海洋微生物腐蝕主要是指海水海泥等環境中由于微生物的直接或間接作用所引起的海洋工程材料的腐蝕破壞行為與破壞現象。海洋環境中微生物作用下材料的腐蝕問題是海洋腐蝕的重要特征之一，海洋微生物對材料腐蝕的影響顯著而復雜，呈現出不同于常規的腐蝕新問題。海洋微生物腐蝕是影響海洋工程設施腐蝕和性能下降的重要因素，是材料海洋腐蝕研究迫切需要解決的關鍵科學問題。

    一、海洋腐蝕的主要特征

    海洋是最為苛刻的腐蝕環境，物理因素如溫度、流速、泥沙沖擊等 ; 化學因素如海水鹽度、溶解氧濃度和 pH 值；生物因素如微生物和污損生物都對材料的腐蝕產生重要影響。與其他腐蝕環境相比，海洋腐蝕特別是海水腐蝕的顯著特征是高的鹽含量和高的生物活性。海水鹽度通常為 30-35g/L，其中，海水中氯離子含量約 19.0g/L，硫酸鹽含量約 2.6g/L，其它陽離子如 Na 離子的含量約為 10.0g/L, 還包括較高含量的 Mg離子和 Ca 離子等。但是，海水決不是簡單的無機鹽的組合，海水中還含有大量的微生物，浮游和污損（在海洋分類學中又泛稱底棲生物）生物以及含碳、氮、磷等的有機物質，每升海水中含有109 數量級微生物，這些微生物包括細菌，古細菌和微藻等，這些微生物及其無機和有機代謝產物都會對材料腐蝕產生影響。

    人們常常發現，材料在人工海水中的腐蝕與材料在天然海水中的腐蝕現象和規律十分不同。這其中，微生物因素對腐蝕起著至關重要的作用。可以說，海洋微生物腐蝕是海洋腐蝕的關鍵特征之一。但由于微生物腐蝕的復雜性，相比于氯鹽腐蝕等其他腐蝕形式，人們對微生物腐蝕的理解和認識，從基本現象到腐蝕機理研究，仍是遠遠不夠的。僅從海區來講，南海和黃海、東海的海洋腐蝕微生物可能是不同的；從所處腐蝕環境來講，海洋潮差區和海水全浸區、海洋沉積物區的腐蝕微生物也可能是不同的。

    二、生物膜與微生物群落

    無論何種材料，一旦浸入到海水中，海水中的有機分子、某些附著微生物就會在其表面相繼附著，在 24 小時內會形成初期生物膜，在污損生物豐富的海域，如果沒有合適的防護手段，會進一步形成生物污損。其中，生物膜是海洋微生物生存發展的重要場所，對于金屬材料而言，生物膜是腐蝕微生物對材料發生作用的主要場所。在形成初期生物膜后，隨著時間推移，還會進一步與材料表面相互作用，生物膜內好氧微生物群落會向厭氧微生物群落發展，并依所附著材料不同，最終形成較為復雜的微生物群落。目前針對鋼鐵銹層腐蝕微生物群落的有關研究表明，微生物群落中可能含有硫酸鹽還原細菌、鐵氧化細菌、鐵還原細菌等。在微生物腐蝕研究中，人們對鋼鐵等材料表面的腐蝕微生物群落組成的了解仍是極其有限的，必須借助于微生物學、分子生物學的有關現代研究工具開展深入研究。

    生物膜內外的環境與海水本體環境顯著不同。生物膜作為一種活性膜層，會代謝產生胞外聚合物質，這種胞外聚合物質含有胞外多糖、微生物的含碳、氮、磷等的代謝有機物質和無機物質等等，它們在金屬的腐蝕中起著重要作用。

    它們產生的酸性代謝物質可能改變金屬界面的pH值， 并阻隔與外界的物質傳輸，如溶解氧的輸入。有測量表明，鋼鐵表面生物膜內外的溶解氧差別顯著，從本體溶解氧濃度迅速降至幾個 ppm。了解生物膜內的理化參數指標對理解微生物腐蝕具有重要作用。

    三、腐蝕微生物及其腐蝕破壞機制

    雖然海洋微生物的種類繁多，但人們目前認知的腐蝕微生物的種類，仍是極其有限的，對腐蝕微生物群落的研究，也是處于起步階段。和腐蝕相關的微生物，通常的分類有產酸細菌，金屬氧化細菌、鐵還原細菌、硫酸鹽還原細菌和產甲烷古菌等，而實際腐蝕微生物群落中存在的細菌遠比此復雜。已知的腐蝕微生物最廣為人知的當屬硫酸鹽還原細菌，最早發現在埋地鑄鐵管線環境中，后來發現廣泛存在于海泥、海水、工業水等環境中，能夠導致加速的腐蝕破壞，至今仍是微生物腐蝕研究的典型模式微生物。

    經過幾十年對 SRB 腐蝕機理的不斷研究，人們對其腐蝕作用機制有了新的認識。1934 年 Kuhr 最早提出了 SRB 陰極去極化作用的經典腐蝕機理，SRB 可通過自身產生的酶氧化吸附在金屬表面的氫，起到陰極去極化作用。最近的研究表明，SRB 更可能是一種電活性微生物，SRB 在與鋼鐵發生腐蝕時，實際是通過氫化酶等催化產生氫氣而不是消耗氫氣，SRB 可以直接或間接從鐵中獲得電子來加速陽極反應過程，而非依靠消耗陰極氫。微生物作為一種活的生物體，其自身的代謝過程可能與金屬的腐蝕有著更為直接的關系，研究微生物本身及其活性代謝物質與金屬腐蝕的電化學反應過程是今后一段時期內微生物腐蝕研究的一個重要研究內容。

    四、材料的海洋微生物腐蝕破壞現象與類型

    對于金屬材料，通常認為，幾乎所有材料如碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅合金、鋁合金甚至鈦合金等，都會遭受微生物腐蝕的影響。對于海洋微生物腐蝕，有兩種典型的腐蝕現象，一種是所謂的電位正移現象，一種是腐蝕產物的硫化現象。電位正移現象主要是指不銹鋼等鈍性金屬，在天然海水中短期浸泡（幾星期到幾個月），出現開路電位正移現象， 正移幅度在+200-400mV之間，而在滅菌海水中則不會出現這種現象。

    在開路電位正移的同時，還觀察到加速的陰極氧還原現象。有的研究者認為電位正移加速縫隙腐蝕，而相反的研究結果則認為電位正移對腐蝕具有抑制作用。雖然人們認識到是微生物引起該現象，但對該現象機理的解釋仍未有統一的認識。對于腐蝕產物的硫化現象，則有較統一的認識，即硫酸鹽還原菌的厭氧微生物腐蝕是其原因，硫酸鹽被還原產生硫化氫，導致腐蝕產生的硫化。但細節的腐蝕作用過程仍是待深入研究的。

    微生物腐蝕之所以受到廣泛關注，主要是微生物誘導加速材料的腐蝕破壞。今后，海洋金屬材料特別是海洋高強鋼等材料將在海洋資源開發中得到更廣泛應用，關注和分析這些材料在海洋環境中的腐蝕破壞因素是十分必要的，其中，微生物將是其中的一個重要因素。

     黃、渤海污損生物生態特點及研究

    污損生物群落在海洋環境中人工設施上的形成和發展中經歷了從無到有、從簡單到復雜的過程 , 而且大量的實驗和調查結果表明 , 不同類型的海洋人工設施上的污損生物群落具有獨特的附著作用機制和演替變化規律。地理位置的不同和環境因素的差異 , 各海域污損生物狀況會有所變化，黃海域與渤海海域的污損生物的生態特點有哪些？本文綜合分析了黃、渤海海域污損生物群落的種類組成、數量大小、分布狀況、季節變化等特點。

    渤海是我國的內海，由遼東灣、渤海灣、萊州灣和中央區 4 部分組成，總面積約為 717 萬 km 2 ，平均水深為18m， 其東面通過渤海海峽與黃海相連。黃海是一個半封閉的大陸架淺海，其東瀕朝鮮半島，西臨山東半島和蘇北平原，北面遼東半島，南接東海，總面積約為40 萬 km 2 ，平均水深約為 44m。黃、渤海的自然資源極其豐富，不僅分布著一些著名的大漁場 , 而且還是我國重要的水產養殖區域，并蘊藏著豐富的海洋油氣資源，近年來渤海海區的海洋油氣資源開發已漸具規模，成為我國目前最大的海洋石油生產基地。

    為適應海洋經濟產業迅猛發展的需要，目前人們已對黃、渤海污損生物群落研究做了大量工作。本文綜合分析了黃、渤海海域污損生物群落的種類組成、數量大小、分布狀況、季節變化等特點，并與鄰近海區污損生物群落進行了比較，初步探討了下一階段的研究重點，以期為生物污損的進一步基礎研究和防除應用提供參考和依據。

    渤海污損生物組成和分布

    遼東灣海域

    在東北部的金州灣附近 , 沒有大的河流注入，污損生物優勢種多為溫水種類，如海筒螅、內刺盤管蟲、柄瘤海鞘、紫貽貝等 , 其它常見污損生物種類還有長鰓麥桿蟲、角突麥桿蟲、葡莖草苔蟲、多室草苔蟲、西方三胞苔蟲、大室膜孔苔蟲、 紋藤壺、 華美盤管蟲、 史氏菊海鞘、玻璃海鞘、曲膝藪枝螅、滸苔等。

    位于遼東灣西南的秦皇島港，港內風浪不大，海水鹽度較低，透明度小。

    污損生物種類貧乏，以苔蘚動物、軟體動物和管棲多毛類為主，優勢種是西方三胞苔蟲、獨角裂孔苔蟲、美麗琥珀苔蟲、密鱗牡蠣和褶牡蠣及螺旋蟲；海藻的種類和數量均不多。

    離岸約 40km 的海洋石油平臺，其上的污損生物群落主要由軟體動物和腔腸動物組成，其中占絕對優勢的是紫貽貝，其余污損生物種類主要是東方縫棲蛤、云石肌蛤、曲膝藪枝螅和鮑枝螅。

    渤海灣海域

    在渤海灣內的塘沽新港，致密藤壺、大連灣牡蠣、長牡蠣、曼哈頓皮海鞘和柄瘤海鞘是污損生物群落中最主要的優勢種，其它常見污損生物種類為腸滸苔、滸苔、環口線螅、大室膜孔苔蟲、相似膜孔苔蟲、泥藤壺和蜾蠃蜚等。

    位于渤海灣西部、離岸約 20km 的石油平臺試板上的污損生物以鮑枝螅占絕對優勢，其它常見污損生物種類為蜾蠃蜚、泥藤壺、雙花假膜孔苔蟲、曲膝藪枝螅、銳足全刺沙蠶和鐮形葉鉤蝦等。

    鄰近的石油平臺，分布著污損生物群落的主要日本巨牡蠣 , 其它污損生物重要種類為玫瑰紅綠海葵、黃側花海葵和寬闊峰海綿。在黃河口附近、距岸約40km 的石油平臺，則以大室膜孔苔蟲為污損生物優勢種，密鱗牡蠣、褶牡蠣、玫瑰紅綠海葵、泥藤壺等為污損生物群落的重要組成種類。

    萊州灣海域

    萊州灣位于山東半島西北的渤海南部，入海徑流豐富，營養鹽充足，三山島至龍口近海鹽度最高，黃河口附近次之，南部沿岸海域最低。該灣海域是我國海灣扇貝養殖相對集中的區域之一，污損生物優勢種主要為長牡蠣、褶牡蠣、紫貽貝、 泥藤壺、 紋藤壺、 闊口隱槽苔蟲、西方三胞苔蟲等種類。

    渤海中部海域

    渤海中部海域開闊，人工設施主要是海洋石油平臺。污損生物群落中的紫貽貝占優勢，且污損生物附著量特別大，還有大量的密鱗牡蠣、褶牡蠣、東方縫棲蛤、玫瑰紅綠海葵和多種苔蘚蟲等出現；東方縫棲蛤和玫瑰紅綠海葵等。

    渤海海峽

    位于渤海海峽的砣磯島，水域開闊，鹽度較高，污損生物群落中大量出現個體小、重量輕的水螅、苔蘚蟲和端足類，而個體大或具石灰質外殼的污損生物種類如柄瘤海鞘、致密滕壺、紋藤壺等的數量很少。污損生物優勢種為半球美螅水母、中胚花筒螅、漂亮管孔苔蟲、四方三胞苔蟲、紫貽貝、東方縫棲蛤、多棘麥稈蟲、厚角蜾蠃蜚和鐮形葉鉤蝦等。另外，該水域冬、春兩季滸苔占優勢，夏季則以水云為主，秋季污損生物優勢種為多管藻。

    黃海污損生物組成和分布

    遼東半島東南部海域

    位于黃海北部的長山群島海域，水流通暢，鹽度較高，污損生物優勢種為紫貽貝、柄瘤海鞘、埃氏蟄龍介蟲 , 其它污損生物重要種類為海帶、裙帶菜、鼠尾藻、鹿角藻、萱藻、囊藻、沙海螂、皮海綿、藪枝螅、須毛高領細指海葵、才女蟲、多棘麥桿蟲、玻璃海鞘等。

    位于遼東半島的大連灣，水域開闊，污損生物種類組成也較為豐富，群落中同時有暖溫帶和寒溫帶的種類，污損生物優勢種主要有紋藤壺、缺刻藤壺、東方小藤壺、 紫貽貝、 褶牡蠣、 葡莖草苔蟲、美螅、 海筒螅、 曲膝藪枝螅、 內刺盤管蟲、史氏菊海鞘、玻璃海鞘、紫擬菊海鞘、多棘麥稈蟲、石莼、軟絲藻和滸苔等。

    黑石礁海區的水質優于大連灣 , 透明度較大 , 污損生物群落中藻類所占的百分比大于大連灣 ; 污損生物群落種類組成以紫貽貝、東方小藤壺、內刺盤管蟲、西方三胞苔蟲、頸鏈血苔蟲、邁氏軟苔蟲、柄瘤海鞘、紫擬菊海鞘、鐮形葉鉤蝦和石莼為優勢種。

    位于遼東半島南端的旅順港水質清澈通暢 , 鹽度較高 , 透明度較大 , 污損生物種類比較豐富 , 且以溫帶種為主。污損生物優勢種為柄瘤海鞘、葡莖草苔蟲、闊口隱槽苔蟲和紫貽貝 , 較為常見的污損生物有曼哈頓皮海鞘、史氏菊海鞘和龍介蟲類等種類 , 而腸滸苔和滸苔等藻類的附著僅在 5-8 月出現。

    山東半島東北部海域

    煙臺港水色清澈、透明度大 , 鹽度高且穩定 , 污損生物的種類組成比較復雜，既有溫帶種，也有暖水的廣分布種，污損生物優勢種主要為腸滸苔、海筒螅、葡莖草苔蟲、華美盤管蟲、紫貽貝、致密藤壺、蜾蠃蜚、鐮形葉鉤蝦、紋藤壺、柄瘤海鞘和曼哈頓皮海鞘。

    煙臺四十里灣為耳狀半封閉海灣 ,是重要的淺海養殖海區 , 主要養殖雙殼貝類 （ 扇貝、貽貝和牡蠣等 ） 和海帶。

    該海灣污損生物主要有紋斑棱蛤、柄瘤海鞘、玻璃海鞘、中國豆海鞘、曼哈頓皮海鞘、紫擬菊海鞘和孔石莼。

    分別位于蓬萊和長島的兩個扇貝養殖場相距雖不很遠 , 但兩地污損生物優勢種卻不盡相同 , 蓬萊養殖場污損生物優勢種為紫貽貝和葡莖草苔蟲 , 污損生物重要種類以海筒螅和滸苔為主 ; 長島養殖場污損生物優勢種則是柄瘤海鞘和半球美螅水母 , 其它污損生物種類主要為紫貽貝、葡莖草苔蟲和滸苔。位于山東半島東端的威海市桑溝灣 , 為 半 封 閉 型 海 灣 , 總 面 積 約 為l3313km 2 , 平均水深為 7-8m，最大水深 為 l5-17m， 屬 不 規 則 半 日 潮。 年平均水溫為 13e 左右 ,2 月水溫最低 ,月平均僅為 018e；8 月水溫最高 , 為2419e。扇貝養成籠上的污損生物種類主要為玻璃海鞘、柄瘤海鞘、史氏菊海鞘、紫擬菊海鞘、帶偏頂蛤、鮑枝螅、多管藻和海綿。

    膠州灣海域

    位于山東半島南岸、膠州灣內的青島港 , 其潮汐類型為規則半日潮 , 污損生物群落種類組成比較復雜 , 包括暖溫帶和寒溫帶的種類 , 且以柄瘤海鞘和紋藤壺組成污損生物群落的優勢種。其它污損生物重要種類為泥藤壺、糊斑藤壺、史氏菊海鞘、紫擬菊海鞘、葡莖草苔蟲、褶牡蠣和滸苔等。

    連云港海域

    連云港位于黃海西岸 , 港內污損生物種類不多 , 主要有海鞘、苔蘚蟲、雙殼類軟體動物和藻類 , 其中污損生物優勢種為曼哈頓皮海鞘、紫擬菊海鞘、闊口隱槽苔蟲、葡莖草苔蟲、美麗琥珀苔蟲、密鱗牡蠣和腸滸苔等。另外 , 腔腸動物中的環口線螅和克氏殖口螅及多毛類的內刺盤管蟲均是比較常見的污損生物種類。

    呂四洋海域

    位于黃海南端的呂四洋 , 是我國的主要漁場之一。該海區污損生物種類不多 , 但優勢種比較突出 , 附著量大 , 主要有泥藤壺、長牡蠣、褶牡蠣、中胚花筒螅、管棲端足類、凸殼肌蛤和太平洋側花海葵等。

    黃、渤海地處溫帶 , 所出現的污損生物為廣鹽和低鹽的溫帶種和廣溫種 ,主要有軟體動物、苔蘚動物、甲殼類、多毛類、腔腸動物、海鞘和藻類 , 其中雙殼類軟體動物的優勢種是紫貽貝和褶牡蠣 ; 苔蘚動物的種類主要為葡莖草苔蟲和西方三胞苔蟲 ; 甲殼類的優勢種主要是紋藤壺、致密藤壺和泥藤壺 ; 多毛類則以華美盤管蟲、內刺盤管蟲、龍介蟲和覆瓦哈鱗蟲為主 ; 腔腸動物則主要為鮑枝螅、半球美螅水母、海筒螅和曲膝藪枝螅 , 且受季節變化影響極其明顯 ; 被囊動物的優勢種是柄瘤海鞘和曼哈頓皮海鞘 ; 藻類則以石莼、腸滸苔、萱藻和多管藻為主。

    由于地理位置的不同和環境因素的差異 , 各海域污損生物狀況會有所變化 : 在水流不暢如秦皇島港和連云港 ,污損生物的種類不多 , 附著量較低 , 且主要是密鱗牡蠣、 苔蘚蟲和海鞘等種類，藤壺較少出現 ; 而在入海徑流豐富、鹽度較低的海域如渤海灣、萊州灣和呂四洋海域 , 優勢種中會出現泥藤壺和長牡蠣等種類。在水流通暢 , 鹽度較高的近岸海域如遼東半島東南部海域和山東半島東北部海域 , 污損生物種類豐富 , 優勢種組成比較復雜 , 生物附著量也比較大 ; 遠岸的開闊海域如渤海中部海域 ,紫貽貝則在污損生物群落中占優勢地位 , 類似情況也出現在英國北海離岸海洋油氣設施上。

    另外 , 黃、渤海污損生物的種類組成和數量大小還隨季節發生明顯變化 ,一般夏、秋季污損生物的種類最多和數量最大，春季次之，冬季由于水溫太低，很少有污損生物附著 ; 而且南部海區的污損生物附著期會有所延長 : 如連云港和呂四洋海域僅在 12 月至翌年 2 月未見污損生物附著 , 而煙臺港、渤海灣、旅順港等則從 12 月至翌年 3 月均無污損生物附著。此外 , 人工設施浸海時間也對污損生物群落產生影響 , 如牡蠣和貽貝等雙殼類軟體動物常在浸海時間較長的生物群落中占優勢，這是因為牡蠣、貽貝等個體大、生長周期較長 , 得以充分生長而排斥了其它生物。類似現象在高溫高鹽的南海也可觀察到。

    在與黃海南部相接的東海 , 污損生物優勢種主要是網紋藤壺、三角藤壺、紅巨藤壺、鐘巨藤壺、翡翠貽貝等 ; 而致密藤壺這類北方海區的污損生物優勢種未在東海出現 , 這可能因受長江徑流的影響 , 導致東海的污損生物優勢種與黃、渤海明顯不同 ; 另外 , 東海污損生物附著狀況的變化類似于黃、渤海 , 即由北往南污損生物附著期隨水溫上升得以進一步延長。

    東海污損生物附著量大于黃、渤海和南海 , 可能與東海污損生物優勢種個體較大、其它海區污損生物優勢種個體相對較小有關。處于高溫高鹽環境中的南海 , 其沿岸港口和海灣的污損生物優勢種雖仍為無柄蔓足類和雙殼類軟體動物 , 但主要是網紋藤壺和翡翠貽貝 , 而不是出現在黃、渤海的致密藤壺和紫貽貝等種類 ; 且污損生物附著量也表現出夏、秋多于冬、春季的狀況。處在南海北部大陸架、遠離陸地和島嶼的固定式近海設施 , 其污損生物優勢種主要是齒緣牡蠣和覆瓦牡蠣 , 而渤海中部海域海洋石油平臺上的污損生物則以紫貽貝為絕對優勢種。

    韓國南部的馬山附近海域 , 浮筒上所附著的污損生物優勢種為紫貽貝 , 馬山港和鄰近鎮海港的掛板調查結果也表明污損生物的優勢種為紫貽貝、紋藤壺、內刺盤管蟲和分胞苔蟲 ; 位于全羅南道的光陽港 , 污損生物主要有白脊藤壺、滸苔和萱藻等種類。由此可見 , 韓國南部海域污損生物的優勢種組成和鄰近的黃、渤海基本一致。

    日本長崎港最主要的污損生物為紋藤壺 ; 位于九州西南的富岡灣 , 污損生物優勢種則為海鞘和高襟擬分胞苔蟲。

    本州伊豆半島東部的相模灘 , 其污損生物優勢種主要為中胚花筒螅、紅巨藤壺和紫貽貝 ; 而鄰近的 Nabeta 灣 , 污損生物優勢種則為日本巨牡蠣、三角藤壺、海鞘和有孔右旋蟲。可見 , 日本海域某些污損生物優勢種 （ 如紋藤壺和紫貽貝 ） 也是黃、渤海海域的污損生物優勢種 , 且中胚花筒螅和日本巨牡蠣等種類在黃、渤海也較為常見。至于熱帶、亞熱帶海域污損生物優勢種之一的翡翠貽貝 , 雖可在東京灣內出現 , 但冬季會大量死亡 , 只有少數個體存活于工廠循環冷卻水排放的海區。

    瀕臨日本海的俄羅斯沿岸 , 污損生物種類主要有多毛類的華美盤管蟲和才女蟲、無柄蔓足類的致密藤壺和尖吻藤壺及雙殼類軟體動物中的長牡蠣和貽貝，其中優勢種為長牡蠣、 貽貝和致密藤壺。

    在黃、渤海海域 , 致密藤壺附著高峰期一般都在夏、秋季 , 而在該海域污損生物的年附著高峰期一般出現在 11 月。

    總的來看 , 黃、渤海污損生物群落結構與緯度相近的韓國南部海域以及日本鄰近海域較為相似 , 而與東海和南海則存在明顯的差別。

    為了更好了解和掌握污損生物群落動態變化規律及發展趨勢 , 需把不同營養水平的海洋生物群落的分布和生存變化與食物條件、捕食關系等生物條件及其它如物理環境等非生物條件相聯系起來進行綜合分析探討 , 揭示存在于其間的相互關系，建立相應的數學生態模型。

    基于數學生態模型的建立必須以大量的實驗和調查數據為基礎 , 確定影響該模型的主要參數 , 因此 , 下一階段應在補充調查污損生物群落資料和所處環境參數的基礎上 , 開展多變量分析在污損生物群落研究中的應用 , 為最終建立污損生物數學生態模型、準確預測污損生物群落演替發展趨勢、有效地為生產和科研活動提供科學依據奠定基礎。

    另外 , 污損生物群落在海洋環境中人工設施上的形成和發展經歷了從無到有、從簡單到復雜的過程 , 而且大量的實驗和調查結果表明 , 不同類型的海洋人工設施上的污損生物群落具有獨特的附著作用機制和演替變化規律 , 如在悉尼港內 , 浮筒、樁柱和人工礁石三種不同生態環境中的污損生物群落演替過程各有其特點。了解和掌握特定海區污損生物群落演替發展規律和作用機制 , 不僅能為退化海洋生態系統物種多樣性的恢復提供依據 , 而且能夠豐富和發展海洋恢復生態學這一新興學科 , 為合理開發利用海洋生物資源、保護海洋環境、促進海洋經濟開發活動的持續發展奠定基礎。

    海洋生物污損防治

    生物污損是一個老生常談的問題了，自打人們開始造船，這種固著的水生生物就沒有少過，它們隨時會附著在船體上并把船體當成安家的理想場所。

    全世界的海軍和航運業都清楚，帶著這些附著在船體上的五花八門的水下野生生物航行會給船的性能、速度和燃料消耗帶來巨大的不利影響。

    一、生物污損的形成

    生物污損根據其在基體上的附著形式可分為兩類：第一類污損是由各種細菌和微型動植物等微觀有機體吸附在材料表面并繁殖引起的，稱之為微生物污損；第二類污損是各類大型藻類及原生動物個體附著在基體表面并逐漸繁殖而形成的，稱為大型生物污損，是肉眼可見、最為常見也是最為廣泛的一類污損。

    海下固體表面上生物污損層的形成歷經三個階段，即修整膜、生物膜和生物污損層。任何侵入海水的物體在數分鐘內表面就會吸附一層有機物，形成修整膜；然后細菌和硅藻等相繼在修整膜上附著并分泌胞外代謝產物形成微生物膜或黏膜；隨后其他原核生物、真菌、藻類孢子以及大型污損生物幼蟲在膜中發育生長，最后形成復雜的大型污損生物層。作為海洋污損的必經階段，生物膜厚度可達微米級，是由微小生物及其代謝物連同海洋中的一些有機物、顆粒物相互粘連一起形成的厚度小于 1mm的膜狀生物群落，研究表明水、細菌及其胞外高聚物是生物膜的主要成分。生物膜的形態及結構在很大程度上決定大型污損生物的附著，并最終影響整個生物污損層的形成。

    海洋生物污損過程大體可分成三個階段：初期階段、發展階段、穩定階段。

    污損過程初期階段為細菌和硅藻分泌粘液在海中潔凈物體表面形成微生物粘膜；發展階段為大型污損生物的幼體開始附著，種類和個體數不斷增多，群落體積和質量不斷增大，演替現象明顯，一些個體密度大，生長迅速的種類成為群落的主導種；穩定階段為生長期長、個體大的種類充分生長，排擠或覆蓋了一些已經附著的中、小型種類，群落種類組成比較復雜和質量較大，隨著時間的推移，其結構不會發生很顯著的變化。

    二、生物污損的危害

    污損生物的種類和污損的影響程度隨海域、海水深度、溫度和使用海水的設施的不同而不同。海洋生物污損的危害可以歸納為三大類：

    加速金屬的腐蝕污損生物在鋼板上附著，由于硫酸鹽還原細菌、鐵細菌的作用，使金屬的腐蝕加劇；一些污損生物會破壞金屬表面的涂層，使金屬裸露而導致金屬的腐蝕；有石灰外殼的污損生物覆蓋在金屬表面，改變了金屬表面的局部供氧，形成氧濃差電池而加速腐蝕；一些藻類由于光合作用產生氧氣，增加水中的溶解氧的濃度，從而加速金屬的腐蝕。影響設施的正常使用對船舶來說，污損生物的附著增加了行進的阻力，使航行速度下降，油耗增加；對海水輸送管道和冷卻設施來說，污損生物的附著會造成管道的阻塞、換熱效率降低；同時污損生物的附著可以造成海中的儀表及轉動機構失靈，影響聲學儀器、浮標、網具、閥門等設施的正常使用。

    影響水產養殖業的產量和質量污損生物的附著影響牡蠣等養殖貝類的正常生長，使其產量下降。而污損生物在藻類表面的附著，影響了藻類養殖產品質量。

    三、生物污損的防治方法

    海洋生物污損的防治方法多種多樣，目前國內尚無統一的分類標準。按防污技術所采用的原理，將其分為以下幾種：

    物理防污法指采用物理手段如提高流速、過濾、超聲波等來達到防污的目的。物理防污法主要有人工或機械清除法、過濾法、加熱法等。人工或機械清除法：主要用于對已經附著污損生物的設施進行人工或機械清除。這種方法是應用最早的防污方法，也是發展比較成熟的方法，目前已有各種用于清理管道、設備內污垢的機械用于實際生產中。這種方法的主要缺點是不能預防污損的發生，只能在污損發生后進行清理。

    過濾法一般和別的防污方法聯合使用，作為對海水的初級處理。加熱法：向附著了污損生物的海水系統中通入熱水，用熱水殺死污損生物，然后用大量海水清除殘骸。

    超聲波法利用電子裝置產生超聲波來破壞污損生物的生存環境。紫外線防污法，利用紫外光殺死污損生物，從而達到防污的效果。物理防污的方法中，目前最先進的是低表面能涂料防污法。這種防污涂料的主要材料有氟聚合物和以二甲基硅氧烷為基料的硅樹脂材料兩種。利用這類材料的表面自由能低、污損生物難以附著的特性，從而達到防污的目的。這種防污涂料的最大優點是其環保無毒，不含生物殺生劑，它代表了新型防污技術的發展方向。低表面能涂料在船舶上已有超過60個月的運行紀錄。

    化學防污法 指采用化學物質對海洋污損生物進行毒殺，阻止其附著。化學防污法是目前使用最廣的方法。根據化學物質的加入方式，又可以將化學防污法分為直接加入法、電解法和化學防污涂料法。

    直接加入法 直接將一些有防污效果的化學物質加入到海水中，抑制或者殺死海洋污損生物。一般加入的化學物質有液氯、次氯酸鈉溶液、二氧化氯和臭氧等。由于液氯在貯存、運輸和使用中存在安全問題和環境問題，而次氯酸鈉溶液貯存時間短易分解，故目前加入液氯或次氯酸鈉溶液的方法正在逐漸被其它方法所取代。加入臭氧的方法是一種比較新穎的防污方法。目前國內已有相關的研究報道。與加入氯相比，臭氧具有更強更廣譜的殺生作用，而且殺生速度快無污染。臭氧防污技術有著良好的發展前景，但這項技術還有待于進一步完善。

    四、海洋防污

    海洋防污涂料

    海洋防污涂料有著悠久的歷史，最初的防污涂料技術可以追溯到 1625 年Willian Beale 的發明，但是直到 1860 年代，才有可實用的防污涂料出現。傳統的海洋防污方法是涂裝毒性防污涂料，這類防污涂料是以毒料緩慢地釋放到船體表面的層流水層中，以殺死在船體表面自由活動的附著生物幼體來達到防除的效果。20 世紀 70 年底以來，國內外大部分國家的船舶都采用自拋光 TBT 共聚物涂料來防治海洋生物污損。這種生物毒素涂料可以阻止污損生物的累積、降低動力拖曳而減少燃油損耗、降低船舶進干塢和清洗時間。由于傳統的船舶防污涂料會向海水釋放有毒的顏料，分解難以控制，防污有效期短，隨著防污技術的進步，這類防污技術已經基本淘汰。而后取而代之的是含金屬離子（銅、鋅）和殺蟲劑的低毒防污涂料，由于不易降解的金屬離子在海洋中的沉積和殺蟲劑對非目標性海洋生物的毒殺，仍然會對海洋環境造成污染和影響，于是技術逐漸轉向新型無毒防污技術。新型無毒防污技術的發展非常活躍，包括低表面能防污、高吸水樹脂為基礎的防污、電解海水防污、表面植絨防污、硅酸鹽高堿性表面防污、納米防污及生物防污方法。

    低表面能防污技術

    表面能是指某一表面與另一表面的連接能力，表面能低可以阻止海洋生物最初的附著。經研究得知如果能使船體或人工設施表面的自由能降低，利用涂層的疏水結構和低表面能等物理特性防污的完全無毒防污涂料，可使海洋污損生物難以在上面附著，即使附著也不牢固，在水流或其他外力作用下就容易脫落，因此，該類涂料又稱之為不粘性涂料或污損物脫落型涂料。低表面能防污涂料通過對機體樹脂進行改性，降低漆膜面自由能的方法來抑制海洋生物附著的目的。涂料的表面能只有在低于20mN/m，即涂料與液體的接觸角大于98°時才具有防污效果。基于其設計思想，研究人員選擇具有低表面能特性的含氟高聚物和有機硅材料進行海洋防污涂料應用研究。聚四氟乙烯具有很低的表面能（18.5mJ/m 2 ），與水的接觸角為114°， 理論上應具有優異的防污性，但研究發現防污能力很差，美國海軍實驗室Schmidt等人研究其原因為：第一，涂層致密性較差，海洋微生物易于深入涂膜內并牢固粘附在涂料孔洞內；第二，涂層表面絕大部分是 CF2 基團，其耐生物附著性能較差；第三，海洋微生物接觸涂層表面時，誘導表層聚合物發生重排，使涂層表面能變大。有機硅防污涂料經歷了從有機硅橡膠到改性有機硅樹脂的研發過程，Brady 等研究了有機硅和氟碳樹脂兩種涂層上生物的脫落剝離，認為污損生物從涂層表面的剝落可分為剝離、平面剪切、非平面剪切三種方式。

    其中剝離脫落所需的能量最小，污損生物不容易粘附或粘附后最容易脫落。為使污損生物以剝離方式從涂層表面脫落、低表面能防污涂料的涂膜除了必須具有低的表面能外，還應具有足夠低的彈性模量。涂膜的彈性模量越低，防污效果越好污損生物的附著量與彈性模量和表面能乘積的平方根成正比。此外防污效果還與涂膜厚度有關，涂膜越厚，污損生物越容易從涂膜表面剝離。低表面能海洋防污涂料研發至今，所合成材料的表面能已經很低（約為 6mJ/m 2 ），然而即使具有最低表面能的光滑表面，其與水接觸角也僅有120°， 難以在高。

    近年來，人們相繼發展了許多對材料表面進行納米尺度粗糙化的技術，從而實現大大提高材料表面疏水性能的目的。

    應用技術制備的表面與水的接觸角都達到 150°以上，具有超疏水性能和優異的耐粘污性能。

    仿生防污涂料

    生活在海洋中的生物大多具有抵制附著海洋生物的能力：大型哺乳動物海豚的表皮能分泌出特殊的黏液，形成親水低表面能表面， 使海洋生物難以附著；海蟹可以分泌出一種酶，這種酶能抑制附著生物產生的生物膠的凝固，從而防止生物附著，海藻含有對附著生物有避忌或抑制作用的化學物質；珊瑚、海綿的代謝物能強烈抑制紋藤壺幼蟲的附著，致死率低于 5%，遠遠低于常用防污劑中的 CuSO 4 。仿生防污涂料利用的是仿生學原理，主要有兩個方向：一個是提取海洋中的天然活性物質作為防污劑；另一個是模擬大型海洋動物的表皮結構來實現防污。受海豚表面光滑粘膜的啟發，研究人員開發出一種可生物降解以乳酸為基礎的樹脂成膜物。將這種成膜物涂覆在船體表面，形成一層光滑粘膜，隨著船舶航行不斷降解，始終保持船體表面光滑，達到防污的目的。德國、美國的科學家已表征了大型海洋動物的表皮結構，這些表皮的表面存在微米級溝槽，同時能分泌黏液，這樣的特殊結構能阻止海生物的附著，通過仿生方法，利用化學手段模擬這些表層結構，這一技術一旦取得成功，仿生防污涂料將成為真正的無毒防污涂料。

    海洋防污涂料的發展呈現多品種趨勢，在眾多環保型海洋防污涂料中，對低表面能高分子型的海洋防污涂層的研究與開發仍然是目前環保型海洋防污層研究的熱點，隨著人們海洋環境保護意識的增強，研究與開發穩定性好、效率高的環境友好型防污涂料是海洋防污涂料技術的最終目標。