摘 要

海洋污损生物是附着在海洋设施表面的污损生物，每年因污损生物造成的污损都给海洋行业，尤其是航运业带来巨大的损失。研究海洋污损生物在船体浸水表面的附着规律对于船舶污损生物的防除有重要意义。

本文以研究海洋污损生物在船体浸水表面的附着规律为核心，详细地阐述了海洋污损生物附着机理及过程，同时分析了各种因素对污损生物附着的影响。结合实验数据及调研资料验证了海洋污损生物分布的区域性和季节性规律，并将船体分为船首、船中、船尾、船底及螺旋桨等五个典型区域，归纳总结了污损生物在各类船舶典型区域的分布规律，发现船底部分污损生物附着最为严重，螺旋桨部分附着最轻。相关规律的总结将对船舶防污技术的应用具有指导作用。

关键词：海洋污损生物；船体浸水表面；附着规律

Abstract

Marine fouling organisms are attached to the surface of the marine fouling organisms, each year due to fouling caused by the fouling of the marine industry, especially the shipping industry has brought huge losses. It is of great significance for the shipping industry to study the attachment law of marine fouling organisms on the surface of the hull so as to have an important effect on the prevention of fouling organisms.

In this paper, the mechanism and process of biological adhesion of marine fouling organisms were studied in detail, and the effects of various factors on the biological attachment of fouling were analyzed. Based on the experimental data and the research data, the regional and seasonal laws of marine fouling biodistribution were verified, and the hull was divided into five typical regions, such as bow, ship, stern, bottom and propeller. The Distribution of typical types of types of ships. Which part of the bottom of the fouling biological adhesion is the most serious, the propeller part of the lightest attachment. The summary of the relevant laws will promote the development of ship pollution prevention.

Key words: Marine fouling creatures；Hull surface soaked；The law of attachment

目录

摘 要 2

第1章 绪论 4

1.1研究的目的及意义 4

1.2国内外的研究现状分析 4

1.3研究的主要内容 7

第2章 海洋污损生物在船体表面的附着 8

2.1海洋污损生物种类 8

2.2海洋污损生物在船体浸水表面附着过程 8

2.2.1条件膜的形成 9

2.2.2生物膜的形成 9

2.2.3生物群落的形成 9

2.3污损生物附着的影响因素 10

2.3.1盐度 10

2.3.2温度 10

2.3.3附着材料表面的材质 11

2.3.4水流 11

2.3.5水深 12

第3章 海洋污损生物附着规律 13

3.1海洋污损生物分布的区域性和季节性规律 13

3.1.1海洋污损生物区域性分布规律 13

3.1.2海洋污损生物季节性分布规律 14

3.2有关船舶浸水表面污损生物附着典型区域的调研 15

3.2.1调研目的及过程 15

3.2.2调研结果 16

第4章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1研究的目的及意义

当今世界，经济的飞速发展促进了航运业的快速发展，船舶种类及数量的增加使船舶防污成为航运业的重要课题之一。而海洋污损生物造成的船舶污损则是船舶防污所要解决的主要问题。海洋污损生物附着在船体表面会造成燃料消耗量增加、船舶航行阻力增大、冷却管道淤塞、船体表面腐蚀加重、冷却管道淤塞，并使得船舶坞修频繁等方面。

通过对海洋污损生物附着规律的研究，我们可以较好地了解污损生物群落的形成和发展过程，以及主要生物种类的地域、材料、附着季节等因素的变化规律，从而选择适宜的防污方法。通过分析海洋污损生物的附着机理和环境因素的影响，结合船体表面不同部位水深、水流冲击等因素的不同，调查各型船舶的几个典型部位的优势污损生物附着种和污损状况，总结出船体表面污损生物附着的初步规律，进而对减少海洋污损生物船舶的污损做出贡献。

1.2国内外的研究现状分析

海洋污损生物的相关研究中冯士律等在海洋科学导论中提出了海洋污损生物也称海洋附着生物，是指生长在船底和海中一切设施表面的动物、植物和微生物,是影响海洋设施安全与使用寿命的重要因素之一 ^[1]。吴建华经统计得中国沿海已记录海洋污损生物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(Kandelia candel)和海鞘(Ascidian styela)等 ^[2]。

关于海洋污损生物在船体表面附着过程及附着机理以及影响因素的研究，中国科学院研究生院（海洋研究所）利用电化学方法和荧光显微技术对六种金属材料微生物附着的电化学特征进行了研究，证明调节膜的主要成分是蛋白质大分子, 它会使物体表面电学特性和溶质浓度等发生改变, 成为浮游生物附着、繁殖、形成微生物膜的基础 ^[3]。中国海洋大学材料科学与工程研究院的付玉彬教授证明生物膜中的细菌会对抗生素、防腐剂的抗性大大增加；且生物膜为大型污损生物的幼虫提供了适宜的生存条件。同时，微生物代谢过程中会生成一些硫化物、硫代硫酸盐，加速船体表面金属材料腐蚀 ^[4]。黄宗国等通过大量的调查研究表明，污损生物在盐度适应范围内又存在最适盐度范围，最适盐度范围内附着生物的生长繁殖速度最快，一旦海水盐度超出其适盐范围，过高或过低的盐度对附着生物的细胞都会造成伤害，影响其生长、繁殖，甚至会死亡。盐度由高到低，污损生物的种类由多到少，数量由大到小 ^[5]。黄宗国等通过实验发现大部分污损生物都是暖水种，一般当海水温度低于10 ℃时停止生长和繁殖，只有当海水温度达到15 ℃时才开始生长、繁殖，当海水温度超过20 ℃时，一些通过石灰质外壳粘附的污损才会附着。20～28 ℃时污损生物的生长、繁殖达到顶峰，一旦海水温度超过30 ℃，过高的温度使污损生物老化并脱落 ^[5]。傅大海指出今后防污涂料的发展趋势是由有度、低毒向无毒长效型过渡，由单一型向多功能型防污效果过渡；此外，提高涂层附着力、涂膜硬度、光洁度和老化性能，也是重要的发展方向之一 ^[6]。Dexter S C.通过实验发现船体表面浸入到海水中，不到一小时就会被无生命的有机大分子（如蛋白质、多糖及蛋白多糖）以及一些无机物形成的调节膜（Conditioning Film）覆盖，这种有机物自然吸附的过程主要由物理作用力（如布朗运动、静电作用及范德华力）所控制。调节膜是一种单层的蛋白质膜，约20 nm 厚，带有负电，黏着力极高^[7]。Cícero S. Postiglione（圣卡塔琳娜联邦大学教授）通过模型实验证明了调节膜形成后，细菌也会被吸附到表面上，细菌的吸附分为可逆吸附和不可逆吸附两个过程 ^[8]。

关于海洋污损生物在不同区域的分布规律，海洋腐蚀与防护重点实验室；中国船舶重工集团公司第七二五研究所厦门分部；中国船舶重工集团公司第七二五研究所青岛分部，等科研单位通过在厦门、青岛、三亚海水自然环境试验站的海洋污损生物挂板试验，研究了不同试验站、不同季节、以及不同材料对海洋污损生物附着规律的影响。证明了在不同试验站，海生物附着存在明显差异，并受水温的影响，随季节变化而变化，不同材料上海生物附着程度也存在差别，表面能较高的材料受污损程度较高^[9]。杨宗澄等通过在厦门、青岛、三亚海水自然环境试验站的海洋污损生物挂板试验，研究了不同试验站、不同季节、以及不同材料对海洋污损生物附着规律的影响。证明了在不同试验站，海生物附着存在明显差异，并受水温的影响，随季节变化而变化，不同材料上海生物附着程度也存在差别，表面能较高的材料受污损程度较高 ^[10]。中国科学院海洋研究所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。大江大河入海口处大量淡水人海使沿海的海水盐度急剧下降和各海区的海流系统、海流的流向、流经海域、分支和强弱对大洋漂浮性种类种类分布的影响最为显著，是最终形成我国海洋污损生物区域性差异巨大的特殊的原因 ^[11]。杨宗澄，白秀琴基于实船调查探讨了船舶水线区、船首、船舯、船尾、船底、螺旋桨、舵等7大浸水部位污损情况的差异，获得船体表面海洋污损生物附着的初步规律，认为船体表面污损生物的附着种类和数量与船舶的类型、航线、营运性质等都有关系，船底是船舶污损最为严重的部位，船首的附着量比船舯和船尾要小，螺旋桨和舵的污损不是很严重，附着的主要是粘附力极强的底栖生物，藻类是水带线附近的优势附着种。此结论可以为研制高效、环保的防污手段提供参考依据 ^[9]。大连理工大学的黄运涛通过查阅总结对防治海洋生物污损方法进行了分类，介绍了各种方法的原理和最新进展。其中包括物理防污法、化学防污法、生物防污法三大类 ^[12]。Horbund的研究表明，生物膜由细菌层和硅藻层组成，第一层为细菌层，在细菌的基础上硅藻粘附形成第二层，大型污损生物附着是优先选择带有硅藻层的第二层 ^[13]。 Crisp等通过改变倾斜度来控制底质边缘的流体速度，研究了水体流速对藤壶的腺介幼体附着的影响。结果表明，当水流速率约为0.52～1.04 cm/s时，藤壶的腺介幼虫开始快速在底质上附着；当水体流速超过10～20 cm/s时，藤壶的腺介幼虫附着量急剧下降 ^[14]。Scardino 的“附着点理论”认为，污损生物幼虫、孢子的附着量与其本身的大小和附着基表面微观结构的尺寸密切相关，通过设置8 块表面经过微观纹理加工、微结构尺寸在4～512 μm 的试板，研究不同种类的污损生物在试板上的附着情况，结果表明，污损生物幼虫、孢子的大小略微大于试板表面微观尺寸时，污损生物的附着量相对较小 ^[15]。日本学者Takemura等进行了水温对藻类光合作用速率影响的试验，结果表明，温度小于4 ℃时，藻类光合作用所需酶的活性极低，不进行光合作用；当温度为4～11 ℃时，光合作用十分微弱；当温度高于11 ℃时，光合作用的效率与温度呈线性关系^[16]。

1.3研究的主要内容

本文主要研究了海洋污损生物的主要类型，分析了海洋污损生物在船体表面的附着过程及附着机理，并阐述了海洋生物污损对船舶营运带来的危害以及海洋污损生物的季节和地区性差异性。结合实际调研，探讨了海洋污损生物在船体浸水表面不同部位的附着规律。

第2章 海洋污损生物在船体表面的附着

2.1海洋污损生物种类

海洋污损生物是指生活在船体浸水表面及海中一切人工设施表面的动物、植物及微生物的总称。这些生物寄生于船体浸水表面会对其造成腐蚀，称为船舶污损。中国沿海已经记录了614种污损生物，其中最主要的类群是藻类（浒苔、石莼、多管藻和水云等）、水螅（中胚花筒螅、鲍枝螅、薮枝螅等）、外肛动物（草苔虫、膜孔苔虫、裂孔苔虫和琥珀苔虫等）、龙介虫（华美盘管虫、内刺盘管虫等）、双壳类（贻贝、牡蛎等）、藤壶和海鞘（柄瘤海鞘、菊海鞘等）^[5]。

2.2海洋污损生物在船体浸水表面附着过程

海洋污损生物在船体浸水表面的附着过程大致可以概括为：当船体刚浸入海水中时，很快被一层由无生命的有机大分子及一些无机物构成的条件膜覆盖，细菌随之吸附到条件膜上并分泌产生细胞胞外高聚物(EPS)最终形成双层生长的生物膜，生物膜为大型污损生物的幼虫提供了生存环境，使其在船体浸水表面附着。

2.2.1条件膜的形成

条件膜是一种带有负电荷、黏着力强的有机膜，厚度在10-20nm 之间，平整且紧紧粘附在物体表面。条件膜主要由蛋白质、多聚糖、多糖等及某些无机物构成，这些物质主要来生物遗体的分解产物或生命有机体的排泄物。这是一个有机物粒子在静电作用、范德华力等物理作用力下吸附在固体表面的物理吸附过程。条件膜为微生物的附着提供了适宜的物理化学性质及生存环境。

2.2.2生物膜的形成

条件膜形成后，会迅速附着上一层细菌和硅藻等微生物，细菌分泌产生由高聚糖、蛋白质及糖蛋白组成的黏稠的细胞胞外高聚物EPS,由细菌、EPS、沉积物质及海洋生物死亡体共同组成了第一层生物膜，硅藻等黏附在第一层细菌膜上形成第二层生物膜。Horbund等将微生物膜分为细菌层和硅藻层，并认为细菌层的形成有利于硅藻的附着^[13]。细菌的吸附分为可逆吸附和不可逆吸附两个过程。可逆吸附是指细菌被界面张力、静电作用、范德华力等物理吸附在表面，细菌在表面可自由移动，探索寻找合适附着基。但是有一些细菌由于其特殊的表面结构（如鞭毛、细胞壁组成、分泌胞外多聚物）会形成稳定的不可逆吸附。当初期粘附表面的细菌粘附牢固后，细菌开始大量生长繁殖，并分泌产生由高聚糖、蛋白质、糖蛋白组成的细胞胞外高聚物EPS ，EPS填充了微生物细胞之间的空隙，形成了微生物聚集的内聚力，构成了三维的生物膜结构。

2.2.3生物群落的形成

生物膜的形成为附着的污损生物提供了基本的生存环境和丰富的食物资源。海水中的较大型海洋污损生物的幼虫，会以扩散作用、静电作用等多种附着方式附着在生物膜上，条件适宜时开始发育生长，数周内由微生物发展成为包括多细胞初级生产者、食草动物、分解体等复杂的生物群落。

2.3污损生物附着的影响因素

2.3.1盐度

盐度对污损生物的影响很大，对不同盐度范围的适应是海洋污损生物的基本特性之一。每种污损生物都有其对应的盐度适应范围，按照盐度适应范围将污损生物分为高盐种、低盐种、广盐种和淡水种。高盐种一般分布在外海和大洋等盐度高且恒定的海域；广盐种和低盐种一般分布在受江河季节性水量变化的影响，盐度变化跨度大的近海区域，呈现出不同盐度梯度；淡水种一般分布在盐度接近淡水的大江大河入海口处。