欧洲水域生物污损强度空间评估：聚焦波罗的海与东北大西洋的盐度主导作用

《Marine Pollution Bulletin》：Biofouling intensity in European waters: A compiled dataset and spatial assessment with focus on the Baltic Sea and Northeast Atlantic

本研究针对船舶生物污损导致的燃料消耗、温室气体排放及外来物种入侵问题，整合了2014–2024年间欧洲35个地点的静态挂板测试数据，首次对欧洲水域生物污损强度进行了大规模空间评估。研究发现，地中海区域(n=3)污损强度最高，而排除强河口影响区域后，东北大西洋(n=14)的污损强度显著高于波罗的海(n=17)。回归分析表明，盐度是影响污损压力的主导环境因子(R2=0.39–0.40)。该研究为制定基于风险的区域性船舶及海事结构物生物污损管理策略提供了首个欧洲基准数据集，对实现IMO生物污损指南和欧盟外来入侵物种法规的可持续管理目标具有重要意义。

　　

船舶长期航行于海洋环境中，其水下船体表面不可避免地会成为各种海洋生物（如藤壶、藻类、管虫等）附着的温床，这一现象被称为生物污损（Biofouling）。生物污损绝非小事，它会显著增加船体的粗糙度，导致航行阻力增大。据最新估计，全球航运燃料消耗和温室气体（GHG）排放的7%至10%可归因于生物污损，这不仅推高了运营成本，更加剧了气候变化。此外，附着在船体上的生物，尤其是外来入侵物种（IAS），会随着船舶的移动在全球范围内传播，对当地海洋生态系统构成严重威胁。目前最常用的防污方法是涂覆含有杀菌剂（主要是氧化亚铜）的防污涂层，但这些涂层在保护船舶的同时，其持续释放的有害物质也对港口和 marina（游艇码头）等局部海洋环境造成了污染，例如在波罗的海，铜基防污涂层贡献了约33%的总铜负荷。面对这些严峻的环境和经济压力，有效的生物污损管理策略变得至关重要。然而，生物污损压力（即生物污损积累速率）受到水温、盐度、溶解氧、营养盐等多种环境参数的复杂影响，此前的研究多局限于特定区域（如波罗的海或地中海），缺乏对整个欧洲水域生物污损强度的系统性、大尺度空间评估，这阻碍了针对欧洲多样化海域制定精准、基于风险的管理政策和措施。为了填补这一知识空白，一项发表在《Marine Pollution Bulletin》上的研究应运而生，旨在通过整合已有及最新实地数据，绘制首幅欧洲生物污损强度空间分布图，并揭示关键环境驱动因子。

为开展此项研究，研究人员主要运用了几项关键技术方法。首先，他们进行了系统的文献检索（2014-2024年）和实地静态挂板测试（2023-2024年），从35个遍布波罗的海、东北大西洋、地中海和黑海的特定地点收集数据。测试使用惰性表面（如未涂装或仅涂底漆的PVC板），并在夏季高峰期评估污损状况。其次，研究采用标准化的污损评估方法，将收集到的不同污损评级尺度（如NSTM Fouling Rating (FR), N index, fouling index）统一转换为加权平均污损评级（Weighted FR），该指标能更好地反映污损对船体水动力性能（如粗糙度）的影响。最后，利用统计分析方法（如Mann-Whitney U检验、线性回归、多维尺度分析MDS）比较不同海域的污损强度差异，并量化了年度平均环境参数（源自哥白尼海洋环境监测服务CMEMS模型数据）与污损强度之间的关系。

3.1. 生物污损强度的空间评估

通过对35个地点夏季峰值污损条件的分析，研究人员可视化了欧洲各海域的生物污损强度。结果显示，不同海域间存在明显差异。地中海站点（n=3）显示出最高的指示性污损强度。对数据相对丰富的波罗的海（n=17）和东北大西洋（n=14）进行的比较发现，当包含所有采样点时，东北大西洋的平均加权FR高于波罗的海，但差异在统计上不显著（p=0.1036）。然而，当排除受强淡水或河口影响的地点（如波罗的海的Str?ngn?s，东北大西洋的Immingham和Vlaardingen）后，分析显示东北大西洋的污损压力显著高于波罗的海（p=0.0258）。这表明，在典型的海洋条件下，东北大西洋面临着比波罗的海更严峻的生物污损挑战。研究还指出，每个海域内部的不同地点之间，污损强度也存在相当大的变异性，说明污损强度具有地点特异性。

3.2. 现场测试点的水质条件

研究人员进一步分析了各测试点的年平均水质条件，以探究环境背景。盐度分布显示出显著的区域差异：波罗的海是典型的半咸水海域，东北大西洋受高盐度海水和沿岸淡水输入影响盐度变化较大，而地中海和大西洋（代表完全海洋环境）盐度较高，其中地中海因蒸发强烈和淡水输入有限而盐度通常更高。年平均温度趋势与盐度相似，但区域间差异较小，地中海温度较高，东北大西洋和波罗的海受北方较冷水体影响温度相对较低。其他环境参数（如pH、溶解氧、营养盐、叶绿素a水平、流速）则表现出更多地点特异性趋势，而非广泛的区域模式。通过多维尺度分析（MDS）对水质条件进行可视化，发现同一区域的站点倾向于聚集在一起，表明区域内环境相似性，但也有一些地点（如Helsing?r, Fiskeb?ck）因其独特的局部条件（如强淡水输入、高流速）而偏离其所在区域的集群。

3.3. 环境因子对生物污损强度的影响

线性回归分析揭示了环境因子与生物污损强度之间的关系。在所有分析的环境因子中，盐度被确定为影响欧洲水域污损强度的主要驱动因子（R²= 0.39–0.40）。高盐度区域（33–38 PSU），如东北大西洋（Kernevel, Douarnenez, Le Conquet）和地中海（Toulon, Trieste, Genoa），表现出相对较高的污损强度，这归因于藤壶、管虫等钙质生物的繁盛。海洋生物通常在稳定的渗透压条件下茁壮成长，而低盐环境（如波罗的海的半咸水港口）只允许某些广盐性物种生存，且需要消耗额外能量维持体内稳态，从而抑制了污损强度。此外，波罗的海生物多样性较低，污损物种也较少。平均海水温度与污损强度呈弱正相关（R²= 0.09–0.13）。溶解氧（DO）浓度与污损强度呈弱负相关（R²= 0.12–0.19），这主要与溶解氧和温度之间的负相关关系有关。pH值在大多数地点略偏碱性（pH 8.1），在此范围内对污损强度影响甚微。平均流速在许多地点普遍低于0.1 m/s，其对污损的影响不显著（R²< 0.03）。令人意外的是，营养盐浓度（磷酸盐R²= 0.13–0.19；硝酸盐R²= 0.02–0.06）和叶绿素a水平（R²= 0.04–0.09）与污损强度呈弱负相关，这与通常认知相反，可能与其他微量营养素限制、营养盐类型和生物可利用性、环境数据的不确定性（使用年平均值，未能完全捕捉时空变异）以及各次现场测试的具体设置差异有关。

3.4. 空间评估的管理与政策意义

本研究产生的空间评估结果可为港口和码头管理方、商业船东、休闲船主、涂层开发商以及政策制定者等多种利益相关方提供有价值的工具。港口和码头当局可利用这些数据识别辖区内的生物污损热点区域，优先安排对水下基础设施的检查和维护，并评估外来入侵物种（IAS）引入和传播的风险。商业船东可据此预测航线上的污损风险，优化船舶维护计划（如选择合适的防污涂层、调整水下检查和水下清洗频率），以管理船体粗糙度，减少性能损失，优化全生命周期成本。休闲船主可了解其活动区域的特定风险，采取适当的防污措施。码头运营商可制定针对性的码头维护计划，引导船主采取环保的船体维护策略。涂层开发商可根据区域污损压力数据优化新产品配方，并选择战略地点进行现场测试。更重要的是，该评估为政策制定提供了科学依据，可用于加强生态敏感区的船体检查协议、在重污损区实施船体清洁规定、以及建立预防性法规以减轻入侵物种传播。同时，该研究也凸显了某些区域数据匮乏的状况，这是制定统一泛欧法规的重要障碍。持续更新和扩展这一数据基线，对于根据IMO《生物污损指南》和欧盟《外来入侵物种条例》实现海事领域的全球可持续发展目标至关重要。

本研究首次将公开可用数据集与新实地测试数据整合，形成了欧洲水域生物污损强度的首份空间评估。研究明确了地中海、东北大西洋和波罗的海之间的污损强度梯度，并证实盐度是导致区域差异的主导环境因子。这项研究不仅为海事运营者识别高风险区域、优化维护策略、提升运营效率、降低成本和排放提供了实用工具，更重要的是为政策制定者提供了制定基于风险的生物污损管理策略和应对入侵物种威胁的科学基础。研究同时指出了当前数据覆盖不均的局限性，强调了在未来研究中填补数据空白、开展标准化数据收集、 bridging the gap between static panel data and fouling development on dynamic vessel hulls (弥补静态挂板数据与动态船体污损发展之间的知识差距)，并将空间基线与经济影响模型和政策有效性评估相联系的重要性。这些后续工作将为推动有效的生物污损管理策略和可持续航运政策提供进一步的科学证据，从而为海洋生态系统的长期健康和全球航运运营的效率做出贡献。