趙旭東，苗世玉，劉 揚，岳 凱，馬小軍，簡生龍，王振吉

(1.青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，西寧 810016；2.青海民澤龍羊峽生態(tài)水殖有限公司，青海海南藏族自治州 813000；3.青海省漁業(yè)技術(shù)推廣中心，西寧 810012)

附著藻類也稱周叢藻類、固著藻類、著生藻類等，常與細(xì)菌、真菌、附著動物以及無機(jī)和有機(jī)碎屑一同附著在水底、沿岸、水草或其他各種基質(zhì)[1]。附著藻類是水生態(tài)系統(tǒng)的重要初級生產(chǎn)者和水化學(xué)調(diào)節(jié)者[2]，維持著生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，在能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)傳遞方面起著重要的作用[3]。但大量附著藻類滋生，對魚類養(yǎng)殖特別是網(wǎng)箱養(yǎng)殖存在一定危害。養(yǎng)殖網(wǎng)箱藻類大量滋生，阻塞網(wǎng)箱網(wǎng)衣空隙，增大水流沖擊力[4]，降低養(yǎng)殖網(wǎng)箱的使用壽命和穩(wěn)定性[5]，也降低了網(wǎng)箱內(nèi)外的水體交換和氧氣供應(yīng)，造成網(wǎng)箱內(nèi)水質(zhì)下降[6]。網(wǎng)箱表面附著藻類群落為致病菌等有害生物提供棲息環(huán)境，增加養(yǎng)殖魚類的疾病風(fēng)險[7]。

養(yǎng)殖網(wǎng)箱網(wǎng)衣附著藻類生長現(xiàn)已是世界范圍內(nèi)網(wǎng)箱養(yǎng)殖亟待解決的難題。目前其防控主要采用銅基防污涂料、機(jī)械清除法、防污劑添加法、清污魚類法和人工清除法[8]等方法。其中人工清除法是最常用的方法，采用定期更換網(wǎng)衣、人工沖刷、拍打的方法去除養(yǎng)殖網(wǎng)箱表面的附著生物[8]，對網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)具有一定的破壞性，消耗大量勞動力[7]，增加了養(yǎng)殖戶或養(yǎng)殖企業(yè)的養(yǎng)殖成本。不同水域養(yǎng)殖網(wǎng)箱附著藻類群落結(jié)構(gòu)、種類組成、生長習(xí)性等具有較大的差異，其防控方法具有一定的地理差異[9]。針對不同水域養(yǎng)殖網(wǎng)箱附著藻類尋求低成本、高效的防控方法，成為養(yǎng)殖網(wǎng)箱附著藻類防控研究的熱點。

近年來，青海省沿黃網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展迅猛，已成為國內(nèi)最重要的鮭鱒網(wǎng)箱養(yǎng)殖基地[10]。龍羊峽水庫作為青海省境內(nèi)黃河上游庫容最大的水庫，冷水性鮭鱒產(chǎn)量占青海省的78.8%，其中主要養(yǎng)殖的冷水性鮭鱒為三倍體虹鱒(Oncorhynchusmykiss)[11]。相較于其他水庫，龍羊峽水庫具有海拔高、水溫低、貧營養(yǎng)和透明度高的特點，但由于營養(yǎng)物質(zhì)的輸入，不可避免地出現(xiàn)附著藻類大量繁殖阻塞網(wǎng)衣的現(xiàn)象[12-13]。針對龍羊峽水庫冷水魚養(yǎng)殖網(wǎng)箱附著藻類污損的問題，本實驗研究了養(yǎng)殖網(wǎng)箱附著藻類對網(wǎng)衣性質(zhì)趨好性、附著基底附著過程及常用的防污涂料效果，提出了適合青海高原水庫鮭鱒網(wǎng)箱養(yǎng)殖附著藻類的防控手段，以期為青海省冷水魚養(yǎng)殖網(wǎng)箱附著藻類防控方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

龍羊峽水庫(100°23′E～100°50′E，35°46′N～36°13′N)位于青藏高原東北部，平均海拔2 600 m，總庫容量為240億 m3，是黃河上游最大的人工水庫。水庫水溫處于3～21 ℃，常年不封凍，水體潔凈透明，透明度可達(dá)3 m，水質(zhì)良好。實驗區(qū)域位于龍羊峽水庫冷水魚養(yǎng)殖區(qū)域的網(wǎng)箱附近。附著藻類在養(yǎng)殖區(qū)域全年均有附著，生物量的季節(jié)變化為夏季多、春秋次之、冬季最少，主要生長于水體表層處的網(wǎng)衣、網(wǎng)架、平臺等漁業(yè)設(shè)施表面(圖1)。

圖1 實驗區(qū)域及附著藻類現(xiàn)狀

1.2 網(wǎng)衣性質(zhì)的趨好性

選取網(wǎng)片顏色為白、灰、黑3種顏色的聚乙烯片；網(wǎng)片股數(shù)為6、9、12、18、24、32 股，網(wǎng)孔直徑2 cm的聚乙烯網(wǎng)片；網(wǎng)孔直徑為1、2、3、4 cm的24股聚乙烯網(wǎng)片；選取容易獲得、材料堅韌的紡織材料(乙綸、丙綸、滌綸、錦綸、綿綸、銅)作為網(wǎng)線編織的網(wǎng)片。實驗網(wǎng)片裝入培養(yǎng)皿內(nèi)烘干稱重，并做好標(biāo)記，進(jìn)行月掛網(wǎng)實驗。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)附著藻類主要生長于水面以下3 m，但冬季表面水溫過低不適宜藻類的生長，因此掛網(wǎng)深度設(shè)置為1 m。實驗結(jié)束后將樣品裝入培養(yǎng)皿內(nèi)回收，烘干至恒重，測定附著藻類的干重。

1.3 附著基底的趨好性

選取銅、玻璃、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、木板等材料進(jìn)行掛板實驗。聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯和木板為水面浮架、浮排等的常用材料，銅片和玻璃的選取則分別代表金屬基底和光滑基底。將泡沫板中心均勻垂向放置不同材質(zhì)的板材作為藻類附著基質(zhì)。懸掛于水體表面1 m處(圖2a)，并于第1、15、30天取出2片采用掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行電鏡掃描，以研究附著藻類對附著基底的趨好性，樣品參照文獻(xiàn)[14]的方法進(jìn)行處理。

圖2 實驗裝置圖

1.4 防污涂料篩選

選取市面上常見、涵蓋范圍廣、相對環(huán)保的防污涂料(聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、碳氟樹脂、氯化橡膠、醇酸磁漆、陶瓷釉、苯丙乳液、純丙乳液、硅丙乳液、丙烯酸乳液、有機(jī)硅、乙烯基樹脂、聚脲、聚氨酯)，通過研究成膜情況、柔軟度情況、脫落情況、耐水性和粘附性等性質(zhì)篩選防污涂料[15]。

1.4.1 成膜情況和柔軟度情況

將防污涂料倒入直徑為90 mm的培養(yǎng)皿內(nèi)晾干，觀察成膜情況和柔軟度情況。成膜情況根據(jù)膜的完整性、均勻性、光滑性等方面進(jìn)行評價，由“-”表示一般，“+”表示較好，“++”表示良好；柔軟度情況“-”表示過硬或者過軟，“+”表示較硬或較軟，“++”表示適中。

1.4.2 耐水性和粘附性

將防污劑均勻涂抹于網(wǎng)衣表面，晾干。取出后放置于水中，制造水體擾動，24 h后將水樣以5 000 r/min離心10 min后觀察是否有溶出物以及是否有膜脫落的情況。耐水性通過觀察離心后分層情況進(jìn)行評價，由“-”表示大量溶出，“+”表示少量溶出，“++”表示基本無溶出；粘附性通過觀察離心后底層的固體殘渣情況進(jìn)行評價，由“-”表示有脫落，“+”表示基本無脫落。

1.4.3 脫落情況

將經(jīng)過水體浸泡的網(wǎng)片晾干后，反復(fù)揉搓，觀察防污涂料的斷裂和脫落情況。脫落情況由“-”表示大量脫落，“+”表示少量脫落，“++”基本不脫落。

1.5 防污涂料防污性能

1.5.1 覆蓋度

初步篩選后的防污涂料均勻涂覆于相同的PP板表面，將不涂覆防污涂料作為對照組進(jìn)行實驗，實驗設(shè)置3組平行(圖2b)。掛板深度為1 m，于第10、20、30天前往樣地對樣品進(jìn)行拍照，觀察不同天數(shù)情況下附著藻類的生長情況及覆蓋度情況[16]。

1.5.2 生物量

將初步篩選后的防污涂料均勻涂覆于實驗網(wǎng)片表面，低溫烘干，裝入培養(yǎng)皿稱重，記錄起始質(zhì)量。將樣品固定于實驗網(wǎng)架上，于水深1 m處進(jìn)行月掛網(wǎng)實驗。實驗結(jié)束后回收樣品，裝入培養(yǎng)皿內(nèi)烘干至恒重，測定附著藻類的干重。

1.6 水環(huán)境因子

在進(jìn)行實驗的同時對實驗區(qū)域養(yǎng)殖基本水環(huán)境因子進(jìn)行采集，溫度、pH和溶氧等數(shù)據(jù)由多參數(shù)水質(zhì)儀采集。

2 實驗結(jié)果

2.1 水環(huán)境因子調(diào)查

實驗區(qū)域冬季表層水溫低至3 ℃，水面1 m以下，水溫明顯升高至11 ℃后水溫波動不大；溶解氧平均含量為7.49 mg/L，隨水深的增加，溶解氧存在微小的降低情況，整體含量變化不明顯，波動較小；pH 平均值為8.48，表層水體pH呈現(xiàn)低值，隨著采樣深度的增加逐漸升高。

2.2 附著藻類對網(wǎng)衣材質(zhì)的趨好性

附著藻類對網(wǎng)衣材質(zhì)的趨好性顯示，銅網(wǎng)線的附著藻類生物量最少，其次為乙綸，棉綸的附著藻類生物量最大。附著藻類生物量于白色網(wǎng)片表面最大，黑色網(wǎng)片表面最小，隨顏色的加深藻類生物量降低，黑色網(wǎng)片能夠在一定程度上減少附著藻類的附著。附著藻類生物量隨網(wǎng)線股數(shù)的增加而增加，網(wǎng)線股數(shù)大的網(wǎng)衣能夠為藻類的附著提供更多的附著位點。附著藻類的生物量隨網(wǎng)孔直徑的增大而減少，網(wǎng)孔較小的網(wǎng)衣能夠為附著藻類提供更多的附著位點(圖3)。

圖3 附著藻類對網(wǎng)衣的趨好性

2.3 附著基底對附著藻類的影響

附著藻類在不同附著基底表面的附著過程顯示，第1天，無論何種材料表面的附著都是由蛋白質(zhì)等有機(jī)物的附著、少量細(xì)菌或微型硅藻等微型生物的黏附開始的。通過觀察得出粗糙表面木材(圖4F1)和聚氯乙烯(圖4E1)附著物最多，以微型硅藻為主。玻璃(圖4B1)附著物較少，只出現(xiàn)極少量的吸附蛋白等物質(zhì)，并無附著藻出現(xiàn)。光滑表面(圖4B1)主要以蛋白質(zhì)等有機(jī)物為主，粗糙表面(圖4C1、D1、E1、F1)出現(xiàn)少量的冠盤藻(Stephanodiscus)等微型硅藻。

圖4 不同材質(zhì)表面附著藻類的附著過程

第15天，表面粗糙的木材樣品(圖4F2)表面附著藻最多，其中以普通等片藻(Diatomavulgare)為主，存在極少量的偽魚腥藻(Pseudoanabaena)。玻璃(圖4B2)表面附著物較少，開始出現(xiàn)少量的針桿藻(Synedra)、舟形藻(Navicula)等小型藻類；通過觀察發(fā)現(xiàn)粗糙表面(圖4C2、D2、E2、F2)以舟形藻、楔形藻(Licmophoraagardh)、等片藻(Diatoma)等小型硅藻為主要的附著藻類，且藻類生物量較多，而光滑表面(圖4B2)的生物量明顯較少。

第30天，表面粗糙的木材樣品(圖4F3)表面附著藻最多，以等片藻為主，同時存在少量絲狀藻。光滑表面玻璃(圖4B3)附著物較少，主要以等片藻、舟形藻、橋彎藻(Cymbella)等小型硅藻為主。光滑表面(圖4B3)的藻類附著量及附著藻類的體型均明顯小于粗糙表面(圖4C2、D2、E2、F2)。

銅(圖4A)作為附著基底材料，從實驗的開始至結(jié)束表面均無明顯的藻類附著，僅在實驗結(jié)束時段出現(xiàn)1～2株極小冠盤藻(Stephanodiscusminutulus)。

2.4 防污涂料涂覆對附著藻類的影響

防污涂料的成膜情況、柔軟度情況、脫落情況、耐水性和粘附性等性質(zhì)見表1。

表1 防污涂料性質(zhì)篩選表

第10天時，涂覆有聚氨酯和環(huán)氧樹脂的樣品覆蓋度最低，實驗各組覆蓋度均明顯低于空白對照組。第20天時，涂覆有醇酸樹脂的樣品覆蓋度最低，其次為環(huán)氧樹脂和聚氨酯，各實驗組覆蓋度均明顯低于空白對照。第30天時，涂覆有醇酸樹脂的樣品覆蓋度最低，其次為環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂的覆蓋度接近醇酸樹脂；涂覆有乙烯基樹脂的樣品覆蓋度最高，超過了空白對照組(圖4)。

涂覆有不同防附著涂料樣品的附著藻類生物量差異較為明顯(圖5)，涂覆有環(huán)氧樹脂的樣品相較于空白對照組來看，附著藻類生物量減少量最為顯著，其次為聚四氟乙烯和聚氨酯；涂覆有乙烯基樹脂的樣品表面生物量均明顯高于其他實驗組。綜合附著藻類覆蓋度和生物量來看，環(huán)氧樹脂具有更好的防污性能。

圖5 防污涂料涂覆后附著藻類的覆蓋度和生物量

2.5 附著藻類防控模式

結(jié)合以上的研究及黃河上游附著藻類生長分布狀況，本研究提出以下幾種對環(huán)境影響小、適宜于高原水庫的模式(表2)。方案A：改變網(wǎng)衣性質(zhì)容易實施且成本低廉，在定制網(wǎng)衣時，根據(jù)養(yǎng)殖魚類的大小選擇網(wǎng)孔較大的、網(wǎng)衣顏色為深色、網(wǎng)線選擇外表材質(zhì)光滑且韌性優(yōu)良的細(xì)網(wǎng)衣。方案B：拼接網(wǎng)衣在0～3 m處采用銅合金網(wǎng)衣，3 m處以下的采用傳統(tǒng)尼龍網(wǎng)衣拼接的方式，根據(jù)實驗結(jié)果銅網(wǎng)線在水庫內(nèi)懸掛30 d后，其表面藻類生物量僅為傳統(tǒng)尼龍網(wǎng)衣的1/50左右，可以有效防止附著藻類。方案C：網(wǎng)衣圍裙在養(yǎng)殖網(wǎng)箱外使用材質(zhì)較為粗糙的易附著的顏色為淺色的網(wǎng)衣材料作為圍裙，吸引藻類附著，定期更換圍裙。方案D：防污涂料法在網(wǎng)衣表面0～3 m處涂覆環(huán)氧樹脂材料，降低表面能。涂覆有環(huán)氧樹脂的網(wǎng)衣在進(jìn)行月掛網(wǎng)后藻類的生物量為空白網(wǎng)衣的1/5。

表2 黃河上游養(yǎng)殖網(wǎng)箱附著藻類防控模式

防控效果的評價根據(jù)方案能夠降低的勞動力消耗的程度進(jìn)行。方案A中網(wǎng)衣性質(zhì)的選擇需要根據(jù)養(yǎng)殖魚類的大小進(jìn)行篩選，且對于減緩藻類附著效果有限，仍需要消耗較多的人工進(jìn)行清除。方案B銅網(wǎng)衣的清洗頻率可以減緩至1年1～2次，明顯減少勞動力損耗。方案C網(wǎng)衣圍裙能夠減緩藻類在網(wǎng)箱網(wǎng)衣表面的附著，但仍需消耗一定的勞動力對圍裙進(jìn)行更換。方案D可將清洗的頻率減緩至原本的1/5左右。

3 討論

3.1 養(yǎng)殖網(wǎng)衣性質(zhì)對附著藻類的影響

高海拔地區(qū)附著藻類在顏色的趨好性呈現(xiàn)隨顏色的加深，藻類生物量逐漸減少。不同顏色的附著基底的反射光強(qiáng)和波長是不同的[17]，淺色的網(wǎng)片對光的反射較強(qiáng)，具有更大的光可利用性，促進(jìn)了附著藻類的生長。當(dāng)入射光強(qiáng)較強(qiáng)或光照時間較長時，藻類獲得足夠的光照用于光合作用，反射光提供的作用極其微?。划?dāng)入射光不足或光照時間較短時，反射光比入射光小，但對藻類的生長提供了一定的促進(jìn)作用[18]。FINLAY等[18]在研究背景顏色的深淺對滸苔孢子的萌發(fā)及芽孢形成的影響時發(fā)現(xiàn)，黑色背景下，芽孢生長緩慢，萌發(fā)延遲，這與本實驗結(jié)果十分相似。

針對網(wǎng)箱網(wǎng)衣網(wǎng)孔直徑和網(wǎng)片股數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，藻類生物量隨網(wǎng)孔直徑的增加而降低，隨網(wǎng)片股數(shù)的增加而增加。網(wǎng)片股數(shù)一定時網(wǎng)孔直徑越小，比表面積越大，在附著前期有機(jī)物的積累過程中，提供更多的附著位點，吸引微型藻類的附著。網(wǎng)孔直徑越小，網(wǎng)孔阻塞的速度越快，更利于大型綠藻的附著。網(wǎng)片股數(shù)越大，提供給藻類的可附著位點越多，更有利于藻類的附著。選用低股數(shù)、大網(wǎng)孔直徑、高強(qiáng)度的網(wǎng)衣材料是減緩附著藻類附著的有效措施。銅網(wǎng)線的附著藻類生物量最低，其次為乙綸，錦綸的附著藻類生物量最多。通過對附著藻類對網(wǎng)衣的趨好性進(jìn)行研究，進(jìn)而提出了方案A和方案D，兩組方案減緩藻類的附著。

銅合金網(wǎng)衣相比于傳統(tǒng)的聚乙烯等塑料網(wǎng)衣具有更多的優(yōu)良性質(zhì)。優(yōu)良的塑性和抗腐蝕性[19]，使其難以變形損壞，擁有更長的使用壽命，降低維護(hù)成本[20]；傳統(tǒng)網(wǎng)衣需要更多的人工清除附著的藻類，銅合金網(wǎng)衣由于緩慢的釋放銅離子起到一定的殺菌作用，明顯減少藻類的附著[21]，降低養(yǎng)殖過程中魚病爆發(fā)的幾率，減少抗生素的使用[22]。龍羊峽水庫庫容量大，部分水深可達(dá)120 m，析出的銅離子在會在水體中迅速稀釋，不會以生物可利用的形式到達(dá)底棲環(huán)境[23]。其次龍羊峽水庫水體交換速率快，出庫流量大，夏季時期可達(dá)1 000 m3/s。銅合金網(wǎng)衣的安裝時間選擇藻類生長旺盛、出庫流量大的夏季，可以明顯抑制藻類的生長，還能降低安裝前期銅離子析出對環(huán)境的影響。除此之外，研究表明未在使用銅網(wǎng)衣的養(yǎng)殖區(qū)域的野生生物和養(yǎng)殖生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)銅離子濃度超標(biāo)的現(xiàn)象[24]。附著藻類主要附著在表層3 m以內(nèi)，因此提出了方案C，采用上銅絲、下聚乙烯網(wǎng)衣的拼接網(wǎng)衣，具有防污性能好，成本較低的優(yōu)點。

3.2 附著基底對附著藻類的影響

附著基底材料的光滑程度對藻類的附著存在較大的影響。將表面浸入水中后幾分鐘到幾小時內(nèi)由牢固附著的細(xì)胞組成的生物膜就開始形成。附著后細(xì)菌釋放胞外聚合物質(zhì)(EPS)保護(hù)和喂養(yǎng)更多的細(xì)菌，形成的生物膜為宏觀生物的附著提供了條件[25]。銅作為附著基底材料會緩慢釋放銅離子對起始生物膜的形成起到抑制作用，從而進(jìn)一步影響藻類的附著。光滑材料的表面附著藻類的生物量要遠(yuǎn)小于粗糙表面，粗糙表面可以為生物膜的形成提供更多的結(jié)合位點。藻類孢子萌發(fā)形成的附著物的性質(zhì)取決于它們接觸的物體表面的粗糙度。在極其光滑的表面上，孢子形成最短的、最基本的固定物，與附著表面結(jié)合效果較差，容易脫落，因此光滑表面藻類附著量少；而在相對粗糙的表面上，固定器很大且凸角與材料的表面輪廓一致，結(jié)合緊密，粗糙表面附著量多[26]。

3.3 防污涂料對附著藻類的影響

網(wǎng)衣、網(wǎng)籠是主要用尼龍和聚乙烯材料制成的，容易被藻類等生物附著，藻類的粘附對水產(chǎn)養(yǎng)殖造成很大危害。傳統(tǒng)的尼龍材料網(wǎng)衣具有柔韌性好、表面光滑的特點。因此要求用于其上的防污涂料具有較好的柔韌性和附著力[27]。根據(jù)漁網(wǎng)性質(zhì)特征，使用成膜情況、柔軟度、耐水性、粘附性和脫落情況來評估防污涂料的可用性，結(jié)合高寒高海拔的特點，在野外通過附著藻類的生物量和覆蓋度來評估防污涂料的防污效果。環(huán)氧樹脂是一種低分子聚合物，由于其接觸角大、涂層吸水率小、耐腐蝕性好的特點，在防止藻類附著方面具有良好的作用[28]。環(huán)氧樹脂的防污性能還存在較大的提升空間，對于提高環(huán)氧樹脂的防污性能、耐蝕性能等的研究熱度逐漸增加。有研究表明，摻雜TiO2可有效提高環(huán)氧樹脂涂層的疏水性和自清潔性[29]。此外，環(huán)氧樹脂摻雜AgO能夠明顯提升其抗菌性能、機(jī)械性能和耐蝕性能[30]。

4 結(jié)論

本實驗從網(wǎng)衣性質(zhì)、附著基底材料和常見的涂料等方面研究了附著藻類的防控效果。結(jié)果顯示，附著藻類對網(wǎng)衣性質(zhì)有明顯的趨好性，附著藻類更容易附著在網(wǎng)孔直徑小、網(wǎng)線股數(shù)大、網(wǎng)片顏色淺和網(wǎng)衣材質(zhì)粗糙的表面；以銅作為附著基底能夠明顯抑制藻類生長，附著基底越光滑的表面，藻類生物量越低；環(huán)氧樹脂由于涂層吸水率小、接觸角大、表面能低且涂覆狀況良好的特點，在附著藻類防控方面具有一定的作用。