21世紀是海洋世紀，海洋在全球的戰略地位日益突出。隨著我國海洋開發的不斷深入，微生物腐蝕與生物污損逐漸受到人們的關注和重視，據統計，海洋微生物引起的腐蝕約占海洋材料的70%~80%，每年因此種腐蝕而造成的損失高達上千億美元。近年來，無論是對微生物腐蝕機理的認識，還是海洋防污技術方面的創新，國內外都取得了明顯的成效。為了全面科普微生物腐蝕與生物污損的相關知識，引起人們的廣泛重視，防患于未然，記者特邀請到中國科學院海洋研究所段繼周研究員進行相關精彩解讀。

    段繼周，中國科學院海洋研究所研究員，博士生導師，中國科學院海洋環境腐蝕與生物污損重點實驗室副主任。目前主要從事海洋微生物腐蝕與生物污損的基礎和防控技術研究工作。

段繼周研究員

    記者：您主要從事海洋微生物腐蝕與生物污損方面的研究工作，能否談談微生物腐蝕有哪些危害，會給國民經濟發展帶來怎樣的影響？

    段研究員：眾所周知，海洋腐蝕環境可以分為五個腐蝕區帶，這五個腐蝕區帶可大體分為水上區和水下區。海洋水下區帶腐蝕環境的一個顯著特征，是海水的微生物腐蝕和生物污損。海水中含有豐富的鹽類及碳、氮、磷等有機物，生活著從微微型到大型的種類繁多的海洋生物體。每毫升海水中僅細菌數量即達百萬數量級。某些細菌和附著生物會選擇性地在材料設施表面附著，生長、代謝、繁殖，作為其生長棲息的生態群落家園，而在我們人類眼中這種過程結果則可能造成了鋼鐵等材料設施的微生物腐蝕和生物污損。對于腐蝕微生物人們不能用肉眼直接看到，但對于生物污損，到過海邊的人，都會在岸邊的礁石不經意看到過牡蠣、貽貝等硬殼生物的污損生物附著現象。

    微生物腐蝕能夠導致材料和設備設施的加速腐蝕減薄，特別是嚴重的局部腐蝕破壞，嚴重的導致整個設施的失效報廢。有報道認為，管線腐蝕損失的30% 與微生物腐蝕密切相關。而生物污損能引起海水管道內徑變窄甚至堵塞，海洋平臺載荷增加，艦船航行阻力增大，油耗增加等等，所有這些都導致設施的使役安全性降低。

    生物腐蝕和生物污損是制約許多水下設施和裝備長期安全運行的關鍵影響因素，其腐蝕防護技術是水下設施必須充分考慮的。雖然水下陰極保護、防污涂料、殺菌劑、電解防污等技術已十分成熟并已獲得廣泛工業應用，但隨著環保法規的日益嚴格，現有技術并不能充分滿足應用需求；特別是隨著海洋工程設施的多樣化發展，生物腐蝕和污損問題不斷出現，防護需求也呈現多樣化。海洋生物腐蝕和污損是海洋水下工程設施領域的重大科學問題，也是亟待解決的重大科學技術難題。

    微生物腐蝕試樣

    記者：近年來國內在微生物腐蝕和生物污損領域的探索有哪些進展？與國外相比如何取長補短？

    段研究員：微生物腐蝕是由微生物直接或間接的作用引起材料腐蝕破壞的現象?，F在，人們已逐漸認識到，海水的腐蝕規律不能簡單的用鹽水或人造海水腐蝕規律來代替。受生物膜、腐蝕微生物和生物污損的影響，材料在天然海水中的腐蝕特別是長期腐蝕規律與無菌鹽水中的腐蝕規律是十分不同的。在海洋微生物腐蝕領域。早期中科院海洋所的張經磊、馬士德等教授上世紀八、九十代主要關注海泥中細菌的腐蝕規律研究，國內許多專家也在從事海洋微生物腐蝕、微生物腐蝕領域的研究。在更早期，中科院微生物所的呂人豪教授等多年從事霉菌、土壤和水環境微生物腐蝕研究，是我國微生物腐蝕研究之開端。近十年來，關于海水、工業水等環境中的微生物腐蝕研究發展比較集中，特別是在海洋硫酸鹽還原細菌腐蝕行為、電活性腐蝕機理、局部腐蝕破壞機理等方面有較突出進展。目前，從早期集中關注的硫酸鹽還原菌腐蝕規律到海水天然生物膜、鐵細菌、硫細菌等不同微生物腐蝕，從海泥、海水腐蝕微生物培養到特殊生境的腐蝕微生物群落研究，從碳鋼、不銹鋼到有色金屬的微生物腐蝕，從殺菌劑、抗菌不銹鋼、抗菌鍍層、陰極保護等對微生物腐蝕的影響，從微生物影響的局部腐蝕、電偶腐蝕和應力腐蝕，在海水、海泥、土壤、工業水、油田、油水環境等都有涉及。在有關研究所和大學有一批更年輕的學者也迅速成長起來，這是令人欣喜的。

    國外包括歐洲和美國等的微生物腐蝕研究在上世紀九十年代到本世紀初經歷過一個高潮，按德國的一位微生物腐蝕領域的專家說，這可能也是與國外的城市化和工業發展水平有關。當時有一批人專門從事微生物腐蝕的研究，美國及法國、意大利、英國和德國等國家都有幾個代表性實驗室和代表性人物一直在從事該領域的研究，也有若干經典文獻出現。當時，在歐盟支持下，有若干個微生物腐蝕項目出現，支持著歐洲幾個國家微生物腐蝕的研究開展，從歷史上看，歐洲也應該算微生物腐蝕研究的發源地了。微生物腐蝕是典型的交叉學科領域，目前，國外在腐蝕微生物的分子生物學、組學、表面分析科學等領域有很大進展，如基于上述有關技術，Iwona Beech 等已研發成功了幾乎可以原位分析生物膜和細菌代謝產物的取樣-分子生物學- 質譜分析技術，對微生物的群落、生物代謝物質和腐蝕產物等的分析具有重要推動作用。當前，我們國家可能也正在經歷一個生物腐蝕和污損研究的上升期和活躍期，這也是與我們國家海洋資源開發、城鎮化水平和綜合國力的整體提升相關聯的。

    生物污損是由于污損生物在人造設施或材料表面的附著而對設施設備的功能和人類生產活動造成負面影響的現象。生物污損與微生物腐蝕在實際海水環境發生過程中具有連續性，具有共生性的生物群落集聚現象，但二者總體還是有著顯著不同的兩個自然現象。在研究方法、手段和研究關注重點上也有著許多不同，開展先進防污技術的研究無疑歷來是研究的重點，但對生物污損發生過程、規律的研究同樣具有重要意義。

    我國在防污技術領域的發展總體是在快速發展的，比如壓載水艙電解防污技術領域，國內中船重工725 所等有關單位已做出了很好的產業化發展。在防污涂料領域，國內海洋化工研究院、廈門725 所等有若干研究所、大學和有關企業在防污涂料研發、性能測試和產品應用等方面也都有很好的業績。但在防污涂料領域，國外有關防污涂料企業在市場占有率等方面仍有較大優勢。當前，防污技術正朝著無毒、環保、長效、功能化和綜合化等方面發展。許多具有功能性的防污材料如自拋光水解性、粘彈性、自修復釋放等樹脂類防污材料、功能材料已開展大量的研究測試，有的已產品化、產業化。防污技術是綜合性技術，特別是對于靜態或固定設施，如水下采油平臺、碼頭、取水隧道等，有時僅僅采用防污涂層技術還是不夠的，包括生物污損的監測、機械去除和新型防污技術的研發都是有必要的，這方面還需要進一步研發。

    生物污損與海域、季節、溫度及附著生物本身等環境生物因素有密切關系。海藻、藤壺、貽貝、牡蠣等典型污損生物其生態習性和變態附著規律各有不同。國家海洋局第三海洋研究所的黃宗國教授所著的《海洋污損生物及其防除》是我國生物污損研究領域的重要著作。中科院海洋所、中科院南海所、中國海洋大學、廈門大學、上海海洋大學等單位在海洋生物分類、培育和養殖、生態等方面的研究十分齊全；但生物由于污損常常與工程設施相關聯，海洋生物學家專門從事污損生物研究特別是污損生物生態研究的專家不是很多。

    近十年來，美國和歐洲的生物污損研究仍處于活躍期，有一大批專家和企業在從事生物污損、防污材料的團隊在開展該領域的研究開發。開展污損規律和防污技術研究，無疑需要建立有關加速研發平臺，也需要上下游研發、應用單位的通力合作。目前在歐盟有關項目支持下，英國紐卡斯爾大學、伯明翰大學等在模式污損生物培養與生物污損評價加速測試、先進防污材料與涂料研發，以及研究單位與企業的合作模式方面都做得很好，值得我們學習。

    我國的生物腐蝕和污損研究可以說方興未艾，有志于從事海洋腐蝕和污損研究的青年人可以大顯身手。與國外相比，從科學研究和成果轉化與產業化角度，我國目前在源頭創新和產業化技術創新與應用方面都還需亟待提高。需要進一步整合有關科研、企業應用等上下游資源，建立生物腐蝕與污損研究的平臺，特別是在腐蝕微生物和污損生物培育、腐蝕微生物與污損生物群落與演替過程、微生物和污損生物生理生態研究等方面夯實基礎，在先進防腐防污材料、防腐防污技術創新研究及工程化和產業化應用等方面開展系統研究。

    記者：海洋微生物腐蝕與生物污損這個領域有哪些亟待解決的重大科學問題？

    段研究員：海洋微生物腐蝕與生物污損屬于典型的交叉學科，生物、材料、化學等不同學科背景的人對其理解可能十分不同，對所謂重大科學的問題的理解和認識也會有差異。有位美國科學家說過，“微生物腐蝕是海洋腐蝕的另一半（未解決的科學問題）”，至今，微生物腐蝕仍有很多問題亟待探明。比如，在碳鋼、不銹鋼、銅表面的腐蝕微生物群落是不同的，充分研究認識微生物腐蝕規律，有望為開發耐海水腐蝕材料提供重要技術支撐。

    海洋生物污損更被認為是“世界性難題”，上世紀六十年代，我國曾專門組織科技攻關，解決艦船的生物污損問題，并成功開發了海洋防污涂料。但隨著環境保護要求的提高，從源頭上開展生物污損規律研究，并發展綠色、環保的防污技術成為新的需求。但這不是一兩個人、一兩個團隊能夠解決的，需要國家層面予以充分重視，也需研究團體從不同的角度、做長期的、持續不斷的努力。

    目前，在微生物腐蝕領域，我們正在開展腐蝕微生物群落的高通量測序及腐蝕微生物的宏基因組及微生物- 材料腐蝕生態學的有關研究，有望對微生物腐蝕機制有更進一步的理解。

    當前，隨著國際和我國海洋開發的深入，新的海洋微生物腐蝕和生物污損問題也不斷出現。需要我們針對其特點開展有關的腐蝕和污損規律和防腐防污技術研究，既要發現共性科學問題，又要研究專門的科學和技術問題。

    記者：在您的科研過程中，有沒有特別令您印象深刻的科研經歷？可否分享一下您印象深刻的案例？

    段研究員：科研路上若沒有導師的指導和前輩、同事、同行的幫助和進步，難以取得任何成績，當初闖入微生物腐蝕研究也實屬偶然。我本人是學化學出身，真正開始微生物腐蝕學習研究還是在博士期間，導師是侯保榮教授。侯老師當時正在申請一個海泥環境中微生物腐蝕的基金，后來基金委作為主任基金批準，才開始做這方面的研究了。當時海洋所的海洋微生物老專家陳騳教授還專門贈給我有關微生物研究的有關資料。自己當時第一次從海泥中培養出硫酸鹽還原細菌（SRB），并開展了微生物腐蝕的初步研究。后來，基金研究獲評優秀，科學時報還專門采訪，并以“吃鐵的細菌亦有大用”被報道。博士后期間，日本東京工業大學水流徹教授與侯保榮院士有一個日中國際合作項目，包含微生物腐蝕的研究內容，經兩位教授推薦，安排我去東京工業大學丹治保典教授實驗室學習研究6 個月，在丹治教授實驗室又開展了比較系統的微生物方面的學習研究工作。

    在博士后期間，申請了一項青年基金，是關于厭氧細菌影響的鋼鐵銹層轉化及其腐蝕行為的研究。我們目前973工作的部分內容也是這個研究的進一步延伸。這個基金做的成功的一點是從鋼鐵銹層里培養出一株SRB，做了比較系統的微生物腐蝕試驗。在此基礎上，又開展了電活性生物膜研究、微生物污損研究，對微生物電極電子傳遞機理，電位變正機理、銹層生物礦化和微生物群落開展系統研究。

    積極參與國際、國內交流與合作可能算是我在科研方面的一個特色。我十數次參加在微生物腐蝕、生物污損領域的國際會議。近年來，也邀請國外多位微生物腐蝕和微生物生態領域專家到海洋所訪問交流，參與中日防腐防污方面的合作研究，受益匪淺。近年來，也接受了伊朗、印度、俄羅斯等國家的青年學者來所合作研究。同時，與國內微生物腐蝕、生物污損等領域的同行專家及有關企業有著比較密切的交流。

    目前我們國家的資助模式和研究模式與之前相比正在發生變化，產、學、研、用結合更加密切，我相信有更多的人可以真正安下心來，去做真正的科研了！

    記者：隨著海洋開發逐步走向深海，海洋微生物腐蝕這個領域的研究會為深海開發提供怎樣的理論依據和技術支撐？

    段研究員：隨著我國海洋資源和海洋開發走向深海大洋，深海油氣、采礦、鉆探、觀測、漁業等設施裝備不斷增多，深海腐蝕研究的重要性日漸凸顯。與淺海環境相比，人們對深海環境腐蝕規律研究還十分不充分，所涉及的深海微生物腐蝕的研究就更少，深海微生物腐蝕和微生物污損都可能對設施造成影響，如海底管線、犧牲陽極、錨鏈等的腐蝕失效都可能有腐蝕微生物的參與，值得去進一步研究。但目前在研究手段上仍常常受制于試驗條件和試驗設施，今后隨著深海腐蝕裝置和測試分析技術等方面進一步發展，深海腐蝕包括深海微生物腐蝕規律會進一步闡明，深海材料、設施和裝備會得到更好的研發、保護和應用。

    后記：隨著“一帶一路”和“海洋強國”戰略的提出，我國對海洋資源的開發將步入新紀元。海洋工程設施的發展和多樣化需求，給微生物腐蝕與生物污損的研究和探索提出了更高的要求。

    人物簡介

    段繼周，男，1972年生，中國科學院海洋化學專業理學博士（2003），中國海洋大學博士后?，F為中國科學院海洋研究所研究員，博士生導師，中國科學院海洋環境腐蝕與生物污損重點實驗室副主任。兼任中國腐蝕與防護學會青年委員會副主任委員、中國海洋湖沼學會海洋腐蝕與污損專業委員會秘書長、全國涂料與顏料標準化委員會專家委員、山東省暨青島市腐蝕與防護學會理事等職。多年來主要從事海洋微生物腐蝕機制與防護技術研究，近年來也在開展海洋生物污損過程與綠色防污技術研究。先后主持和參與多項國家基金、國家科技支撐計劃、國家“973”項目、中國科學院先導科技專項及中廣核、中海油等企業合作和中日等國際合作項目等。已發表論文80余篇，發明專利6項，參編專著3部；培養研究生近20名。作為第一獲獎人，“海洋環境中硫酸鹽還原細菌的厭氧腐蝕作用機理”獲2012年度青島市自然科學獎二等獎等獎項。