短波紫外线防污技术下养殖网衣污损生物膜的微生物演替
Microbial biofilms succession of aquaculture fouled net under the UV-C antifouling technology
本研究由中国海洋大学水产学院海洋渔业技术研究室完成。研究室在读博士生孙名山为本文第一作者，黄六一教授为本文通讯作者。
创新点
本研究面向海水养殖网箱中常用的聚乙烯（Polyethylene, PE）和聚酰胺（Polyamide, PA）网衣，构建了搭载短波紫外线 (Ultraviolet-C, UV-C)的缩尺网箱模型，并在真实海水养殖区开展现场布放试验。研究将 UV-C 防污处理与网衣材料差异相结合，系统分析了 UV-C 对不同材料网衣污损堵塞率、生物量积累以及微生物生物膜群落演替的影响。与以往主要针对传感器、刚性设备或实验表面的 UV-C 防污研究不同，本研究直接将 UV-C 应用于多孔、柔性、材料差异明显的养殖网衣表面，并将 16S rRNA 微生物群落分析与网衣堵塞率、污损生物量等工程指标相结合，从微生物生态和网箱管理两个角度评价 UV-C 防污效果。研究发现，UV-C 能够显著抑制早期生物膜形成和网衣污损。该研究为 UV-C 技术在海水养殖网衣绿色防污中的应用提供了实验依据和工程参考。
导读
随着海水养殖装备向深远海、大型化和长期化方向发展，网衣生物污损对网箱安全运行和养殖环境的影响越来越受到关注。网衣不仅承担围护养殖鱼群的工程功能，也是海洋微生物、藻类和无脊椎动物幼体附着的重要基质。污损生物在网衣表面大量积累后，会堵塞网目、降低水体交换能力，并增加网箱系统在波浪和水流作用下的水动力负荷，进而影响结构安全和养殖鱼类福利。因此，如何延缓网衣早期污损形成、降低网衣堵塞和生物量积累，是海水网箱绿色养殖和设施安全管理中的重要问题。
已有研究表明，微生物生物膜是海洋生物污损形成的初始阶段，可为后续藻类孢子和无脊椎动物幼体附着提供基质、营养物质和化学信号。传统网衣防污方法，如人工清洗和防污涂料，虽然能够在一定程度上控制污损，但仍存在网衣损伤、环境污染、使用寿命有限和成本较高等问题。近年来，UV-C 作为一种非化学、可控的防污技术，已在海洋传感器和部分刚性设备表面显示出良好的防污潜力。然而，养殖网衣具有多孔、柔性和材料依赖性强等特点，与刚性设备表面存在明显差异。尤其是 UV-C 能否有效延缓 PA 和 PE 等常用养殖网衣上的早期微生物生物膜发育，以及不同网衣材料是否会影响 UV-C 防污效果，目前仍缺乏现场试验认识。
针对这一问题，本研究在真实海水养殖区构建并布放搭载 UV-C 光源的缩尺网箱模型，选取聚酰胺（Polyamide, PA）和聚乙烯（Polyethylene, PE）两种常用养殖网衣作为研究对象，比较 UV-C 处理组与非处理对照组在不同暴露时间下的污损变化。研究结合网衣堵塞率、生物量积累和 16S rRNA 微生物群落测序，系统分析 UV-C 对网衣早期生物膜形成、微生物群落演替和材料差异性防污效果的影响。通过将微生物生态指标与工程防污指标相结合，本研究进一步阐明 UV-C 技术在养殖网衣绿色防污中的应用潜力，为海水网箱网衣早期污损控制和综合防污管理提供实验依据。
结论
本研究通过海区现场试验验证了 UV-C 技术在养殖网衣早期防污中的应用潜力。结果表明，UV-C 处理能够显著影响网衣表面早期微生物定殖和生物膜成熟过程，并降低 PA 和 PE 网衣的污损堵塞率与生物量积累。微生物群落结果显示，网衣污损生物膜主要由 Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria和 Bacteroidia等类群组成。UV-C 对 PA 和 PE 网衣的微生物群落均产生明显影响，但其抑制效果存在材料差异。PA 网衣上 Rhodobacteraceae和 Desulfobulbia明显减少，说明 UV-C 可能削弱了早期生物膜稳定化和内部物质循环过程；而 PE 网衣上 Flavobacteriaceae 下降有限，可能与其多糖利用能力、生物膜基质保护和扰动后恢复能力有关。从工程应用角度看，UV-C 可作为一种早期、非化学、可控的绿色辅助防污技术，用于延缓养殖网衣生物污损发展。其应用价值不在于完全替代传统防污措施，而在于与环保涂层、网衣材料优化和网衣清洗技术结合，形成综合防污管理策略。未来仍需通过更长周期的海上现场试验，进一步验证 UV-C 对大型污损生物长期附着、设备寿命和生物安全的影响。
图形摘要
期刊介绍
Aquacultural Engineering是 Elsevier 出版的水产养殖工程领域国际期刊，主要关注水产养殖设施设计、养殖工程装备、系统运行、材料应用、环境控制以及生物学数据与工程设计之间的交叉研究。该期刊强调将基础研究成果转化为可服务于水产养殖生产和工程应用的技术方案，是水产养殖工程领域的重要期刊之一。2025年影响因子为4.4，JCR 分区渔业Q1、农业工程Q2。
引用信息
Ming-Shan Sun, Shan Ge, Liu-Yi Huang, Chun-Wei Bi, Xiao Liu. Microbial biofilms succession of aquaculture fouled net under the UV-C antifouling technology. Aquacultural Engineering, 115 (2026): 102782. https://doi.org/10.1016/j.aquaeng.2026.102782
