《Aquacultural Engineering》：Biofouling community succession and cleaning strategies for aquaculture net cages in the western Yellow Sea
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黄海西部海域春季至夏季养殖网箱生物污垢群落演替规律及环境驱动机制研究，揭示0.5-4.5米不同深度污损生物时空分布特征，发现三月四月以甲壳类（Amphipoda）占优，六月底栖动物（Bryozoa/Hydrozoa）在4.5米处生物量达456.59g·m?2，网孔封闭率达90%。提出分阶段清洁策略：三月四月每月低压力水冲洗，五月起两周一轮回机械刷洗联合水射流，六月每周深度清理，并建议高风险区动态监测。
毕春伟|孙明山|黄柳仪|尤新星|何淑月
中国海洋大学教育部海洋养殖重点实验室，青岛市266003
摘要
海洋生物污损通过减少水交换、降低水质以及增加养殖鱼类的健康风险，威胁着网箱养殖的可持续发展。尽管黄海西部的夏季生物污损现象严重，但对该地区污损生物群落和控制方法的研究仍然有限。本文首次提供了黄海西部水产养殖网箱生物污损演替的季节性数据集。研究数据基于2023年3月至6月期间在0.5米、2.5米和4.5米深度进行的每周实地网箱部署。共鉴定出27个分类单元。3月至4月期间，端足类动物在0.5米和2.5米深度占据主导地位，这一现象与水流速度有关。6月时，苔藓虫和水螅在4.5米深度成为主要污损生物，这与氮和磷浓度的升高相关。经过4个月的浸泡后，平均生物污损生物量达到约10千克/平方米，网箱堵塞率峰值约为90%。生物污损在6月达到高峰，同时溶解氧浓度下降了50%。氮和磷浓度的升高促进了苔藓虫的生长，进一步恶化了水质，并通过营养物-污损的协同作用加剧了环境退化。基于这些发现及海上生物污损数据，建议采取以下夏季清洁方案：3月至4月每月进行一次低压喷水清洁，5月开始每两周结合刷洗和喷水清洁，6月则每周清洁一次。建议对高风险区域（近岸浅水区和较深的远岸水域）进行清洁后的监测。这些结果为温带沿海地区的生物污损管理提供了针对性的指导，有助于实现更可持续的水产养殖实践。
引言
根据联合国粮食及农业组织（FAO）的最新数据，2022年全球水产养殖产量达到1.309亿吨，其中超过7000万吨来自海洋养殖和沿海养殖（FAO，2024年）。海洋养殖在保障全球粮食安全方面发挥了重要作用（Tigchelaar等人，2021年；Short等人，2021年；Golden等人，2021年）。然而，海洋设备上的生物污损仍然对水产养殖作业构成重大挑战。污损生物会在浮动框架、系泊系统和网箱上积累，增加结构负荷，并经常导致网箱损坏和鱼类逃逸。海洋生物污损持续阻碍了海洋资源的有效利用和可持续发展（Hellio等人，2009年）。污损会加速水下基底的腐蚀，缩短海洋设备的使用寿命（Guenther等人，2010年）。此外，生物污损还会增加海洋养殖设施的结构负荷（Bi等人，2017年；Anisimov等人，2019年；Chan等人，2022年；Chen等人，2023年；Fan等人，2023年）。非本地污损物种的入侵不仅改变了生物多样性模式，还引发了本地生态群落的功能变化（Tempesti等人，2022年）。海洋中约有4000种污损生物，大致可分为藻类、刺胞动物、苔藓虫、多毛类、软体动物、甲壳类、被囊动物和海绵动物（Railkin，2003年）。挪威鲑鱼养殖场中水螅类生物普遍存在，加拿大网箱也受到类似的水螅污损影响，新西兰的水产养殖网箱中则栖息着海葵和水母等多种刺胞动物（Floerl等人，2016年；Bloecher等人，2018年；Bannister等人，2019年；Fletcher等人，2023年）。虽然挪威、加拿大和新西兰等地区的生物污损动态已有研究，但对中国最重要的水产养殖区域之一——黄海西部——的污损演替和管理策略知之甚少。
为了有效管理网箱上的生物污损并确保水产养殖的可持续性，选择和应用适当的生物污损控制技术至关重要。这些技术通常分为主动方法（如机械清洁、网箱更换和生物控制）和被动方法（如防污涂层）（Lehaitre等人，2008年）。在海洋养殖中，机械清洁效率高且环保，但如果没有合理的策略，可能会导致清洁效果降低、频繁清洁、废物污染以及养殖鱼类的鳃部损伤。在新西兰，水产养殖场根据网箱结构的污损程度安排清洁工作，有些养殖场每两周清洁一次（Fletcher等人，2023年）。在挪威，养殖场在污损高峰期每1-2周清洁一次网箱，每年总共进行约20次清洁（Floerl等人，2016年）。清洁过程会产生大量清洁废弃物。在加拿大某些地区，由于担心废物排放问题，已禁止实地清洁（Bannister等人，2019年）。目前，中国的水产养殖场缺乏标准化的清洁策略。此外，清洁过程可能会刺激鱼类的应激反应，降低其食欲，从而影响其健康和福利（Floerl等人，2016年；Bannister等人，2019年）。由于水螅类生物能够存活于高压清洁环境中，脱离后的水螅接触鱼类鳃部可能导致局部鳃出血（Bloecher等人，2018年）。然而，?stevik等人（2021年）报告称鳃部损伤率低于1%，表明此类伤害的影响较小且短暂。网箱清洁对鱼类的负面影响可能具有一定的随机性，需要进一步研究验证。清洁技术的研发和完善，以及有效清洁策略的制定，有助于减轻清洁带来的负面影响。这些方法必须紧密结合养殖区的具体海洋条件和当地污损生物的生长特性（Liu等人，2024年）。
不同海域和不同时间段的污损生物群落结构和生长动态存在显著差异。这些差异受网材类型、网线直径、环境条件（温度、溶解氧、光照、pH值、营养水平、盐度和水流速度）以及生物幼体的时空分布模式等因素的影响（Reyes等人，2020年；Tempesti等人，2022年；Lin等人，2023年）。此外，清洁方法的选择（如高压水、空化射流、吸力清洁、刷洗和振动）也取决于具体的应用场景（Fu等人，2024年）。
因此，本研究在黄海西部的一个近岸渔场进行了实地网箱悬挂实验。同时，从春季到夏季收集并分析了网箱周围的水样，以持续监测群落组成、生物量、网箱堵塞率和关键环境因素的变化。通过整合2023年夏季收集的海上网箱生物污损数据，本文分析了同一海域内近岸和远岸养殖网箱中生物的种类差异和污损程度。基于这些发现，提出了针对夏季网箱生物污损的局部清洁策略。研究目标如下：
- (i)
明确黄海西部水产养殖网箱上污损生物的群落组成和演替模式。
- (ii)
识别影响生物污损群落的关键环境因素。
- (iii)
根据生物污损数据分析，提出适用于黄海西部养殖网箱的清洁策略。
本研究通过为夏季网箱清洁实践提供理论支持，并为该地区的水产养殖作业开发清洁设备，填补了清洁策略研究领域的空白。
采样地点和设计
采样地点和设计
该渔场位于山东省日照市的黄海海域，距离海岸约2公里，平均水深为7米。渔场由80个方形网箱和一个圆形网箱组成，养殖水体体积约为10,000立方米。2023年11月开始投放鲑鱼苗进行养殖，繁殖周期持续到2024年6月。所有实验网箱于2024年3月1日部署完毕
生物污损的群落组成
共发现9个门的污损生物（表S1）：藻类、双壳类、苔藓虫、端足类、水螅类、多毛类和涡虫。鉴定出27个分类单元，其中包括13种可移动物种。其中5种端足类动物占主导地位（Jassa marmorata、Jassa faleata、Pontogeneia littorea、Corophium sinense和Caprella penantis），平均丰度范围为33,231.25±1743.68至54,487.50±3590.70个/平方米，平均生物量范围为199.51±27.35至456.59±99.40克/平方米
近岸网箱上生物污损群的时空分布模式
黄海西部近岸渔场的生物污损群落表现出强烈的季节性演替和明显的垂直分层。端足类动物在早期污损阶段占主导地位，而苔藓虫和水螅类在后期促进了生物量的积累和网箱堵塞。随着时间的推移，生物量、丰度和网箱堵塞率持续增加。6月是网箱生物污损最严重的时期。不同污损生物对网箱堵塞和生物量积累的贡献各不相同结论
本研究通过实验性网箱采样分析了渔场中的污损生物群落，并测量了相关环境因素。研究旨在揭示黄海西部养殖网箱中从春季到夏季的污损生物群落组成和演替模式，以及影响群落结构的关键环境因素。这些发现为制定夏季网箱清洁策略提供了理论依据
作者贡献声明
毕春伟：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、方法论制定、资金获取、概念构思。孙明山：撰写——初稿撰写、数据可视化、验证、调查、数据分析、数据管理。黄柳仪：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。尤新星：撰写——审稿与编辑、监督。何淑月：撰写——审稿与编辑、监督。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：32473215）、山东省自然科学基金（编号：ZR2025QA23）和山东省泰山学者计划（编号：tsqn202312091）的财政支持。
