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我国主要港口常见污损生物分布情况

海洋中附着在船体和海上结构上的附着生物繁多 ,动物性的约1300种, 植物性的约600种,常见的有50种 , 附着生物大部分生存于海岸及港湾处。

我国主要港口常见污损生物分布情况

大连港:6~10月间水温较高,最高8月份,25℃,最低1月份,0.8℃。大型污损生物77种,以藤壶、贻贝为主。

青岛港:是黄海代表区,4~10月间水温较高,最高8月27℃, 最低 2℃ 。 污损生物 86 种 ,海鞘最多 ,其次为藤壶、牡蛎、石灰虫,苔藓虫等。

石浦港:海水盐度低,水温9~27℃,以藤壶为主,其次为花筒螅,苔藓虫、贻贝等。

汕头港:以藤壶为主(估计占附着量的88~94%)其次为苔藓虫、牡蛎、海葵等。

湛江港:平均水温较高,污损生物6种,主要有膝壶 (占附着量的 89~93% ) , 其他常见的为苔藓虫、牡蛎等 。

榆林港:平均水温20℃,污损生物120种, 主要有藤壶、牡蛎、海鞘、苔藓虫、石灰虫、海藻等。
 

 

海洋污损生物

海洋污损生物( Marine fouling orgamsms) 是海洋环境中栖息或附着在船舶和各种水下人工设施上,对人类经济活动产生不利影响,给投资者带来负效益的动物、植物和微生物的总称。海洋污损生物所造成的危害称为海洋生物污损。对海洋生物污损的防除称为防污。据统计,全世界海洋污损生物共4000余种,中国沿海已记录614种,其中最主要的类群是藻类、水螅、外肛动物、尤介虫、双壳类、藤壶(Kandel i a candel ) 和海鞘( Asci di an styel a) 等。海洋污损生物与国防、航运、港工建筑、水产养殖及海洋石油平台设计等均有密切关系,故极受国内外学者重视,并进行了大量的调查研究工作旧。我国对海洋结构物上污损生物的研究主要集中在条件更适合于大多污损种繁殖和生长的东海和南海。自20世纪50年代初,我国开始对东海沿岸主要海区和港口的污损生物进行了较系统的调查研究;近十多年来,科研人员对南海近海海区人工设施上的污损生物状况进行了系统调查;对于黄渤海污损生物生态的研究相对较少、较晚。随着水产养殖业的发展和在国民经济中日趋重要,近年来,科研人员已对养殖区的污损生物进行了相关研究报道。

生物污损是人们开始从事海事活动以后才遇到的一种生物危害,其过程完全是一种自然现象。现今关于污损生物的研究主要集中在以下几方面:( 1) 污损生物的生态调查研究;( 2) 污损生物附着机理的研究;( 3) 防除技术的研究开发。其中生态学是基础,附着机理是核心,而防除研究则是解决生物污损问题的终极目标。笔者试就我国海洋污损生物研究概况和未来研究思路作以综述,旨在为深入研究海洋污损生物生物学和减少危害有所裨益。

 

1我国海洋污损生物生态特点

污损生物的附着机理污损生物生态学是海洋生态学的特定内容之一。可以把海中设施看成是生物的一种特殊生态环境,在这种环境中形成了独特的污损生物群。污损生物群落的形成是一个典型的生态演替过程,大致可分为三个阶段。( 1) 初期阶段:即细菌和硅藻分泌黏液在海中洁净物体表面形成微生物黏膜;( 2) 中期阶段:大型污损生物的幼体开始附着,种类和个体数不断增多,群落体积和质量不断增大,演替现象明显,一些个体密度大、生长迅速的种类成为群落中的主导种;( 3) 稳定阶段:生长期长、个体大的种类充分生长,排挤或覆盖了一些已经附着的中、小型种类,群落种类组成比较复杂和质量较大,随着时问的推移,其结构不会发生很显著的变化。污损生物群落从形成发展至稳定阶段约需7-8年。

中国海域辽阔,有渤海、黄海、东海和南海。由于环境条件的影响和生物的固有特性,污损生物的群落在不同的海区呈现不同的种类组成,即存在区域性差异。污损生物区域性差异是指不同港或海域污损生物种类组成的不同而言的。我国海域跨越温带、亚热带及热带三个不同的气候带,海域宽广,海岸线漫长而复杂,港湾星罗棋布。从已获得的研究资料表明中国海污损生物区域性差异特别显著。但这种区域性差异并不是杂乱无章、变化莫测,而是具有一定的规律性。

根据国内外目前对海洋污损生物的研究,污损生物具有以下生态特点:( 1) 种类常多且不定,附着季节长,属于全年附着。生物种类涉及藻类、腔肠动物、苔藓虫、环节动物、软体动物、海鞘类、海绵动物、涡虫、棘皮动物等。( 2) 群落结构、形态复杂,在达到污损生物顶级群落后,常形成几层彼此重叠附着。( 3) 在开阔水域,污损生物种类多,生长快,生物量大;在人海口盐度低的海域,附着量较少。( 4) 在空间上,污损生物分布表现垂直分层现象。在时间上,污损生物全年附着,但是有明显的季节变化,一年中常出现二个附着高峰。夏秋季节附着种类和生物量较大,春冬季节较少。( 5) 幼虫发育期较长的种类,可以被海流长距离携带倒在栖息空间和饵料供应方面竞争压力较小的地方附着,并迅速发展成该地区生物群落的优势种,如牡蛎( Ostrea) 。

 

2污损生物的附着机理

海洋污损生物绝大部分属于无脊椎动物,其生活史中,常出现两种生活方式:一为浮游生活阶段;二为固着生活阶段。污损生物对人类产生危害始于其营固着生活以后。彻底揭示污损生物优势种的附着机理,将有助于人们寻找最佳的防污损材料和手段,从而达到防除的目的。

放在海水中的任何物体当受到一系列物理、化学和生物因素作用后,表面很快就被单层的聚合物材料所覆盖,通常称为调节膜。它是由黏性糖蛋白质占主要成分的大分子沉淀或吸附而形成的。随着调节膜的形成,污损生物的菌体开始附着并形成基体膜。材料表面很快就被细菌黏附,细菌分泌胞外产物,将细菌与细菌、细菌与底物相互连接形成细菌生物膜,因而有利于细菌、真菌、硅藻和原生动物等微生物附着,随后是大型藻类和无脊椎动物附着。

概括来说,海洋生物在物体表面的附着首先是分泌一种黏液,这种黏液对物体表面润湿,并在其上分散,然后通过化学键合、静电作用、机械联锁及扩散作用四种机理之一或几种组合进行黏附。

 

3污损生物附着的影响因素

3.1海水的理化因子

海水的理化因子主要包括温度、pH、盐度和海流等。

( 1) 温度:大部分污损生物生存、生长的适宜温度为20一30℃,多分布于夏秋季节。

( 2) pH:海水偏碱性,天然海水的pH常稳定在8.0-8.5。pH或高或低均不利于污损生物的生长繁殖。( 3) 盐度:不同地域的海水、不同水温的海水,盐度是不同的。

( 4) 海流:由于底栖生物的传播和扩散主要凭借其幼虫在水体中被动传送,因此,海流状况将对其传播和分布范围起决定性作用。进而对污损生物的附着分布产生一定的影响。

3.2网衣网目的大小

网目过大,可供附着的基质少;网目太小,则导致水流不畅,会大量滞留淤泥和形成微生物黏液膜,这些均不利于污损生物的附着。此外,旧网比新网受污损严重。一般情况下,网目的大小取决于养殖生物的种类和形体的大小。

3.3被附着材料的表面能

所有物质表面均具有表面能,物质表面能势差决定了水能够从一个物体表面自动延伸( 润湿) 至其他相临物体表面,表面能越高,越利于吸附、黏附和发生润湿。海洋生物喜欢吸附于粗糙的表面上,即具有向触性 。

3.4污损生物的固有特性

形态结构和生活习性也是影响污损生物附着的一个重要因素。

4污损生物的危害

4.1污损生物对海洋结构物的危害

海洋污损生物中危害较大的种类主要是硬性污损生物,即营固着生活、具有石灰质外壳或骨架的种类,包括双壳类软体动物、无柄蔓足类和苔藓虫等;另一类则为软性污损生物,其不具备上述结构,如海藻、水螅等。远离海岸的海洋结构物,其上的污损生物有两个来源:一是当地种,另一则是来自沿岸的生物群落,而且后者往往是决定人工设施污损程度的关键。

对海洋结构物而言,污损生物不仅增加其水下部为表面粗糙度,显著增大波浪所引起的动力载荷效应,而且还能改变金属的腐蚀过程,引起局部腐蚀或穿孔腐蚀,并妨碍水下检测、保养和维修工作的进行。对船舶来说,污损生物的附着增加了行进的阻力,使航行速度下降,油耗增加。对海水输送管道和冷却设施来说,污损生物的附着会造成管道的阻塞、换热效率降低。同时污损生物的附着能造成海中的仪表及转动机构失灵,影响声学仪器、浮标、阀门等设施的正常使用。

4.2对水产养殖的影响

浅海筏式吊笼( 珍珠贝、扇贝等) 、吊绳养殖或网箱养殖是目前被广泛采用的贝类集约化养殖方式。日本、台湾省和香港海域的网箱养殖已成为渔业的重要组成部分。近年来,随着养殖品种和养殖器材的增多,浮漂、浮梗、吊绳、网笼等筏式养殖器材为附着生物的蔓延提供了良好的附着基质和生活条件,滤食性附着生物的栖身之地也随之增加,与此同时其对养殖的影响也在增加。

4.2.1附着生物对养殖器材的影响

附着生物的大量附着会造成网孔堵塞,水流不畅,养殖网具的阻力增加,质量加大,使得网笼在自然海区中受到水流的冲击增大,造成漂移和磨损,大大影响网笼的使用寿命,再加上附着生物本身生命活动对网线的侵蚀作用及人们在清理附着生物操作过程中对网具的物理损伤,也会缩短网笼的使用寿命。

4.2.2附着生物对养殖种类自身的影响

养殖在网笼里的种类( 多为贝类) 主要是摄取水交换带来的食物,而养殖器材上的附着生物会堵塞养殖笼网眼,致使笼内外水交换量减少,在网笼内部就形成了一个相对封闭的环境,外界饵料供应受阻。同时,养殖种类的新陈代谢产物不能及时排出笼外,导致养殖笼内小环境恶化,有利于有害病原菌的滋生,从而导致疾病的爆发。进而,笼内养殖种类排出的大量代谢废物和有机碎屑为笼外的附着生物提供了丰富的食物,养殖网笼本身也构成了一个有利于附着生物生长的小生态环境。

附着生物在与养殖生物争夺饵料的同时,还与养殖生物争夺溶解氧,尤其是进行笼养时,附着在养殖笼外面的附着生物首先吸收溶解氧,然后才轮到养殖笼里面的养殖生物,致使网笼内部缺氧,当附着量较大,流速较小,而水温较高时会直接限制养殖生物的正常生长代谢,严重时可引起大面积死亡。  

    还有些附着生物进入网具内附着于养殖生物的贝壳上,增加贝体的负载,影响了贝壳的正常运动,导致养殖生物的泵水能力下降,摄食和呼吸活动受到影响,甚至导致养殖生物畸形Ⅲj 。有些附着生物如藤壶和海鞘还能产生有毒物质,对养殖生物幼体产生不良影响。

4.2.3附着生物对养殖种类附苗、采苗的影响

许多养殖贝类如牡蛎、虾夷扇贝( Pati nopecten yessoen-如) 等的繁殖、附着期与多数大型附着生物基本一致,它们都是在全年水温较高的季节附着,但每种生物的具体附着日期和数量又有所不同,假使采苗时遇到大量附着生物附着,则附苗器将被附着生物所占据mj ,人们在投放的采苗器上无法采集所期望的种类。

 

5污损生物的防除

5.1物理防污法

物理措施是借助必要的人力和物力等外在条件,通过物理清除手段,以减少或阻止污损生物的附着,从而达到防除的目的。物理防污法主要有人工或机械清除法、过滤法、加热法等。

5.1.1人工或机械清除法

主要针对已经附着的污损,即借助相应的机械设备有规律地在船底或平台导管架上进行清洗和刮除,或者根据网箱污损生物附着情况,定期采用高压水枪冲洗网衣,以减少污损生物的附着。这种措施对于软性污损生物很有效,且简单方便,易于操作。生物的设施进行人工或机械清除。这种方法是应用最早的防污方法,也是发展比较成熟的方法,目前已有各种用于清理管道、设备内污垢的机械用于实际生产中。这种方法的主要缺点是不能预防污损的发生,只能在污损发生后进行清理。

5.1.2过滤法

利用土壤、砂砾等对海水进行过滤,滤除污损生物的卵、幼虫和孢子等。过滤法一般与其他防污方法联合使用,作为对海水的初级处理,常应用于海水工厂化养殖中。

5.1.3加热法

向附着了污损生物的海水系统中通入热水,用热水杀死污损生物,然后再用大量海水清除残骸。

5.1.4超声波法

利用电子装置产生超声波来破坏污损生物的生存环境。

5.1.5紫外线法

利用紫外光杀死污损生物,从而达到防污的目的。

5.1.6低表面能涂料防污法

物理防污的方法中,目前最先进的就是低表面能涂料防污法。这种防污涂料的主要材料有氟聚合物和以二甲基硅氧烷( PDMS) 为基料的硅树脂材料两种。利用这类材料的表面自由能低、污损生物难以附着的特性,从而达到防污的目的。这种防污涂料的最大优点是其环保无毒,不含生物杀生剂,它代表了新型防污技术的发展方向。低表面能涂料在船舶上已有超过60个月的运行纪录。

5.2化学防污法

指采用化学物质对海洋污损生物进行毒杀,阻止其附着。化学防污法是目前使用最广的方法。根据化学物质的加入方式,又可以将化学防污法分为药物浸泡法、直接加入法、电解法和化学防污涂料法。

5.2.1药物浸泡法

主要用于养殖业中,将网衣在具有防污作用的药物中浸泡一段时间后取出风干,这样网衣表面就被形成了一层保护膜,在一段时间内该层保护膜可有效防止污损生物的附着。

5.2.2直接加入法

直接将一些有防污效果的化学物质加入到海水中,抑制或者杀死海洋污损生物。一般加入的化学物质有液氯、次氯酸钠溶液、二氧化氯和臭氧等。由于液氯在贮存、运输和使用中存在安全问题和环境问题,而次氯酸钠溶液贮存时间短、易分解,故目前加入液氯或次氯酸钠溶液的方法正在逐渐被其他方法取代。

5.2.3电解法

电解法是利用电化学的原理,通过电解生成化学物质抑制或杀死海洋污损生物。电解法又可分为海水直接电解法和电解重金属法。

海水直接电解法:一般采用钌钛阳极,直接以海水为电解液进行电解,在阳极产生氯气,氯气与海水反应生成次氯酸盐,利用生成的氯和次氯酸盐来杀死海洋污损生物。

电解重金属法:以重金属( 主要是铜) 作为阳极在海水中电解,重金属溶解生成重金属离子,利用重金属离子的毒性来杀死海洋污损生物。这种方法主要用于各种舰船和海洋平台的防污。

电解重金属法投资省、运行费用低、安装简单,但它所带来的环境污染以及重金属的消耗制约了这项技术的发展。

5.2.4化学防污涂料法

涂料涂层保护法是最常用的防污方法之一,在船体或养殖设施以及其他载体表面喷涂防污涂料,形成保护层,有效达到防止污损生物附着的目的¨ “ 。化学防污涂料法是指在接触海水的表面涂上涂料,涂料中含有化学毒性物质,在海水中这些毒性物质缓慢均匀地释放出来,抑制海洋污损生物的附着和生长。化学防污涂料可以分为溶解型防污涂料和不溶型防污涂料。

溶解型防污涂料:是指涂料中的基料在海水中溶解,涂料中的毒性物质随着基料的溶解而释放出来以此达到防污的效果。常用的涂料一般以松香为基料,毒性物质为氧化亚铜或有机锡。有一种被称作“ 自抛光型” 的防污涂料,其主要成分为有机锡和丙烯酸的共聚体,当这种涂料浸入海水中后,毒性物质有机锡缓慢地水解渗出,同时树脂也缓慢溶解并在水流作用下被冲刷掉,使表面保持光滑。这种涂料其实也是溶解型涂料的一种。

不溶型防污涂料:是指涂料中的基料在海水中不溶解,而毒性物质在海水中溶解释放出来阻止污损生物的附着。这类涂料的基料常采用乙烯、氯化橡胶、丙烯酸酯等合成树脂。防污涂料技术在海洋污损生物的防治上取得很好的效果,并得到广泛的应用。但是,由于它所用的毒性物质( 主要是有机锡) 对环境污染很大,随着人们环保意识的不断增强,禁用有机锡的呼声越来越高,因此,开发环保、低毒或无毒的新型防污涂料是今后防污涂料法发展的方向。

5.3污损生物防除新思路

到目前为止,人们已从多种海洋植物、海洋动物( 主要为海洋无脊椎动物) 和海洋微生物中提取了一系列具有防污活性的天然产物,包括有机酸、无机酸、内酯、萜类、酚类、甾醇类和吲哚类等天然化合物,初步研究结果表明这些物质均具有卓有成效的防污能力。进一步研究表明,海洋天然产物的防污作用机制并非是原来想象的那样单一的,而是多种机制综合起作用的,如有抑制附着、抑制变态、干扰神经传导( 可恢复性麻醉、神经传导) 和驱避作用等,因此深入探讨各种化合物的防污机理,在海洋天然产物防污的研究中非常必要。此外,从自然界中分离提取多种具有较好防污活性的物质,然后研究这些防污活性物质的结构与防污效果的关系,找到防污活性功能团,再进一步通过人工合成此类防污活性化合物或其结构类似物来研制开发海洋天然产物防污剂,也成为目前防污研究中的一条重要途径。

对于海水养殖设施上的污损生物还有以下方法防除:

( 1) 通过机械擦洗和刮除、定期更换网衣、转换网衣到水面或陆地上用太阳光曝晒以杀死附着生物。对于网笼来说一般采用倒笼措施来清除附着生物。

( 2) 火烧法:即用绞车将养殖绳吊起沥去表面海水,用油喷灯或火把在养殖绳上燎烤一遍以烧死贻贝、海鞘、藤壶等污损生物。

( 3) 掌握附着生物生物学规律,避开其附着水层和时间。

( 4) 利用天敌:生物控制法的原理是根据各种生物在生物链中所处的位置关系,利用一种生物捕食或抑制附着生物,以达到控制附着生物繁殖、生长的目的。

 

当今污损生物研究集中在生态、生理和防除手段的研究开发等三个方面,这三个方面又是互相联系、互为促进的。对污损生物的研究必须把这三个方面的工作密切结合,物种之间的关系、生态因子对附着变态的影响必须进一步从生理水平揭示原因,在寻找天然产物的同时也必须进一步了解天然产物防污损的内在机理:自然界生物防污损、保护自己的机制究竟是抑制污损生物的附着、变态,还是分泌物质杀死污损生物,或是通过对污损生物所分泌的生物胶阻止其附着,这些都是有待探讨的问题。

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