黄海西部离岸养殖网箱生物污损群落结构与荷载效应研究

为解决离岸养殖网箱生物污损导致的水流交换受阻、结构荷载增加及鱼类健康风险等问题，研究人员通过监测不同水深（0.5、2.5、4.5 m）污损生物群落演替及其与环境因子（T、DO、S、SiO32--Si等）的关系，结合水动力学测试，发现优势种Caprella aino、Jassa mormorata和Tubularia mesembryanthemum的丰度与SiO32--Si显著相关，且水螅类使网片阻力增加6.09倍、升力增加15倍。该研究为离岸养殖网箱污损防控及结构安全评估提供了理论依据。

　　

在蓝色经济的浪潮下，离岸水产养殖正成为满足人类蛋白质需求的重要途径。然而，养殖网箱表面附着的生物污损（Biofouling）却像一场无声的灾难——它们堵塞网孔、阻碍水流交换，导致水质恶化、溶解氧（DO）降低，甚至成为病原体的温床。更棘手的是，这些附着生物会显著增加网箱结构荷载，在风浪冲击下引发疲劳变形，威胁整个养殖系统的安全。据统计，全球海洋中约有4000种污损生物，其群落结构受温度（T）、盐度（S）、营养盐等多重因素影响，但针对离岸养殖网箱的污损动态规律及力学效应仍缺乏系统研究。

针对这一难题，中国山东日照海洋牧场的研究团队在黄海西部开展了创新性探索。他们选取40米周长的HDPE重力式网箱，通过连续监测春夏季节不同水深（0.5、2.5、4.5 m）网片上的污损生物群落演替，结合环境因子测定和水动力学实验，首次揭示了离岸网箱污损群落的时空动态规律及其对网箱结构的力学影响。相关成果发表在《Biosystems Engineering》上，为离岸养殖的可持续发展提供了科学支撑。

研究团队采用网片采样法每周收集污损样本，通过形态学鉴定和生物量统计分析群落组成；同步测定水温、盐度、溶解氧及营养盐（如SiO₃^2--Si、PO₄^3--P）等环境参数；对污损网片进行水槽实验，量化阻力系数和升力系数变化。所有数据均来自距岸22公里、平均水深14.5米的实际养殖海域。

生物污损群落组成
研究发现网箱表面共存在22类污损生物，其中能动物种占比达54%。优势种为Caprella aino（ Caprellid）、Jassa mormorata（Gammaridea）和Tubularia mesembryanthemum（Hydroid），其平均丰度达6.22×10⁵ ind m^-2，生物量达985 g m^-2。水螅类T. mesembryanthemum的分布与SiO₃^2--Si浓度显著相关。

污损群落的时空动态
群落演替呈现明显垂直分层：0.5 m处藻类占优，4.5 m处以端足类为主。第7周为群落演替顶峰期，此时网孔闭塞率（PNO）达0.99。温度（T）和SiO₃^2--Si是驱动群落变化的关键因子，其解释度分别达31.2%和24.7%。

水动力学效应
水螅类污损使网片阻力峰值提升6.09倍，升力峰值激增15倍。这种力学变化直接导致网箱结构在洋流中承受额外15吨/m²的动态荷载，远超设计安全阈值。

该研究首次系统阐明了黄海离岸网箱污损群落的演替规律与力学作用机制。发现温度与硅酸盐是调控污损生物生长的关键环境杠杆，而水螅类污损对网箱结构的力学影响尤为剧烈。这些结论不仅为离岸养殖网箱的污损防控提供了最佳干预时间窗口（第7周前），其建立的PNO-荷载关系模型更可直接用于网箱结构安全评估。值得注意的是，研究揭示的能动污损生物（如Caprella aino）主导现象，颠覆了传统以固着生物为主的认知，为开发新型防污材料提供了方向。该成果对保障我国离岸养殖产业安全、优化网箱设计标准具有重要实践价值。