上平台等人工设施表面，会导致船舶局部腐蚀，影响航行；导致网箱载荷增加，水体交换效率降低，引起养殖鱼类死亡；堵塞海洋平台等海洋装备的管道，导致设备失灵等，带来诸多危害[1-2]，造成严重的安全隐患和经济损失。而海洋污损生物种类繁多，跨越物种，生态习性各异，治理难度极大。据记载，全世界污损生物种类约4 000 种，仅我国海域范围内就有约600 种[3]。我国海域辽阔，南北跨度大，港湾多，水文条件复杂，海洋污损生物种类随不同海域分布情况千差万别，各海域都生长着以优势种类为主的污损生物群落[4]。

目前，污损生物防治可分为物理防污、化学防污、生物防污3 大类[3]。各类防污方法原理不同，针对不同污损生物的防污能力各有千秋，在污损治理方面需要因事为制。因此，如何根据海域、深度、季节等因素，确定污损生物的主要类别，从而针对性地进行防污，达到污损防治的最大效率，具有重要意义。

现简述我国四大海域海洋污损生物的时空分布特点、污损生物的附着机理、污损生物防治措施和常见网衣防污设备，为防污技术升级及海洋产业的可持续发展提供参考。

1 四大海域污损生物空间分布特点

在同一海域，不同污损生物生存空间相互交叉，往往相互依存又相互制约，随着气候、环境的变化，有特定的时空分布规律。其中温度是影响生物污损分布的最主要因素，盐度、水体透明度、光照变化及强度等次之[3]。

1.1 渤海

渤海泥沙含量多，盐度较低，同时受温带大陆性气候影响，全年温差大。这些因素对渤海污损生物分布起决定性作用[5]。渤海的污损生物以温带种和广温带种为主，夏秋两季污损严重，秋季尤甚。全年生长的污损生物主要是藤壶、麦秆虫、海筒螅和长牡蛎，各个季节优势种有所变化[2]。夏秋季节优势种特征明显，理石叶钩虾种群数量远远超过其他种类。秋季污损生物种类、数量明显增多，以长牡蛎最为突出。冬季和春季渤海水温较低，污损生物生长缓慢，种类、数量较少，以日本大螯蜚和多棘麦秆虫占明显优势[5-6]。

1.2 黄海

黄海在辽东半岛东南部，纬度较高，水流通畅，盐度较高，大量生长的优势污损生物主要为紫贻贝、海鞘、埃氏蛰龙介虫、藤壶以及藻类[2，7]。山东半岛东北部海域，受渤海及人类活动影响较大，水体富营养化，以温带种为主，污损情况更为复杂，主要污损生物为浒苔、海筒螅、海鞘、藤壶以及孔石莼[8]。黄海南部的连云港海域及吕四洋海域，污损生物种类数相对较少，优势种极为突出，以牡蛎、海鞘、藤壶、苔虫为主[9]。

受季风气候影响，黄海污损生物群落的季节特征显著。污损生物附着期较长，在夏季7—8 月，海鞘、贻贝、浒苔暴发生长。春秋季以薮枝螅等腔肠动物为主，冬季水温较低，附着量较少，主要是石莼等大型藻类。

黄、渤海地理上相邻，但水质、环境变化较大，表现出的污损生物的种群数量差异明显。根据采样数据[2]，得到黄、渤海沿岸不同海域污损生物的相对种群数量。黄、渤海污损生物种群分布见图1。由图1 可见，总体上黄海污损生物种群数量高于渤海，尤其是被囊动物和藻类，在2 个海域的分布差异更为明显；大多数污损生物种类，在北至辽东湾、南至吕四洋的大部分海域范围均有分布，而这些污损生物种群数量，又大都在辽东半岛东南和山东半岛东北附近海域达到最大值。

图1 黄、渤海污损生物种群分布

1.3 东海

东海属于亚热带海洋性气候，水质较差，透明度低，污损生物种类多于渤海和黄海，以广温种和广布暖水种为主[10]。上海附近海域，由于长江等较大水量河流的影响，从港口沿岸到远岸区，海水盐度变化大，该海域内污损生物的分布，随盐度变化由淡水种逐渐变为低盐种，更远的海域则以高盐种为主。受水流影响，在长江口附近水流速度较大，影响了生物附着，污损生物较少[11]。在浙江北关港附近海域，污损生物主要以近岸暖水种为主。主要的优势种除网纹藤壶、长鳃麦秆虫、中胚花筒螅外，还包括太平洋侧花海葵[12]。

在东海，网纹藤壶在夏秋两季占绝对优势，春秋季节以水螅虫为主，冬季则以刺胞动物中胚花筒螅为主，翡翠贻贝到了秋冬季较少生长。东海海域全年都有生物附着，但季节变化明显，以6—8 月为附着最严重时期，到了10 月，生物附着量开始急剧下降，从12 月至次年的2 月，整体附着量处于最低水平[13]。污损生物群体数量随季节变化情况见图2。

图2 优势污损生物附着随季节变化[13]

1.4 南海

南海海域东西经度跨度大，南北跨越热带和亚热带。南海海水全年温度高、盐度高，透明度大。因此，南海污损生物全年保持较高生长水平，对海洋各项工作影响极大。南海的污损生物主要有蔓足类、软体动物、苔藓动物、环节动物、腔肠动物、被囊动物和大型藻类[14-16]。其中苔藓占比极大，如多室草苔虫等；蔓足类中网纹藤壶占绝对优势，腔肠类生长周期短，季节变化尤为明显，夏秋附着最为严重[1]。

2 污损生物附着机理

污损生物的附着方式，包括生物黏附、物理吸附、范德华力作用、静电作用等，吸附过程往往是生物黏附、化学吸附、物理力场共同作用下的结果[17]。污损群落可根据附着特点，分为微生物膜污损生物群落、微型污损生物群落和宏观污损生物群落。复杂污损生物群落的发展，通常要经历初期的条件膜及生物膜阶段、中期的微型生物污损阶段、后期的大型生物污损阶段，从微观向宏观逐步发展[18-20]。当然也并非所有污损过程都按此发展，不同污损生物在网衣、船舶等不同表面形成生物群落时，形成过程和附着机理也不同。双壳类污损生物如贻贝，通过足丝实现高强度且长时间的附着；而通过生物黏附的大部分污损生物，都可以通过一种含多巴的黏结蛋白实现超强黏附[21-22]。

2.1 藤壶

藤壶属于节肢动物门甲壳纲，广泛分布在整个海洋。藤壶趋色喜暗，对海水的盐度、温度等影响因素具有较宽的适应范围，可以直接在网箱、船体表面附着，是被作为重点防治对象的海洋污损生物[23]。

藤壶在附着前期，其幼虫分泌一种透明无黏性且不溶于水的藤壶胶。藤壶胶渗透到附着表面，并逐渐进入附着材料空隙内，约6 h 后即固化，成为藤壶与附着材料之间强力的粘连剂。藤壶胶的主要成分为蛋白质，可被还原剂或者蛋白质裂解剂溶解[23-24]。

藤壶繁殖能力极强，温带海域内四季皆可繁殖，低于一定温度时停止繁殖。北方常见的东方小藤壶，最佳生长温度约21 ℃，＜6 ℃时开始休眠，在＞24 ℃时出现死亡，＞30 ℃，全部死亡[25]。藤壶可附着于绝大部分的海工材料表面，铜合金是少有的可以抑制藤壶生长的材料。聚二甲基硅氧烷可在被附着表面形成淡水液膜，从而抑制藤壶幼虫附着。此外，对于藤壶，疏水材料比亲水材料难附着，浅色表面比深色表面更难附着，表面越粗糙越难附着[26-27]。

2.2 海鞘

海鞘的分布有明显地域特性，大多数更适合生活在热带海域。中国海域内，海鞘从南到北的优势种变化依次为悉尼海鞘、冠瘤海鞘、柄瘤海鞘[28-29]。海鞘幼体为蝌蚪形的杆状，头部的乳头突起，是幼体时期特有的黏附器官。在海鞘黏附完成约4 h 后，幼虫开始变态发育，将腹侧表皮处的血管状壶腹作为新的黏附器官，之后壶腹又缩回，最终形成一种匍匐枝结构，作为最终的长期黏附器官[30]。

根据海鞘生长发育特点及黏附机制开展科学防治。可考虑采用一些低表面能的物理涂层如有机硅氧烷等，防止海鞘附着；其次采用对海鞘有毒的化学防污涂料，如氧化亚铜、有机锡、汞化合物等，单磺酸钾盐可针对性地明显抑制海鞘的附着[31]；此外，一些生物活性物质如有机酸、萜类、醇类、胺类、吲哚类等，可抑制海鞘生长且环境友好[32]。

2.3 海洋大型藻类

大型藻类属于原生动物界，其附着特点与藤壶等动物截然不同。我国约有1 300 多种大型藻类，常见的污损藻类包括浒苔、石莼、石花菜等。藻类附着会极大影响网衣结构和网箱的水体交换。大型藻类受海水不同深度光照条件的影响，不同色素的藻类适应不同波长的光，故垂直分布特征明显。深度由浅及深的种类变化，依次为蓝藻、绿藻、褐藻、红藻。大型藻类受水温影响大，冬春季在南海出现盛期，而在偏北方海域则主要在夏季暴发[33]。

藻类通过随机无规则的孢子散播生殖，附着过程分为蜉蝣阶段和底栖阶段。蜉蝣阶段的孢子，通过鞭毛选择合适的附着表面，分泌胶黏剂，完成初级黏附，之后胶黏剂不断增多形成胶垫，20 min 内完成永久黏附。不同藻类的黏附过程不尽相同，对藻类具体的黏附机理以及孢子的运动方式，尚有争议[4，33]。

3 污损生物防治措施

同一时空、同一种污损生物，在不同表面的附着情况不尽相同，需根据不同附着表面，治理污损生物[34]。网衣上最常见的污损生物，除了前文重点讨论的藤壶、海鞘、藻类，还包括水螅、双壳类等[35]。目前常见的网箱防污方法可分为物理防污、化学防污、生物防污3 大类[4]。

常见的化学防污法，有防污涂料、电解防污、化学药剂等。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）和氧化亚铜类防污涂料（目前在网衣防污涂料中占主导地位）等。电解防污法通过电化学反应生成化学物质，如电解海水生成含氯物质，以抑制污损生物附着生长。化学药剂法则是直接投入化学药剂，操作方便且效果较好，但易危害环境[36-37]。

生物防污法利用生物之间的竞争关系、捕食关系，引入特定生物种类，直接捕食或是间接抑制污损生物的生长。比如在养殖水体内混养的斑石鲷、黑鲷、绿鳍马面鲀等清污鱼类，都喜食丝状绿藻、褐藻、硅藻等藻类，能有效减轻大型藻类的污损度。生物防污法对环境友好，但是对污损生物的可控种类小，且尚未发展出成熟的清污鱼类混养模式[38]。

物理防污法包括人工清洗法、机械清洗法、暴晒法、沉箱法和网箱转动法等。人工清洗费时费力、效率较低，正向机械清洗转变。机械清洗法随着渔业装备及水下自动化技术的发展，逐渐成为深远海大规模养殖的主要防污方式[39]。目前我国的深远海大型网箱，如“深蓝系列”“经海系列”等网箱，都将采用机械清洗的方式除污。

网箱的机械清洗设备分为机械毛刷式、射流毛刷组合式和高压射流式。高压射流洗网效率高，逐渐成为国内外主要研究方向[34]。根据推进方式，网衣清洗设备分为履带式和泵推式。履带式洗网机在网衣上行进，能够保持贴合网面，在清洗工作中更稳定，但是遇到网纲难以跨越；泵推式依靠喷水的反作用力推进，方便跨越障碍物，但是工作时，高压清洗射流的反作用力，容易导致贴合不严、定位不稳。目前比较先进的水下清洗设备，通常将2 种行进方式结合起来[34，39]。

4 常见网衣防污设备

国外代表性的网衣清洗设备，如挪威AKVA Smart 公司的FNC8 系列水下清洗机器人，MPI（Multi Pump Innovation）公司的Racemaster 系列水下机器人以及日本YANMAR 公司的NCL 系列水下清洗机，在全世界的水下清洗市场都有较高的影响力。国内的网衣清洗设备，大多处于实验室阶段，中国水产科学研究院、浙江大学等，都曾推出自行研制的水下洗网试验设备，然而国内真正面市的洗网设备较少。青岛森科特的SCT 系列水下清洗机，已成功开展多次深远海大型网箱如“深蓝一号”的网衣清洗工作。国内设备在清洗效率、清洁效果、抗风浪能力等方面，与国外的网衣清洗设备相比，仍有较大的改进空间。

如何选择合适的清洗设备，影响因素较多。仅以经济性为出发点，除购入价格，还需要考虑使用海域海况、离岸距离，设备的清洗效率、抗风浪流能力、工作深度、使用寿命、水压、流量和易操作性，以及所洗网箱形状、大小、网衣情况等参数。因为除价格外，其他任何一个参数，均会引起使用时的人工、海工的成本差异，在整个使用寿命中，就会累积出巨大的成本差。设备的清洗效率、使用寿命及价格，是最直接的3 个参数。价格方面，国外的网衣清洗设备价格昂贵。根据市场调研，挪威AKVA 公司和MPI 公司的产品多在300 万以上，且不同配置价格浮动大，MPI 最新推出的改进型Racemaster 高达500 多万。日本YANMAR 的NCL 系列多在200 万～300 万。而国内的产品则便宜很多，如森科特的产品多在100 万左右。

在洗网作业现场，海域情况和离岸距离，往往对清洗进度影响极大。深远海大型网箱的清洗，讲究“天时地利人和”，即清洗时的天气、海况、以及个人操作水平。据施工经验，在海浪流速＞0.5 m/s 时，清洗作业将受到较大影响，在流速＞1 m/s 或者风速＞6 级时，目前市面在售的大部分清洗设备都无法开展清洗作业。而海浪情况随不同海域、季节变化显著。以青岛附近海域为例，根据洗网经验，每个月能够进行清洗操作的窗口期不超过一周，大部分时间的都难以开展清洗作业。因此，若是目标海域海况复杂、离岸距离偏远时，就需重点关注清洗设备的抗风浪流的能力。

在湛江附近养殖区，近岸养殖的普通HDPE 网箱较小，大多数周长不超过120 m，此类网箱的清洗作业，对设备的响应速度、控制灵敏度要求较高。而深海大型网箱，养殖水体多超过10 000 m3，“深蓝一号”网箱养殖水体超过50 000 m3，万泽丰矩形网箱与“深蓝二号”网箱，养殖水体分别为40 000 和88 000 m3，此类深远海大型网箱，则要求清洗设备具有足够的工作深度和工作效率。目前“深蓝一号”网箱已开展多次清洗作业，清洗一次需要3 d 以上，考虑到天气海况，通常需要预留一周时间，才能合格地完成清洗作业。

5 展望

近年来，我国海洋产业逐渐走向深远海，海洋养殖业走向规模化，对污损生物的防治愈发重要。海洋防污技术需要融合生物、生态、海洋、机械、材料等多学科的知识与技术，需定期开展我国不同海域污损生物群落调研工作；还需要从静态定性描述，深入到群落的动态发展预测及预警，将污损生物的季节性、区域性和生物特性，作为防污工作开展的依据。未来在防污技术方面，需要向绿色、无毒、长效等方向发展，开发多样化防污手段，水下清洗设备也需要进一步提升稳定性与智能化程度，提高清洗设备与大型网箱之间的集成化及适配性。今后的防污工作，需要将对污损生物的针对性和防污技术的普适性平衡地结合起来。当前我国大部分网箱养殖规模化不足，而清洗设备价格极为昂贵，挪威等国有污损清洗公司及团队，可提供专业的洗网服务。在防污产业方面，我国也需要向防污专业化和产业化发展。