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。