近海污损生物生态研究进展
李静;严涛;曹文浩;陈池;陈如江
【摘要】污损生物是影响海洋设施安全与使用寿命的重要因素之一.由于地理位置
和环境因素的差异,各近海海区污损生物群落的种类组成和结构特点会出现不同,但
基本上均由双壳类和无柄蔓足类构成污损生物群落的主要框架.开展数学生态模型
研究是准确预测污损生物群落形成和发展过程的关键,但这需以大量的实海调查资
料及数据库的构建为基础.此外,探讨污损生物群落的演替变化机制还可为海洋恢复
生态学的发展提供借鉴.因此,开展近海污损生物研究不仅在海洋产业具有极高的应
用价值,而且在基础研究领域也具有重要的科学意义.
【期刊名称】《海洋通报》
【年(卷),期】2010(029)001
【总页数】7页(P113-119)
【关键词】污损生物;近海;海洋设施
【作者】李静;严涛;曹文浩;陈池;陈如江
【作者单位】广东轻工职业技术学院,广东,广州,510300;中国科学院南海海洋研究
所,广东,广州,510301;中国科学院南海海洋研究所,广东,广州,510301;中海石油(中
国)有限公司番禺作业公司,广东,深圳,518067;中海石油(中国)有限公司番禺作业公
司,广东,深圳,518067
【正文语种】中文
【中图分类】X17
海洋污损生物是影响海洋设施安全与使用寿命的重要因素之一,它的附着会增加船
舶航行阻力,增大燃料消耗,降低舰船在航率;堵塞海水管道系统,影响供水或冷
却效果;改变金属腐蚀过程,引发局部腐蚀或穿孔腐蚀;降低水中设备、仪表及转
动部件的灵敏度,干扰海洋声学仪器正常工作;增加航标和网箱等设施的额外重量,
减少浮力甚至导致漂移和磨损,大大缩短其工作时间[1-6]。
对大型海洋结构物而言,污损生物的附着不仅会妨碍水下检测、保养和维修等工作
的进行,而且增加海洋结构物的自重,提高其重心,增大导管架构件的直径和表面
粗糙度,加大对波浪和海流的阻力,从而造成动力载荷效应显著增加,在强风暴的
恶劣天气状况下可能导致失衡以致倾覆[6-10]。
早在古时,人们就已意识到生物污损的危害并采用各种方法试图解决这一难题
[11,12]。为避免和减轻污损生物造成的危害,经济有效地控制海洋生物的附着,
必须事先了解和掌握相关海域污损生物的特点,以便采取针对性更强的防范措施。
在长期的各类涉海活动中,尤其近几十年里,海洋污损生物研究已成为国内外科研
人员共同关注的前沿和热点[8-13]。
目前,国际上通常将离岸3nmile以远或水深超过50m的海域定义为近海海区
(offshoreareas)[13]。在过去的数十年时间里,不仅这些海区大规模地开发海
洋油气田,而且深水网箱养殖技术的出现也使传统网箱养殖区从10m以浅水域延
伸至此[14];此外,近海风力电厂的建设也得到迅猛发展[15,16]。因此,各类近
海设施的生物污损问题必然引起人们的重视。
在北美,早在20世纪40年代,Hutchins就研究了切萨皮克湾对出、离岸37~
112km的浮标上的污损生物[17];DePalma在1961年挂板调查了佛罗里达海峡
和巴哈马群岛等处的深海污损生物[18];70~80年代,Bascom等人则对南加利
福尼亚海域的4座平台展开了污损生物调查[19-21];在墨西哥湾,Pequegnat等
人研究了东北部海区污损生物种群及其幼虫输运和附着状况[22],Heidemant等
人则调查了位于路易斯安那陆架海域石油平台的污损生物群落[23,24],近来
Sammarco等人对西北部近海油气平台水下部位珊瑚群落的发展状况进行了探讨
[25]。在缅因湾西部,Greene和Grizzle通过吊挂尼龙网片的方法研究了水深约
55m深水网箱养殖海域污损生物群落的周年演替变化规律[14]。
在地中海,DePalma于1963年在撒丁岛近海水域进行了污损生物挂板调查,随
后Bellan-Santini等人在尼斯和马赛附近水域也展开了深海污损生物研究[26,27]。
伴随地中海海洋油气田的开发,从70年代中至90年代末,DallaVenezia、
Montanari和Morri、Relini和Matricardi及Relini等人分别研究了亚得里亚海
离岸7~18km的CNR.、PCWA、AGO-A和ANTARES等多座平台的污损生
物状况[13,28]。
在北海,随着海洋油气田的勘探和开发,英国能源部1974年颁布了近海设施规范
[29],要求在北海英国水域作业者报告他们设施上海洋污损生物的厚度和状况,并
作为平台入级的条件之一,从而使北海及邻近海区油气平台污损生物调查及其影响
研究随之得以迅速展开[2,7-9,30-32],并对污损生物群落长期演替变化状况进行
了探讨[33,34]。
在澳大利亚-新西兰近海水域,Foster和Willan研究了平台导管架从日本运输至
新西兰Maui海洋气田拖带途中初步形成的污损生物群落[35];随后,Foster进一
步对该平台污损生物群落进行了调查[36]。在澳大利亚西北部NorthRankin海洋
油气田,Pearce则从工程学角度初步分析探讨了NRA平台的污损生物状况[37]。
在亚洲,近海污损生物研究主要集中在阿拉伯海、波斯湾和萨哈林东部陆架海域,
其中阿拉伯海是在石油生产加工平台上挂板调查[38,39],波斯湾则对2座油气设
施进行原位采样[40];而在萨哈林东部陆架海域虽未开展过实海调查研究,但仍根
据邻近沿岸水域船舶和其他人工设施的污损生物参数对其进行了评估[41]。
目前,我国的近海污损生物研究还局限在渤海和南海北部的海洋石油开发区,其中
渤海除了在某石油平台进行污损生物挂板调查外[42],还对5座石油平台展开了污
损生物原位采样分析研究[43];至于南海北部海区,污损生物调查始于浮标挂板调
查[44],伴随着海洋油气田的开发和大型固定式海洋油气设施的出现,原位采样的
研究工作也随之得以展开[45]。
加利福尼亚南部近海水域污损生物主要是海葵(Corynactiscalifornicus、
Metridiumnile)和贻贝(Mytiludulis、rnicus)及海星(Pisaster
ochraeceus),接近海面的污损生物则以藻类和海葵为主,且厚度小于其他水层
[19-21]。
在墨西哥湾,东北部海区污损生物优势种是藤壶(Balanusvenustus);随离岸距
离增加,污损生物的附着量显著下降,且种类组成也发生明显变化[22]。在路易斯
安那陆架海域,污损生物优势种是维吉尼亚厚牡蛎(Crassostreavirginica)、致密
藤壶(Balanusimprovisus)、网纹藤壶(latus)和象牙藤壶(us),
其中藤壶只在离岸较近的设施上占绝对优势,而以双壳类为主的污损生物群落则出
现在远岸设施[23,24]。在西北部海区,近海设施约77%的表面被钟巨藤壶(M.
tintinnabulumtintinnabulum)覆盖,且污损生物群落呈多层附着[46];珊瑚丰
度随设施布设时间的延长而显著增加,优势种是Madracisdecactis、Diplora
strigosa和Tubastraeacoccinea,发育最好的珊瑚群落出现在布设12至15年
的平台[25]。
在缅因湾西部深水网箱养殖海域,5~9月份的污损生物附着密度和生物量均显
著大于温度较低的10月~翌年4月,优势种是紫贻贝(Mytiludulis),其他主
要种类为端足类(Caprellasp.、Jassamarmorata)、双壳类(Hiatellaarctica、
Anomiasp.)、海星(Asteriasvulgaris)和绣球海葵(Metridiumnile),某些种
类出现迁移现象也许是群落发展的一个重要过程[14]。
在佛罗里达海峡和巴哈马群岛海域,挂板调查结果显示污损生物以藤壶(Balanus
improvisus、us、us)、牡蛎(Ostreafrons、ris、
Crassostrearhizophoare、Pycnodontathomasi)、射肋珠母贝(Pinctada
radiata)、猿头蛤(Chamamacrophylla)和海菊蛤(Spondylusamericanus)等
为优势种,且种类和数量均随深度和离岸距离的增加而减少;200m以深水层试
板无生物附着,但在接近海底的1722m和1737m等处的试板上再次出现管栖
多毛类(Serpulidae和Sabellidae)和水螅(Tubulariidae)的附着[18]。
利古里亚海100m以深水层,污损生物主要为水螅(Eudendriumsp.,Lafoea
dumosa)、多毛类(Protulaintestinum、Pomatocerostriqueter、Hydroides
norvegica和Serpulavermicularis)、双壳类(Pteriahirundo、Heteroanomia
squamula、Chlamysopercularis)和苔藓虫(Cryptosulapallasiana、
Benedeniporadelicatula、um)等种类[13,47]。在爱奥
尼亚海水下100m处,污损生物优势种是Serpulavermicularis–echinata、
Vermiliopsisinfundibulum、Ostreasp.和Miniacinaminiacea[13]。
在利翁湾马赛近海20m以浅水层,污损生物主要是多毛类、双壳类和甲壳类,2
年后的生物附着量可达7511g/m2[26]。紫贻贝在亚得里亚海、爱奥尼亚海和利
古里亚海等近海石油设施10m以浅水层的污损生物群落中处优势地位,占总生物
附着量(湿重)的80%~95%[13];在亚得里亚海,20m以深海域底层试板上的
污损生物优势种为中胚花筒螅(Tubulariamembryanthemum)、致密藤壶和马
旋鳃虫(Pomatocerostriqueter)等[13],而位于水深12m和14m海域的
PCWA和ANTARES平台,其导管架基部的污损生物优势种则由长牡蛎
(Crassostreagigas)、紫贻贝和三角藤壶(Balanustrigonus)等组成[48]。
在北海南部海区,导管架的飞溅区、潮间带与低潮线下2m以浅部位的污损生物
优势种是浒苔(Enteromorphaspp.),并伴有刚毛藻(Cladophoraspp.)和酸藻
(Desmarestiaviridis)出现(在Borkum岛以北45km的平台导管架0~2m处
则以紫贻贝为优势种[15]);其以深部位附着大量的紫贻贝和筒螅(Tubulariaspp.);
随着深度进一步增加,绣球海葵成为群落的优势种;至导管架基部,则被缺刻藤壶
(Balanuscrenatus)和马旋鳃虫等种类污损[31]。
在中、北部海区,污损生物主要为紫贻贝、不等蛤(Pododesmuspatelliformis)、
肠浒苔(Enteromorphaintestinalis)、石莼(Ulvalactuca)、多管藻
(Polysiphoniaurceolata、ei)、水螅(Tubulariacoronata、Obelia
dichotoma、Laomedeaflexuosa、Bougainvilliaramosa)、苔藓虫(Electra
pilosa、Alcyonidiumhirstum)、绣球海葵、水手珊瑚(Alcyoniumdigitatum)、
藤壶(Balanusbalanus和)和丝管虫(Filogranaimplexa)等[33,49-
51]。在海流的影响下,邻近设施的污损生物群落会出现明显差异:如距岸约200
km的Forties平台,30m以浅水层是紫贻贝占优势;而位于其东南方40km的
Montro平台,则以藻类和水螅为主[52]。
在凯尔特海的KinsaleHead油气田,6m以浅水层的污损生物主要是多管藻
(Polysiphoniabrodiaei)和石莼,6~20m水层则以紫贻贝为优势种,更深处
的优势种为绣球海葵、水手珊瑚、龙介虫和深水藤壶(Balanushameri)[32]。
随着浸海时间延长,北海北部石油平台水下部位大部分被海葵覆盖,表现出中部海
区污损生物群落的特征[33]。此外,Whomersley等通过分析1989年—2000年
期间北海4座石油平台污损生物检测资料,认为北海石油开发区污损生物群落之
间的差异会随时间减少[34]。
位于澳大利亚西北的NorthRankin海洋油气田污损生物种类主要是珍珠贝、牡蛎、
软珊瑚,平台导管架上生物群落平均厚度为13cm,但在接近海面和海底处的生
物附着厚度显著减少[37];在塔斯曼海Maui天然气田,当导管架上形成复杂的污
损生物群落后,数年前观察到的、在导管架拖带运输途中附着的茗荷类生物已在群
落中完全消失[35,36];浅水部位的优势种为翡翠贻贝(Pernaviridis)[53]。
萨哈林东部陆架海区尚未开展污损生物调查,但Zvyagintv等人根据邻近沿岸
海域船舶和人工设施污损生物定性、定量调查资料,认为该海区污损生物主要由藤
壶(Balanuscrenatus、Chthamalusdalli和Semibalanuscariosus)、双壳类
(Mytilustrossulus)、褐藻(Laminariajaponica和Alariafistulisa)、绿藻
(Enteromorphaprolifera)、海鞘和海绵等组成,最大生物量出现在水下20m的
范围内,石油平台作业两年以上需进行检测和采取相应措施防止污损生物引发危害
[41]。
在阿拉伯海,位于孟买西北170km、水深约78m海域的污损生物主要由牡蛎
(Saccostreasp.)、复海鞘、水螅、海葵、多毛类和藻类等组成,种类的分布与深
度密切相关,水下22m处的生物附着量最大且优势种为牡蛎,62m处则主要是
腔肠动物和苔藓虫[38,39]。
在波斯湾海域,离岸海洋油气设施的污损生物主要是藤壶、双壳类、苔藓虫和单体
珊瑚等种类,其群落结构与周围底栖生物存在较大差异。在离岸80km、位于
11m水深的Zakum平台,各水层污损生物均以藤壶为优势种;而在距海岸约20
km、水深22m的UmmalDalkh平台,10m以浅水层双壳类约占50%,而水
下20m处的优势种为单体珊瑚(Paracyathussp.),其次为苔藓虫[40]。
2.6.1渤海在渤海湾西部离岸约20km海域,鲍枝螅(Bougainvilliasp.)在短期
污损生物群落中占绝对优势,其次为蜾赢蜚(Corophiumcrassicorne)、泥藤壶
(Balanusuliginosus)、双花假膜孔苔虫(Membraniporopsisbifloris)等[42]。污
损生物顶级群落的厚度介于2~9cm,主要致厚种是日本巨牡蛎(Crassostrea
nippona),重要种类为玫瑰红绿海葵(Sagartiaroa)、黄侧花海葵
(Anthopleuraxanthogrammia)和宽阔峰海绵(Haliclonapalmata)[43]。
在邻近黄河口离岸约37km的海域,污损生物顶级群落厚约3~12cm,其中优
势种为大室膜孔苔虫(Membraniporagrandicella),重要种类是密鳞牡蛎
(Ostreadenlamellosa)、褶牡蛎(Alectryonellaplicatula)、玫瑰红绿海葵和泥
藤壶等[43]。
在辽东湾离岸约37km的海域,15个月的污损生物群落厚约1~7cm,主要由
软体动物和腔肠动物组成,其中紫贻贝占绝对优势,其余种类主要是东方缝栖蛤
(Hiatellaorientalis)、云石肌蛤(Musculuscupreus)、曲膝薮枝螅(Obelia
geniculata)和鲍枝螅等[43]。
在渤海中部离岸约56~74km的海域,污损生物顶级群落最大厚度可达32cm,
其中紫贻贝在群落组成中占绝对优势,其次为东方缝栖蛤和玫瑰红绿海葵等种类;
牡蛎和苔藓虫仅在污损生物顶级群落中大量出现[43]。
2.6.2南海在珠江口东南海区离岸约16km的浮标站,各水层的污损生物均以无柄
蔓足类、海葵、双壳类和多毛类等华南沿岸海域常见种类为主,其中网纹藤壶占绝
对优势;至于离岸约72km的站位,不仅污损生物的种类和数量远远低于前者,
而且主要是细板条茗荷(Conchodermahunteri)、条茗荷(a)、茗荷
(Lepasanatifera)和水螅等种类[54]。在离岸114km以远的海域,污损生物群
落中已无沿岸海域常见的网纹藤壶出现[55]。
海南岛东部的文昌和琼东南海区,污损生物主要由热带、亚热带海区常见种类组成,
其中细板条茗荷、茗荷、鹅茗荷(Lepasanrifera)、褶牡蛎、双叉薮枝螅
(Obeliabidentata)和双齿薮枝螅(oma)等为优势种;南海沿岸海域常
见的网纹藤壶、三角藤壶、红巨藤壶(Megabalanusrosa)、钟巨藤壶等无柄蔓足
类在离岸43km的浮标站还有出现,但距岸126km的浮标站则仅有少量的块斑
藤壶(Balanuspoecilotheca)分布[56,57]。
海南岛西南离岸约30km的海域,除鹅茗荷和细板条茗荷等外海性种类为优势种
外,还出现网纹藤壶、高峰星藤壶、块斑藤壶、钟巨藤壶、牡蛎和珍珠贝等种类,
而且其对污损生物群落的厚度和附着量的大小产生重要影响。随着离岸距离增大,
无柄蔓足类的种类和数量均出现下降,至离岸约95km的海域,污损生物则以有
柄蔓足类和水螅为主,群落中仅有个别钟巨藤壶出现[58]。
北部湾东北部海区污损生物的优势种是网纹藤壶、齿缘牡蛎(Dendostreafolium)
和覆瓦牡蛎(Hyotissaimbricata)等种类,茗荷和鹅茗荷等有柄蔓足类仅在离大陆
约60km以远的海域偶尔出现。在离雷州半岛约7km的海域,污损生物以网纹
藤壶和高峰星藤壶为主,且无柄蔓足类在生物附着量百分组成中占绝对优势;而在
涠洲岛西南海域,则形成了以牡蛎-藤壶为主体框架、其间栖息着大量其他种类的
污损生物群落[45,59]。
处在离岸3nmile以远、水深大于50m海区的近海设施,由于地理位置和环境
因素的差异,各海区污损生物的种类组成会明显不同,但基本上均由双壳类和无柄
蔓足类(藤壶)等构成污损生物群落的主要框架;其中在温带海区双壳类软体动物
以紫贻贝为优势种,而热带海区则为牡蛎;无柄蔓足类(藤壶)应是污损生物群落
演替过程中极为重要的过渡性中间种类,且其种类和数量与海洋设施离岸距离密切
相关。至于有柄蔓足类,虽然龟足(Pollicipespolymerus)可在海洋石油平台栖
息附着[60],但茗荷、鹅茗荷和细板条茗荷等有柄蔓足类仅在浮标等漂浮或浮动性
设施上出现[61],造成这一现象的机制尚需进一步研究探索。
基于近海设施具有时间跨度大、分布范围广的特点,对其污损生物群落进行探讨不
仅可为深入研究海洋生物群落动态变化提供借鉴,而且相关研究成果甚至还可用于
探索某些全球海洋生态过程。例如,污损生物群落的形成和发展过程可充当研究生
态灾害(如火山爆发、长棘海星对珊瑚礁的破坏)发生后底栖生物群落恢复过程的
模型。此外,考虑到近海设施水下部位远比挂板调查所用试板的面积大,更利于生
物幼虫的附着和生长,其上形成的生物群落应能更全面真实地反映当地海区自然环
境中的生物状况,如对某些具代表性的近海设施长期开展定时定点的观察研究,将
可获得大量第一手资料。
另外,污损生物群落虽是分析探讨底栖生物群落演替变化规律极好的模型,然而,
近岸水域人类活动繁多,局部海域环境参数也易受径流和降雨等多种外在因素的影
响而发生变化,实验结果的不确定性和偶然性可能因此大为增加。至于远岸深水近
海海区,环境因子相对较为稳定,人为干扰机会也比较少,有利于排除多种偶发因
素的影响,降低问题的复杂性,并简化研究过程。因此,近海海区不仅是探讨污损
生物群落形成和发展作用机制的最佳地点,而且其研究成果也可为海洋恢复生态学
相关理论和假说提供借鉴。但是,作为一个新兴的研究方向和热点,这些工作尚处
于起步阶段,有关研究理念和分析手段均需进一步完善和提高。
目前,近海污损生物研究的历史还比较短,其进展基本取决于海洋石油开发、风能
利用和深海养殖等产业的发展状况,相关的定性和定量(尤其长期的)调查资料在
时间和空间上仍具有相当大的局限性。要了解和掌握某特定海区污损生物特点及准
确地预测其演替变化规律,开展污损生物数学生态模型研究极为必要,然而,这些
工作能否得以深入,首先必须以大量的污损生物和环境参数实海调查资料及数据库
的构建为基础。因此,近海污损生物生态研究是一门综合性前沿学科,其成果一方
面可为经济建设服务,另方面也有助于促进基础研究工作的深入发展。
此外,近海设施可以看作是多产的人工礁,它不仅为营固着或附着生活的生物提供
了重要(有时甚至是唯一)的硬质栖息物,也为鱼类和许多海生物提供了隐蔽场所,
而且所形成的复杂污损(附着)生物群落还为各种生物提供了丰富的食物来源,有
利于增加当地水域的生物种类和数量,并可能有助于受捕捞过度影响或人为干扰的
海洋生态环境的修复和重建,从而达到保护和增殖海洋生物资源的目的,并取得良
好的生态、经济和社会效益。目前,在墨西哥湾,“钻井平台-人工礁”项目正尝
试将退役的海洋石油生产平台用于人工礁的建设,开展休闲娱乐和渔业生产活动,
以获得最大效益。
总而言之,在离岸深水的近海海区开展污损生物生态研究不仅可为安全生产和污损
生物防除提供科学依据,而且其环境条件相对稳定,遭受突发的人为或自然因素干
扰的可能性远远低于近岸水域,在此对污损生物群落的形成和发展作用机制进行探
讨,将可简化研究过程、降低复杂程度,有助于揭示海洋生态系统的内在本质规律。
此外,相关研究成果还可为海洋恢复生态学的丰富和发展奠定基础,并对人工渔礁
的建设具有重要的指导作用。因此,近海污损生物生态研究除了在应用研究领域具
有重要的现实意义外,在基础研究领域也具有极为重要的科学价值。
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