海洋微生物腐蚀主要是指海水海泥等环境中由于微生物的直接或间接作用所引起的海洋工程材料的腐蚀破坏行为与破坏现象。海洋环境中微生物作用下材料的腐蚀问题是海洋腐蚀的重要特征之一，海洋微生物对材料腐蚀的影响显著而复杂，呈现出不同于常规的腐蚀新问题。海洋微生物腐蚀是影响海洋工程设施腐蚀和性能下降的重要因素，是材料海洋腐蚀研究迫切需要解决的关键科学问题。

  一、海洋腐蚀的主要特征

  海洋是最为苛刻的腐蚀环境，物理因素如温度、流速、泥沙冲击等 ; 化学因素如海水盐度、溶解氧浓度和 pH 值；生物因素如微生物和污损生物都对材料的腐蚀产生重要影响。与其他腐蚀环境相比，海洋腐蚀特别是海水腐蚀的显著特征是高的盐含量和高的生物活性。海水盐度通常为 30-35g/L，其中，海水中氯离子含量约 19.0g/L，硫酸盐含量约 2.6g/L，其它阳离子如 Na 离子的含量约为 10.0g/L, 还包括较高含量的 Mg离子和 Ca 离子等。但是，海水决不是简单的无机盐的组合，海水中还含有大量的微生物，浮游和污损（在海洋分类学中又泛称底栖生物）生物以及含碳、氮、磷等的有机物质，每升海水中含有109 数量级微生物，这些微生物包括细菌，古细菌和微藻等，这些微生物及其无机和有机代谢产物都会对材料腐蚀产生影响。

  人们常常发现，材料在人工海水中的腐蚀与材料在天然海水中的腐蚀现象和规律十分不同。这其中，微生物因素对腐蚀起着至关重要的作用。可以说，海洋微生物腐蚀是海洋腐蚀的关键特征之一。但由于微生物腐蚀的复杂性，相比于氯盐腐蚀等其他腐蚀形式，人们对微生物腐蚀的理解和认识，从基本现象到腐蚀机理研究，仍是远远不够的。仅从海区来讲，南海和黄海、东海的海洋腐蚀微生物可能是不同的；从所处腐蚀环境来讲，海洋潮差区和海水全浸区、海洋沉积物区的腐蚀微生物也可能是不同的。

  二、生物膜与微生物群落

  无论何种材料，一旦浸入到海水中，海水中的有机分子、某些附着微生物就会在其表面相继附着，在 24 小时内会形成初期生物膜，在污损生物丰富的海域，如果没有合适的防护手段，会进一步形成生物污损。其中，生物膜是海洋微生物生存发展的重要场所，对于金属材料而言，生物膜是腐蚀微生物对材料发生作用的主要场所。在形成初期生物膜后，随着时间推移，还会进一步与材料表面相互作用，生物膜内好氧微生物群落会向厌氧微生物群落发展，并依所附着材料不同，最终形成较为复杂的微生物群落。目前针对钢铁锈层腐蚀微生物群落的有关研究表明，微生物群落中可能含有硫酸盐还原细菌、铁氧化细菌、铁还原细菌等。在微生物腐蚀研究中，人们对钢铁等材料表面的腐蚀微生物群落组成的了解仍是极其有限的，必须借助于微生物学、分子生物学的有关现代研究工具开展深入研究。

  生物膜内外的环境与海水本体环境显著不同。生物膜作为一种活性膜层，会代谢产生胞外聚合物质，这种胞外聚合物质含有胞外多糖、微生物的含碳、氮、磷等的代谢有机物质和无机物质等等，它们在金属的腐蚀中起着重要作用。

  它们产生的酸性代谢物质可能改变金属界面的pH值， 并阻隔与外界的物质传输，如溶解氧的输入。有测量表明，钢铁表面生物膜内外的溶解氧差别显著，从本体溶解氧浓度迅速降至几个 ppm。了解生物膜内的理化参数指标对理解微生物腐蚀具有重要作用。

  三、腐蚀微生物及其腐蚀破坏机制

  虽然海洋微生物的种类繁多，但人们目前认知的腐蚀微生物的种类，仍是极其有限的，对腐蚀微生物群落的研究，也是处于起步阶段。和腐蚀相关的微生物，通常的分类有产酸细菌，金属氧化细菌、铁还原细菌、硫酸盐还原细菌和产甲烷古菌等，而实际腐蚀微生物群落中存在的细菌远比此复杂。已知的腐蚀微生物最广为人知的当属硫酸盐还原细菌，最早发现在埋地铸铁管线环境中，后来发现广泛存在于海泥、海水、工业水等环境中，能够导致加速的腐蚀破坏，至今仍是微生物腐蚀研究的典型模式微生物。

  经过几十年对 SRB 腐蚀机理的不断研究，人们对其腐蚀作用机制有了新的认识。1934 年 Kuhr 最早提出了 SRB 阴极去极化作用的经典腐蚀机理，SRB 可通过自身产生的酶氧化吸附在金属表面的氢，起到阴极去极化作用。最近的研究表明，SRB 更可能是一种电活性微生物，SRB 在与钢铁发生腐蚀时，实际是通过氢化酶等催化产生氢气而不是消耗氢气，SRB 可以直接或间接从铁中获得电子来加速阳极反应过程，而非依靠消耗阴极氢。微生物作为一种活的生物体，其自身的代谢过程可能与金属的腐蚀有着更为直接的关系，研究微生物本身及其活性代谢物质与金属腐蚀的电化学反应过程是今后一段时期内微生物腐蚀研究的一个重要研究内容。

  四、材料的海洋微生物腐蚀破坏现象与类型

  对于金属材料，通常认为，几乎所有材料如碳钢、低合金钢、不锈钢、铜合金、铝合金甚至钛合金等，都会遭受微生物腐蚀的影响。对于海洋微生物腐蚀，有两种典型的腐蚀现象，一种是所谓的电位正移现象，一种是腐蚀产物的硫化现象。电位正移现象主要是指不锈钢等钝性金属，在天然海水中短期浸泡（几星期到几个月），出现开路电位正移现象， 正移幅度在+200-400mV之间，而在灭菌海水中则不会出现这种现象。

  在开路电位正移的同时，还观察到加速的阴极氧还原现象。有的研究者认为电位正移加速缝隙腐蚀，而相反的研究结果则认为电位正移对腐蚀具有抑制作用。虽然人们认识到是微生物引起该现象，但对该现象机理的解释仍未有统一的认识。对于腐蚀产物的硫化现象，则有较统一的认识，即硫酸盐还原菌的厌氧微生物腐蚀是其原因，硫酸盐被还原产生硫化氢，导致腐蚀产生的硫化。但细节的腐蚀作用过程仍是待深入研究的。

  微生物腐蚀之所以受到广泛关注，主要是微生物诱导加速材料的腐蚀破坏。今后，海洋金属材料特别是海洋高强钢等材料将在海洋资源开发中得到更广泛应用，关注和分析这些材料在海洋环境中的腐蚀破坏因素是十分必要的，其中，微生物将是其中的一个重要因素。

黄、渤海污损生物生态特点及研究

  污损生物群落在海洋环境中人工设施上的形成和发展中经历了从无到有、从简单到复杂的过程 , 而且大量的实验和调查结果表明 , 不同类型的海洋人工设施上的污损生物群落具有独特的附着作用机制和演替变化规律。地理位置的不同和环境因素的差异 , 各海域污损生物状况会有所变化，黄海域与渤海海域的污损生物的生态特点有哪些？本文综合分析了黄、渤海海域污损生物群落的种类组成、数量大小、分布状况、季节变化等特点。

  渤海是我国的内海，由辽东湾、渤海湾、莱州湾和中央区 4 部分组成，总面积约为 717 万 km 2 ，平均水深为18m， 其东面通过渤海海峡与黄海相连。黄海是一个半封闭的大陆架浅海，其东濒朝鲜半岛，西临山东半岛和苏北平原，北面辽东半岛，南接东海，总面积约为40 万 km 2 ，平均水深约为 44m。黄、渤海的自然资源极其丰富，不仅分布着一些著名的大渔场 , 而且还是我国重要的水产养殖区域，并蕴藏着丰富的海洋油气资源，近年来渤海海区的海洋油气资源开发已渐具规模，成为我国目前最大的海洋石油生产基地。

  为适应海洋经济产业迅猛发展的需要，目前人们已对黄、渤海污损生物群落研究做了大量工作。本文综合分析了黄、渤海海域污损生物群落的种类组成、数量大小、分布状况、季节变化等特点，并与邻近海区污损生物群落进行了比较，初步探讨了下一阶段的研究重点，以期为生物污损的进一步基础研究和防除应用提供参考和依据。

  渤海污损生物组成和分布

  辽东湾海域

  在东北部的金州湾附近 , 没有大的河流注入，污损生物优势种多为温水种类，如海筒螅、内刺盘管虫、柄瘤海鞘、紫贻贝等 , 其它常见污损生物种类还有长鳃麦杆虫、角突麦杆虫、葡茎草苔虫、多室草苔虫、西方三胞苔虫、大室膜孔苔虫、 纹藤壶、 华美盘管虫、 史氏菊海鞘、玻璃海鞘、曲膝薮枝螅、浒苔等。

  位于辽东湾西南的秦皇岛港，港内风浪不大，海水盐度较低，透明度小。

  污损生物种类贫乏，以苔藓动物、软体动物和管栖多毛类为主，优势种是西方三胞苔虫、独角裂孔苔虫、美丽琥珀苔虫、密鳞牡蛎和褶牡蛎及螺旋虫；海藻的种类和数量均不多。

  离岸约 40km 的海洋石油平台，其上的污损生物群落主要由软体动物和腔肠动物组成，其中占绝对优势的是紫贻贝，其余污损生物种类主要是东方缝栖蛤、云石肌蛤、曲膝薮枝螅和鲍枝螅。

  渤海湾海域

  在渤海湾内的塘沽新港，致密藤壶、大连湾牡蛎、长牡蛎、曼哈顿皮海鞘和柄瘤海鞘是污损生物群落中最主要的优势种，其它常见污损生物种类为肠浒苔、浒苔、环口线螅、大室膜孔苔虫、相似膜孔苔虫、泥藤壶和蜾蠃蜚等。

  位于渤海湾西部、离岸约 20km 的石油平台试板上的污损生物以鲍枝螅占绝对优势，其它常见污损生物种类为蜾蠃蜚、泥藤壶、双花假膜孔苔虫、曲膝薮枝螅、锐足全刺沙蚕和镰形叶钩虾等。

  邻近的石油平台，分布着污损生物群落的主要日本巨牡蛎 , 其它污损生物重要种类为玫瑰红绿海葵、黄侧花海葵和宽阔峰海绵。在黄河口附近、距岸约40km 的石油平台，则以大室膜孔苔虫为污损生物优势种，密鳞牡蛎、褶牡蛎、玫瑰红绿海葵、泥藤壶等为污损生物群落的重要组成种类。

  莱州湾海域

  莱州湾位于山东半岛西北的渤海南部，入海径流丰富，营养盐充足，三山岛至龙口近海盐度最高，黄河口附近次之，南部沿岸海域最低。该湾海域是我国海湾扇贝养殖相对集中的区域之一，污损生物优势种主要为长牡蛎、褶牡蛎、紫贻贝、 泥藤壶、 纹藤壶、 阔口隐槽苔虫、西方三胞苔虫等种类。

  渤海中部海域

  渤海中部海域开阔，人工设施主要是海洋石油平台。污损生物群落中的紫贻贝占优势，且污损生物附着量特别大，还有大量的密鳞牡蛎、褶牡蛎、东方缝栖蛤、玫瑰红绿海葵和多种苔藓虫等出现；东方缝栖蛤和玫瑰红绿海葵等。

  渤海海峡

  位于渤海海峡的砣矶岛，水域开阔，盐度较高，污损生物群落中大量出现个体小、重量轻的水螅、苔藓虫和端足类，而个体大或具石灰质外壳的污损生物种类如柄瘤海鞘、致密滕壶、纹藤壶等的数量很少。污损生物优势种为半球美螅水母、中胚花筒螅、漂亮管孔苔虫、四方三胞苔虫、紫贻贝、东方缝栖蛤、多棘麦秆虫、厚角蜾蠃蜚和镰形叶钩虾等。另外，该水域冬、春两季浒苔占优势，夏季则以水云为主，秋季污损生物优势种为多管藻。

  黄海污损生物组成和分布

  辽东半岛东南部海域

  位于黄海北部的长山群岛海域，水流通畅，盐度较高，污损生物优势种为紫贻贝、柄瘤海鞘、埃氏蛰龙介虫 , 其它污损生物重要种类为海带、裙带菜、鼠尾藻、鹿角藻、萱藻、囊藻、沙海螂、皮海绵、薮枝螅、须毛高领细指海葵、才女虫、多棘麦杆虫、玻璃海鞘等。

  位于辽东半岛的大连湾，水域开阔，污损生物种类组成也较为丰富，群落中同时有暖温带和寒温带的种类，污损生物优势种主要有纹藤壶、缺刻藤壶、东方小藤壶、 紫贻贝、 褶牡蛎、 葡茎草苔虫、美螅、 海筒螅、 曲膝薮枝螅、 内刺盘管虫、史氏菊海鞘、玻璃海鞘、紫拟菊海鞘、多棘麦秆虫、石莼、软丝藻和浒苔等。

  黑石礁海区的水质优于大连湾 , 透明度较大 , 污损生物群落中藻类所占的百分比大于大连湾 ; 污损生物群落种类组成以紫贻贝、东方小藤壶、内刺盘管虫、西方三胞苔虫、颈链血苔虫、迈氏软苔虫、柄瘤海鞘、紫拟菊海鞘、镰形叶钩虾和石莼为优势种。

  位于辽东半岛南端的旅顺港水质清澈通畅 , 盐度较高 , 透明度较大 , 污损生物种类比较丰富 , 且以温带种为主。污损生物优势种为柄瘤海鞘、葡茎草苔虫、阔口隐槽苔虫和紫贻贝 , 较为常见的污损生物有曼哈顿皮海鞘、史氏菊海鞘和龙介虫类等种类 , 而肠浒苔和浒苔等藻类的附着仅在 5-8 月出现。

  山东半岛东北部海域

  烟台港水色清澈、透明度大 , 盐度高且稳定 , 污损生物的种类组成比较复杂，既有温带种，也有暖水的广分布种，污损生物优势种主要为肠浒苔、海筒螅、葡茎草苔虫、华美盘管虫、紫贻贝、致密藤壶、蜾蠃蜚、镰形叶钩虾、纹藤壶、柄瘤海鞘和曼哈顿皮海鞘。

  烟台四十里湾为耳状半封闭海湾 ,是重要的浅海养殖海区 , 主要养殖双壳贝类 （ 扇贝、贻贝和牡蛎等 ） 和海带。

  该海湾污损生物主要有纹斑棱蛤、柄瘤海鞘、玻璃海鞘、中国豆海鞘、曼哈顿皮海鞘、紫拟菊海鞘和孔石莼。

  分别位于蓬莱和长岛的两个扇贝养殖场相距虽不很远 , 但两地污损生物优势种却不尽相同 , 蓬莱养殖场污损生物优势种为紫贻贝和葡茎草苔虫 , 污损生物重要种类以海筒螅和浒苔为主 ; 长岛养殖场污损生物优势种则是柄瘤海鞘和半球美螅水母 , 其它污损生物种类主要为紫贻贝、葡茎草苔虫和浒苔。位于山东半岛东端的威海市桑沟湾 , 为 半 封 闭 型 海 湾 , 总 面 积 约 为l3313km 2 , 平均水深为 7-8m，最大水深 为 l5-17m， 属 不 规 则 半 日 潮。 年平均水温为 13e 左右 ,2 月水温最低 ,月平均仅为 018e；8 月水温最高 , 为2419e。扇贝养成笼上的污损生物种类主要为玻璃海鞘、柄瘤海鞘、史氏菊海鞘、紫拟菊海鞘、带偏顶蛤、鲍枝螅、多管藻和海绵。

  胶州湾海域

  位于山东半岛南岸、胶州湾内的青岛港 , 其潮汐类型为规则半日潮 , 污损生物群落种类组成比较复杂 , 包括暖温带和寒温带的种类 , 且以柄瘤海鞘和纹藤壶组成污损生物群落的优势种。其它污损生物重要种类为泥藤壶、糊斑藤壶、史氏菊海鞘、紫拟菊海鞘、葡茎草苔虫、褶牡蛎和浒苔等。

  连云港海域

  连云港位于黄海西岸 , 港内污损生物种类不多 , 主要有海鞘、苔藓虫、双壳类软体动物和藻类 , 其中污损生物优势种为曼哈顿皮海鞘、紫拟菊海鞘、阔口隐槽苔虫、葡茎草苔虫、美丽琥珀苔虫、密鳞牡蛎和肠浒苔等。另外 , 腔肠动物中的环口线螅和克氏殖口螅及多毛类的内刺盘管虫均是比较常见的污损生物种类。

  吕四洋海域

  位于黄海南端的吕四洋 , 是我国的主要渔场之一。该海区污损生物种类不多 , 但优势种比较突出 , 附着量大 , 主要有泥藤壶、长牡蛎、褶牡蛎、中胚花筒螅、管栖端足类、凸壳肌蛤和太平洋侧花海葵等。

  黄、渤海地处温带 , 所出现的污损生物为广盐和低盐的温带种和广温种 ,主要有软体动物、苔藓动物、甲壳类、多毛类、腔肠动物、海鞘和藻类 , 其中双壳类软体动物的优势种是紫贻贝和褶牡蛎 ; 苔藓动物的种类主要为葡茎草苔虫和西方三胞苔虫 ; 甲壳类的优势种主要是纹藤壶、致密藤壶和泥藤壶 ; 多毛类则以华美盘管虫、内刺盘管虫、龙介虫和覆瓦哈鳞虫为主 ; 腔肠动物则主要为鲍枝螅、半球美螅水母、海筒螅和曲膝薮枝螅 , 且受季节变化影响极其明显 ; 被囊动物的优势种是柄瘤海鞘和曼哈顿皮海鞘 ; 藻类则以石莼、肠浒苔、萱藻和多管藻为主。

  由于地理位置的不同和环境因素的差异 , 各海域污损生物状况会有所变化 : 在水流不畅如秦皇岛港和连云港 ,污损生物的种类不多 , 附着量较低 , 且主要是密鳞牡蛎、 苔藓虫和海鞘等种类，藤壶较少出现 ; 而在入海径流丰富、盐度较低的海域如渤海湾、莱州湾和吕四洋海域 , 优势种中会出现泥藤壶和长牡蛎等种类。在水流通畅 , 盐度较高的近岸海域如辽东半岛东南部海域和山东半岛东北部海域 , 污损生物种类丰富 , 优势种组成比较复杂 , 生物附着量也比较大 ; 远岸的开阔海域如渤海中部海域 ,紫贻贝则在污损生物群落中占优势地位 , 类似情况也出现在英国北海离岸海洋油气设施上。

  另外 , 黄、渤海污损生物的种类组成和数量大小还随季节发生明显变化 ,一般夏、秋季污损生物的种类最多和数量最大，春季次之，冬季由于水温太低，很少有污损生物附着 ; 而且南部海区的污损生物附着期会有所延长 : 如连云港和吕四洋海域仅在 12 月至翌年 2 月未见污损生物附着 , 而烟台港、渤海湾、旅顺港等则从 12 月至翌年 3 月均无污损生物附着。此外 , 人工设施浸海时间也对污损生物群落产生影响 , 如牡蛎和贻贝等双壳类软体动物常在浸海时间较长的生物群落中占优势，这是因为牡蛎、贻贝等个体大、生长周期较长 , 得以充分生长而排斥了其它生物。类似现象在高温高盐的南海也可观察到。

  在与黄海南部相接的东海 , 污损生物优势种主要是网纹藤壶、三角藤壶、红巨藤壶、钟巨藤壶、翡翠贻贝等 ; 而致密藤壶这类北方海区的污损生物优势种未在东海出现 , 这可能因受长江径流的影响 , 导致东海的污损生物优势种与黄、渤海明显不同 ; 另外 , 东海污损生物附着状况的变化类似于黄、渤海 , 即由北往南污损生物附着期随水温上升得以进一步延长。

  东海污损生物附着量大于黄、渤海和南海 , 可能与东海污损生物优势种个体较大、其它海区污损生物优势种个体相对较小有关。处于高温高盐环境中的南海 , 其沿岸港口和海湾的污损生物优势种虽仍为无柄蔓足类和双壳类软体动物 , 但主要是网纹藤壶和翡翠贻贝 , 而不是出现在黄、渤海的致密藤壶和紫贻贝等种类 ; 且污损生物附着量也表现出夏、秋多于冬、春季的状况。处在南海北部大陆架、远离陆地和岛屿的固定式近海设施 , 其污损生物优势种主要是齿缘牡蛎和覆瓦牡蛎 , 而渤海中部海域海洋石油平台上的污损生物则以紫贻贝为绝对优势种。

  韩国南部的马山附近海域 , 浮筒上所附着的污损生物优势种为紫贻贝 , 马山港和邻近镇海港的挂板调查结果也表明污损生物的优势种为紫贻贝、纹藤壶、内刺盘管虫和分胞苔虫 ; 位于全罗南道的光阳港 , 污损生物主要有白脊藤壶、浒苔和萱藻等种类。由此可见 , 韩国南部海域污损生物的优势种组成和邻近的黄、渤海基本一致。

  日本长崎港最主要的污损生物为纹藤壶 ; 位于九州西南的富冈湾 , 污损生物优势种则为海鞘和高襟拟分胞苔虫。

  本州伊豆半岛东部的相模滩 , 其污损生物优势种主要为中胚花筒螅、红巨藤壶和紫贻贝 ; 而邻近的 Nabeta 湾 , 污损生物优势种则为日本巨牡蛎、三角藤壶、海鞘和有孔右旋虫。可见 , 日本海域某些污损生物优势种 （ 如纹藤壶和紫贻贝 ） 也是黄、渤海海域的污损生物优势种 , 且中胚花筒螅和日本巨牡蛎等种类在黄、渤海也较为常见。至于热带、亚热带海域污损生物优势种之一的翡翠贻贝 , 虽可在东京湾内出现 , 但冬季会大量死亡 , 只有少数个体存活于工厂循环冷却水排放的海区。

  濒临日本海的俄罗斯沿岸 , 污损生物种类主要有多毛类的华美盘管虫和才女虫、无柄蔓足类的致密藤壶和尖吻藤壶及双壳类软体动物中的长牡蛎和贻贝，其中优势种为长牡蛎、 贻贝和致密藤壶。

  在黄、渤海海域 , 致密藤壶附着高峰期一般都在夏、秋季 , 而在该海域污损生物的年附着高峰期一般出现在 11 月。

  总的来看 , 黄、渤海污损生物群落结构与纬度相近的韩国南部海域以及日本邻近海域较为相似 , 而与东海和南海则存在明显的差别。

  为了更好了解和掌握污损生物群落动态变化规律及发展趋势 , 需把不同营养水平的海洋生物群落的分布和生存变化与食物条件、捕食关系等生物条件及其它如物理环境等非生物条件相联系起来进行综合分析探讨 , 揭示存在于其间的相互关系，建立相应的数学生态模型。

  基于数学生态模型的建立必须以大量的实验和调查数据为基础 , 确定影响该模型的主要参数 , 因此 , 下一阶段应在补充调查污损生物群落资料和所处环境参数的基础上 , 开展多变量分析在污损生物群落研究中的应用 , 为最终建立污损生物数学生态模型、准确预测污损生物群落演替发展趋势、有效地为生产和科研活动提供科学依据奠定基础。

  另外 , 污损生物群落在海洋环境中人工设施上的形成和发展经历了从无到有、从简单到复杂的过程 , 而且大量的实验和调查结果表明 , 不同类型的海洋人工设施上的污损生物群落具有独特的附着作用机制和演替变化规律 , 如在悉尼港内 , 浮筒、桩柱和人工礁石三种不同生态环境中的污损生物群落演替过程各有其特点。了解和掌握特定海区污损生物群落演替发展规律和作用机制 , 不仅能为退化海洋生态系统物种多样性的恢复提供依据 , 而且能够丰富和发展海洋恢复生态学这一新兴学科 , 为合理开发利用海洋生物资源、保护海洋环境、促进海洋经济开发活动的持续发展奠定基础。

  海洋生物污损防治

  生物污损是一个老生常谈的问题了，自打人们开始造船，这种固着的水生生物就没有少过，它们随时会附着在船体上并把船体当成安家的理想场所。

  全世界的海军和航运业都清楚，带着这些附着在船体上的五花八门的水下野生生物航行会给船的性能、速度和燃料消耗带来巨大的不利影响。

  一、生物污损的形成

  生物污损根据其在基体上的附着形式可分为两类：第一类污损是由各种细菌和微型动植物等微观有机体吸附在材料表面并繁殖引起的，称之为微生物污损；第二类污损是各类大型藻类及原生动物个体附着在基体表面并逐渐繁殖而形成的，称为大型生物污损，是肉眼可见、最为常见也是最为广泛的一类污损。

  海下固体表面上生物污损层的形成历经三个阶段，即修整膜、生物膜和生物污损层。任何侵入海水的物体在数分钟内表面就会吸附一层有机物，形成修整膜；然后细菌和硅藻等相继在修整膜上附着并分泌胞外代谢产物形成微生物膜或黏膜；随后其他原核生物、真菌、藻类孢子以及大型污损生物幼虫在膜中发育生长，最后形成复杂的大型污损生物层。作为海洋污损的必经阶段，生物膜厚度可达微米级，是由微小生物及其代谢物连同海洋中的一些有机物、颗粒物相互粘连一起形成的厚度小于 1mm的膜状生物群落，研究表明水、细菌及其胞外高聚物是生物膜的主要成分。生物膜的形态及结构在很大程度上决定大型污损生物的附着，并最终影响整个生物污损层的形成。

  海洋生物污损过程大体可分成三个阶段：初期阶段、发展阶段、稳定阶段。

  污损过程初期阶段为细菌和硅藻分泌粘液在海中洁净物体表面形成微生物粘膜；发展阶段为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的主导种；稳定阶段为生长期长、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，随着时间的推移，其结构不会发生很显著的变化。

  二、生物污损的危害

  污损生物的种类和污损的影响程度随海域、海水深度、温度和使用海水的设施的不同而不同。海洋生物污损的危害可以归纳为三大类：

  加速金属的腐蚀污损生物在钢板上附着，由于硫酸盐还原细菌、铁细菌的作用，使金属的腐蚀加剧；一些污损生物会破坏金属表面的涂层，使金属裸露而导致金属的腐蚀；有石灰外壳的污损生物覆盖在金属表面，改变了金属表面的局部供氧，形成氧浓差电池而加速腐蚀；一些藻类由于光合作用产生氧气，增加水中的溶解氧的浓度，从而加速金属的腐蚀。影响设施的正常使用对船舶来说，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可以造成海中的仪表及转动机构失灵，影响声学仪器、浮标、网具、阀门等设施的正常使用。

  影响水产养殖业的产量和质量污损生物的附着影响牡蛎等养殖贝类的正常生长，使其产量下降。而污损生物在藻类表面的附着，影响了藻类养殖产品质量。

  三、生物污损的防治方法

  海洋生物污损的防治方法多种多样，目前国内尚无统一的分类标准。按防污技术所采用的原理，将其分为以下几种：

  物理防污法指采用物理手段如提高流速、过滤、超声波等来达到防污的目的。物理防污法主要有人工或机械清除法、过滤法、加热法等。人工或机械清除法：主要用于对已经附着污损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。

  过滤法一般和别的防污方法联合使用，作为对海水的初级处理。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，然后用大量海水清除残骸。

  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。紫外线防污法，利用紫外光杀死污损生物，从而达到防污的效果。物理防污的方法中，目前最先进的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。

  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直接加入法、电解法和化学防污涂料法。

  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它方法所取代。加入臭氧的方法是一种比较新颖的防污方法。目前国内已有相关的研究报道。与加入氯相比，臭氧具有更强更广谱的杀生作用，而且杀生速度快无污染。臭氧防污技术有着良好的发展前景，但这项技术还有待于进一步完善。

  四、海洋防污

  海洋防污涂料

  海洋防污涂料有着悠久的历史，最初的防污涂料技术可以追溯到 1625 年Willian Beale 的发明，但是直到 1860 年代，才有可实用的防污涂料出现。传统的海洋防污方法是涂装毒性防污涂料，这类防污涂料是以毒料缓慢地释放到船体表面的层流水层中，以杀死在船体表面自由活动的附着生物幼体来达到防除的效果。20 世纪 70 年底以来，国内外大部分国家的船舶都采用自抛光 TBT 共聚物涂料来防治海洋生物污损。这种生物毒素涂料可以阻止污损生物的累积、降低动力拖曳而减少燃油损耗、降低船舶进干坞和清洗时间。由于传统的船舶防污涂料会向海水释放有毒的颜料，分解难以控制，防污有效期短，随着防污技术的进步，这类防污技术已经基本淘汰。而后取而代之的是含金属离子（铜、锌）和杀虫剂的低毒防污涂料，由于不易降解的金属离子在海洋中的沉积和杀虫剂对非目标性海洋生物的毒杀，仍然会对海洋环境造成污染和影响，于是技术逐渐转向新型无毒防污技术。新型无毒防污技术的发展非常活跃，包括低表面能防污、高吸水树脂为基础的防污、电解海水防污、表面植绒防污、硅酸盐高碱性表面防污、纳米防污及生物防污方法。

  低表面能防污技术

  表面能是指某一表面与另一表面的连接能力，表面能低可以阻止海洋生物最初的附着。经研究得知如果能使船体或人工设施表面的自由能降低，利用涂层的疏水结构和低表面能等物理特性防污的完全无毒防污涂料，可使海洋污损生物难以在上面附着，即使附着也不牢固，在水流或其他外力作用下就容易脱落，因此，该类涂料又称之为不粘性涂料或污损物脱落型涂料。低表面能防污涂料通过对机体树脂进行改性，降低漆膜面自由能的方法来抑制海洋生物附着的目的。涂料的表面能只有在低于20mN/m，即涂料与液体的接触角大于98°时才具有防污效果。基于其设计思想，研究人员选择具有低表面能特性的含氟高聚物和有机硅材料进行海洋防污涂料应用研究。聚四氟乙烯具有很低的表面能（18.5mJ/m 2 ），与水的接触角为114°， 理论上应具有优异的防污性，但研究发现防污能力很差，美国海军实验室Schmidt等人研究其原因为：第一，涂层致密性较差，海洋微生物易于深入涂膜内并牢固粘附在涂料孔洞内；第二，涂层表面绝大部分是 CF2 基团，其耐生物附着性能较差；第三，海洋微生物接触涂层表面时，诱导表层聚合物发生重排，使涂层表面能变大。有机硅防污涂料经历了从有机硅橡胶到改性有机硅树脂的研发过程，Brady 等研究了有机硅和氟碳树脂两种涂层上生物的脱落剥离，认为污损生物从涂层表面的剥落可分为剥离、平面剪切、非平面剪切三种方式。

  其中剥离脱落所需的能量最小，污损生物不容易粘附或粘附后最容易脱落。为使污损生物以剥离方式从涂层表面脱落、低表面能防污涂料的涂膜除了必须具有低的表面能外，还应具有足够低的弹性模量。涂膜的弹性模量越低，防污效果越好污损生物的附着量与弹性模量和表面能乘积的平方根成正比。此外防污效果还与涂膜厚度有关，涂膜越厚，污损生物越容易从涂膜表面剥离。低表面能海洋防污涂料研发至今，所合成材料的表面能已经很低（约为 6mJ/m 2 ），然而即使具有最低表面能的光滑表面，其与水接触角也仅有120°， 难以在高。

  近年来，人们相继发展了许多对材料表面进行纳米尺度粗糙化的技术，从而实现大大提高材料表面疏水性能的目的。

  应用技术制备的表面与水的接触角都达到 150°以上，具有超疏水性能和优异的耐粘污性能。

  仿生防污涂料

  生活在海洋中的生物大多具有抵制附着海洋生物的能力：大型哺乳动物海豚的表皮能分泌出特殊的黏液，形成亲水低表面能表面， 使海洋生物难以附着；海蟹可以分泌出一种酶，这种酶能抑制附着生物产生的生物胶的凝固，从而防止生物附着，海藻含有对附着生物有避忌或抑制作用的化学物质；珊瑚、海绵的代谢物能强烈抑制纹藤壶幼虫的附着，致死率低于 5%，远远低于常用防污剂中的 CuSO 4 。仿生防污涂料利用的是仿生学原理，主要有两个方向：一个是提取海洋中的天然活性物质作为防污剂；另一个是模拟大型海洋动物的表皮结构来实现防污。受海豚表面光滑粘膜的启发，研究人员开发出一种可生物降解以乳酸为基础的树脂成膜物。将这种成膜物涂覆在船体表面，形成一层光滑粘膜，随着船舶航行不断降解，始终保持船体表面光滑，达到防污的目的。德国、美国的科学家已表征了大型海洋动物的表皮结构，这些表皮的表面存在微米级沟槽，同时能分泌黏液，这样的特殊结构能阻止海生物的附着，通过仿生方法，利用化学手段模拟这些表层结构，这一技术一旦取得成功，仿生防污涂料将成为真正的无毒防污涂料。

  海洋防污涂料的发展呈现多品种趋势，在众多环保型海洋防污涂料中，对低表面能高分子型的海洋防污涂层的研究与开发仍然是目前环保型海洋防污层研究的热点，随着人们海洋环境保护意识的增强，研究与开发稳定性好、效率高的环境友好型防污涂料是海洋防污涂料技术的最终目标。

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注国家材料腐蚀与防护科学数据中心http://www.ecorr.org