生物污损（Biofouling）指海洋生物如贝类、藻类等附着在船只、码头、管道等人工结构上的现象。这些生物的附着不仅会增加维护成本，还可能导致设备损坏和生态失衡。生物污损对海洋环境、航运业、水产养殖和沿海基础设施都有着深远的影响。本文将为您介绍发表于聚焦生物污损研究的知名国际期刊Biofouling上的综述文章How to identify biofouling species in marine and freshwater，探讨识别海洋和淡水中的生物污损物种方法。
该文章在2024年11月30日前可免费查阅
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第一/通讯作者：
洪鹤庭
华中科技大学
环境科学与工程博士
文章摘要
生物污损的物种识别和管理仍然是海洋和淡水生态系统中亟待解决的挑战，对环境可持续性和工业运营具有重要影响。本文对当前生物污损识别技术的最新进展进行了综合综述，重点探讨了八种主要方法：显微检测、分子生物学、遥感、社区参与、生态方法、人工智能、化学分析和宏观摄影。每种方法都根据其精度、可扩展性、成本和数据质量等因素进行了优势和劣势的评估。此外，本文还指出了当前阻碍这些技术充分利用的障碍，包括技术限制、运营成本高、数据不一致性和主观性强等问题。最后，文章展望了未来的发展方向，主张开发整合和标准化的生物污损评估系统，结合各方法的优势，从而为生物污损的识别和管理提供更有效和可持续的策略。
图1 海洋与淡水生物污损形成过程对比
图1展示了海洋生物污损与淡水生物污损的形成过程。在这两者之间，生态成因过程及其对生态的影响是相似的。无论是在海洋还是淡水环境中，生物附着的初始阶段都会经历一个“条件膜”的形成，随后逐步演变为生物膜，再形成微观和宏观污损，涉及到藻类、细菌和更大型的附着生物。这些生物附着的过程对水下结构、生物多样性以及生态系统都会产生深远影响。然而，不同点在于两者的环境条件、物种多样性及相应的管理策略存在显著差异。淡水和海洋系统的物理、化学条件差异会影响生物污损的种类和程度，而应对污损的管理措施也需要针对不同的生态和环境因素进行调整。
关于经济影响，淡水生物污损每年给全球经济造成的损失估计约为数十亿美元。尤其是在供水设施、水电站以及船舶运输等领域，淡水污损物（如淡水贻贝、水螅等）会导致设备堵塞、效率下降和维护成本增加。另一方面，海洋生物污损对全球航运和海上设施造成的经济损失更加巨大，估计每年超过100亿美元。这主要体现在船只阻力增加、燃料消耗上升、船体维护和清理费用增加，以及海洋结构物（如石油平台、码头等）的维修成本。因此，开发能有效抑制铜绿微囊藻生长的金属材料对工业水处理和水质净化领域极为重要。
图2 常见的海洋和淡水生物污损的宏观图像 (a) 藤壶，(b) 海洋藻类，(c) 岩牡蛎，(d) 圣诞树蠕虫，(e) 淡水藻类，(f) 淡水贻贝，(g) 淡水水螅，(h) 淡水海绵
图2展示了常见的海洋和淡水生物污损的宏观图像，清晰呈现了不同类型的附着生物。图中的(a)藤壶、(b)海洋藻类、(c)岩牡蛎以及(d)圣诞树蠕虫是海洋环境中的常见污损生物，它们通常附着在船体、海上设施和沿岸结构上，造成生物污损，影响船只的速度和能源效率，甚至对海洋基础设施造成物理损害。另一方面，淡水生物污损同样不容忽视，图中的(e)淡水藻类、(f)淡水贻贝、(g)淡水水螅和(h)淡水海绵是常见的淡水污损生物。这些生物通常在淡水环境中，如水坝、管道和淡水运输工具上生长，导致设备堵塞、腐蚀和性能下降，增加维护成本和管理难度。图像直观展示了这些生物的外观及其在不同环境下的分布。
图3 生物污损种类鉴定方法示意图：外部文字代表不同方法的名称，包括显微镜检测、分子生物学检测、遥感检测、社区参与、生态方法检测、人工智能检测、化学分析检测和宏观摄影检测。内部图像代表相应方法的示意图。
图3展示了多种生物污损种类的鉴定方法。中心的图像代表生物污损的核心问题，而周围的各个方法则为识别这些生物污损的不同手段。包括显微镜检测：通过显微镜观察微观生物污损的结构与组成。分子生物学：利用基因检测和DNA分析来确定具体的污损生物种类。遥感检测：通过卫星或无人机等远程设备，监控广域水体中的生物污损。社区参与：通过公众或科学家共同合作，进行生物污损的调查与监测。生态方法：基于生态系统原理，通过生物和环境相互作用来鉴定生物污损。人工智能：使用AI和大数据技术进行快速的生物污损识别与分析。化学分析：通过分析污损生物的化学组成，判断其类型与来源。宏观摄影：通过高分辨率的摄影技术，对生物污损进行直观的记录与识别。
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^Usage in 2018-2020 for articles published in 2016-2020
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