21世紀(jì)是海洋世紀(jì)，海洋在全球的戰(zhàn)略地位日益突出。隨著我國海洋開發(fā)的不斷深入，微生物腐蝕與生物污損逐漸受到人們的關(guān)注和重視，據(jù)統(tǒng)計(jì)，海洋微生物引起的腐蝕約占海洋材料的70%~80%，每年因此種腐蝕而造成的損失高達(dá)上千億美元。近年來，無論是對(duì)微生物腐蝕機(jī)理的認(rèn)識(shí)，還是海洋防污技術(shù)方面的創(chuàng)新，國內(nèi)外都取得了明顯的成效。為了全面科普微生物腐蝕與生物污損的相關(guān)知識(shí)，引起人們的廣泛重視，防患于未然，記者特邀請(qǐng)到中國科學(xué)院海洋研究所段繼周研究員進(jìn)行相關(guān)精彩解讀。

    段繼周，中國科學(xué)院海洋研究所研究員，博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院海洋環(huán)境腐蝕與生物污損重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。目前主要從事海洋微生物腐蝕與生物污損的基礎(chǔ)和防控技術(shù)研究工作。

段繼周研究員

    記者：您主要從事海洋微生物腐蝕與生物污損方面的研究工作，能否談?wù)勎⑸锔g有哪些危害，會(huì)給國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來怎樣的影響？

    段研究員：眾所周知，海洋腐蝕環(huán)境可以分為五個(gè)腐蝕區(qū)帶，這五個(gè)腐蝕區(qū)帶可大體分為水上區(qū)和水下區(qū)。海洋水下區(qū)帶腐蝕環(huán)境的一個(gè)顯著特征，是海水的微生物腐蝕和生物污損。海水中含有豐富的鹽類及碳、氮、磷等有機(jī)物，生活著從微微型到大型的種類繁多的海洋生物體。每毫升海水中僅細(xì)菌數(shù)量即達(dá)百萬數(shù)量級(jí)。某些細(xì)菌和附著生物會(huì)選擇性地在材料設(shè)施表面附著，生長、代謝、繁殖，作為其生長棲息的生態(tài)群落家園，而在我們?nèi)祟愌壑羞@種過程結(jié)果則可能造成了鋼鐵等材料設(shè)施的微生物腐蝕和生物污損。對(duì)于腐蝕微生物人們不能用肉眼直接看到，但對(duì)于生物污損，到過海邊的人，都會(huì)在岸邊的礁石不經(jīng)意看到過牡蠣、貽貝等硬殼生物的污損生物附著現(xiàn)象。

    微生物腐蝕能夠?qū)е虏牧虾驮O(shè)備設(shè)施的加速腐蝕減薄，特別是嚴(yán)重的局部腐蝕破壞，嚴(yán)重的導(dǎo)致整個(gè)設(shè)施的失效報(bào)廢。有報(bào)道認(rèn)為，管線腐蝕損失的30% 與微生物腐蝕密切相關(guān)。而生物污損能引起海水管道內(nèi)徑變窄甚至堵塞，海洋平臺(tái)載荷增加，艦船航行阻力增大，油耗增加等等，所有這些都導(dǎo)致設(shè)施的使役安全性降低。

    生物腐蝕和生物污損是制約許多水下設(shè)施和裝備長期安全運(yùn)行的關(guān)鍵影響因素，其腐蝕防護(hù)技術(shù)是水下設(shè)施必須充分考慮的。雖然水下陰極保護(hù)、防污涂料、殺菌劑、電解防污等技術(shù)已十分成熟并已獲得廣泛工業(yè)應(yīng)用，但隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，現(xiàn)有技術(shù)并不能充分滿足應(yīng)用需求；特別是隨著海洋工程設(shè)施的多樣化發(fā)展，生物腐蝕和污損問題不斷出現(xiàn)，防護(hù)需求也呈現(xiàn)多樣化。海洋生物腐蝕和污損是海洋水下工程設(shè)施領(lǐng)域的重大科學(xué)問題，也是亟待解決的重大科學(xué)技術(shù)難題。

    微生物腐蝕試樣

    記者：近年來國內(nèi)在微生物腐蝕和生物污損領(lǐng)域的探索有哪些進(jìn)展？與國外相比如何取長補(bǔ)短？

    段研究員：微生物腐蝕是由微生物直接或間接的作用引起材料腐蝕破壞的現(xiàn)象。現(xiàn)在，人們已逐漸認(rèn)識(shí)到，海水的腐蝕規(guī)律不能簡單的用鹽水或人造海水腐蝕規(guī)律來代替。受生物膜、腐蝕微生物和生物污損的影響，材料在天然海水中的腐蝕特別是長期腐蝕規(guī)律與無菌鹽水中的腐蝕規(guī)律是十分不同的。在海洋微生物腐蝕領(lǐng)域。早期中科院海洋所的張經(jīng)磊、馬士德等教授上世紀(jì)八、九十代主要關(guān)注海泥中細(xì)菌的腐蝕規(guī)律研究，國內(nèi)許多專家也在從事海洋微生物腐蝕、微生物腐蝕領(lǐng)域的研究。在更早期，中科院微生物所的呂人豪教授等多年從事霉菌、土壤和水環(huán)境微生物腐蝕研究，是我國微生物腐蝕研究之開端。近十年來，關(guān)于海水、工業(yè)水等環(huán)境中的微生物腐蝕研究發(fā)展比較集中，特別是在海洋硫酸鹽還原細(xì)菌腐蝕行為、電活性腐蝕機(jī)理、局部腐蝕破壞機(jī)理等方面有較突出進(jìn)展。目前，從早期集中關(guān)注的硫酸鹽還原菌腐蝕規(guī)律到海水天然生物膜、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌等不同微生物腐蝕，從海泥、海水腐蝕微生物培養(yǎng)到特殊生境的腐蝕微生物群落研究，從碳鋼、不銹鋼到有色金屬的微生物腐蝕，從殺菌劑、抗菌不銹鋼、抗菌鍍層、陰極保護(hù)等對(duì)微生物腐蝕的影響，從微生物影響的局部腐蝕、電偶腐蝕和應(yīng)力腐蝕，在海水、海泥、土壤、工業(yè)水、油田、油水環(huán)境等都有涉及。在有關(guān)研究所和大學(xué)有一批更年輕的學(xué)者也迅速成長起來，這是令人欣喜的。

    國外包括歐洲和美國等的微生物腐蝕研究在上世紀(jì)九十年代到本世紀(jì)初經(jīng)歷過一個(gè)高潮，按德國的一位微生物腐蝕領(lǐng)域的專家說，這可能也是與國外的城市化和工業(yè)發(fā)展水平有關(guān)。當(dāng)時(shí)有一批人專門從事微生物腐蝕的研究，美國及法國、意大利、英國和德國等國家都有幾個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)室和代表性人物一直在從事該領(lǐng)域的研究，也有若干經(jīng)典文獻(xiàn)出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，在歐盟支持下，有若干個(gè)微生物腐蝕項(xiàng)目出現(xiàn)，支持著歐洲幾個(gè)國家微生物腐蝕的研究開展，從歷史上看，歐洲也應(yīng)該算微生物腐蝕研究的發(fā)源地了。微生物腐蝕是典型的交叉學(xué)科領(lǐng)域，目前，國外在腐蝕微生物的分子生物學(xué)、組學(xué)、表面分析科學(xué)等領(lǐng)域有很大進(jìn)展，如基于上述有關(guān)技術(shù)，Iwona Beech 等已研發(fā)成功了幾乎可以原位分析生物膜和細(xì)菌代謝產(chǎn)物的取樣-分子生物學(xué)- 質(zhì)譜分析技術(shù)，對(duì)微生物的群落、生物代謝物質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物等的分析具有重要推動(dòng)作用。當(dāng)前，我們國家可能也正在經(jīng)歷一個(gè)生物腐蝕和污損研究的上升期和活躍期，這也是與我們國家海洋資源開發(fā)、城鎮(zhèn)化水平和綜合國力的整體提升相關(guān)聯(lián)的。

    生物污損是由于污損生物在人造設(shè)施或材料表面的附著而對(duì)設(shè)施設(shè)備的功能和人類生產(chǎn)活動(dòng)造成負(fù)面影響的現(xiàn)象。生物污損與微生物腐蝕在實(shí)際海水環(huán)境發(fā)生過程中具有連續(xù)性，具有共生性的生物群落集聚現(xiàn)象，但二者總體還是有著顯著不同的兩個(gè)自然現(xiàn)象。在研究方法、手段和研究關(guān)注重點(diǎn)上也有著許多不同，開展先進(jìn)防污技術(shù)的研究無疑歷來是研究的重點(diǎn)，但對(duì)生物污損發(fā)生過程、規(guī)律的研究同樣具有重要意義。

    我國在防污技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展總體是在快速發(fā)展的，比如壓載水艙電解防污技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)中船重工725 所等有關(guān)單位已做出了很好的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在防污涂料領(lǐng)域，國內(nèi)海洋化工研究院、廈門725 所等有若干研究所、大學(xué)和有關(guān)企業(yè)在防污涂料研發(fā)、性能測(cè)試和產(chǎn)品應(yīng)用等方面也都有很好的業(yè)績。但在防污涂料領(lǐng)域，國外有關(guān)防污涂料企業(yè)在市場(chǎng)占有率等方面仍有較大優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，防污技術(shù)正朝著無毒、環(huán)保、長效、功能化和綜合化等方面發(fā)展。許多具有功能性的防污材料如自拋光水解性、粘彈性、自修復(fù)釋放等樹脂類防污材料、功能材料已開展大量的研究測(cè)試，有的已產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化。防污技術(shù)是綜合性技術(shù)，特別是對(duì)于靜態(tài)或固定設(shè)施，如水下采油平臺(tái)、碼頭、取水隧道等，有時(shí)僅僅采用防污涂層技術(shù)還是不夠的，包括生物污損的監(jiān)測(cè)、機(jī)械去除和新型防污技術(shù)的研發(fā)都是有必要的，這方面還需要進(jìn)一步研發(fā)。

    生物污損與海域、季節(jié)、溫度及附著生物本身等環(huán)境生物因素有密切關(guān)系。海藻、藤壺、貽貝、牡蠣等典型污損生物其生態(tài)習(xí)性和變態(tài)附著規(guī)律各有不同。國家海洋局第三海洋研究所的黃宗國教授所著的《海洋污損生物及其防除》是我國生物污損研究領(lǐng)域的重要著作。中科院海洋所、中科院南海所、中國海洋大學(xué)、廈門大學(xué)、上海海洋大學(xué)等單位在海洋生物分類、培育和養(yǎng)殖、生態(tài)等方面的研究十分齊全；但生物由于污損常常與工程設(shè)施相關(guān)聯(lián)，海洋生物學(xué)家專門從事污損生物研究特別是污損生物生態(tài)研究的專家不是很多。

    近十年來，美國和歐洲的生物污損研究仍處于活躍期，有一大批專家和企業(yè)在從事生物污損、防污材料的團(tuán)隊(duì)在開展該領(lǐng)域的研究開發(fā)。開展污損規(guī)律和防污技術(shù)研究，無疑需要建立有關(guān)加速研發(fā)平臺(tái)，也需要上下游研發(fā)、應(yīng)用單位的通力合作。目前在歐盟有關(guān)項(xiàng)目支持下，英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)、伯明翰大學(xué)等在模式污損生物培養(yǎng)與生物污損評(píng)價(jià)加速測(cè)試、先進(jìn)防污材料與涂料研發(fā)，以及研究單位與企業(yè)的合作模式方面都做得很好，值得我們學(xué)習(xí)。

    我國的生物腐蝕和污損研究可以說方興未艾，有志于從事海洋腐蝕和污損研究的青年人可以大顯身手。與國外相比，從科學(xué)研究和成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化角度，我國目前在源頭創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用方面都還需亟待提高。需要進(jìn)一步整合有關(guān)科研、企業(yè)應(yīng)用等上下游資源，建立生物腐蝕與污損研究的平臺(tái)，特別是在腐蝕微生物和污損生物培育、腐蝕微生物與污損生物群落與演替過程、微生物和污損生物生理生態(tài)研究等方面夯實(shí)基礎(chǔ)，在先進(jìn)防腐防污材料、防腐防污技術(shù)創(chuàng)新研究及工程化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面開展系統(tǒng)研究。

    記者：海洋微生物腐蝕與生物污損這個(gè)領(lǐng)域有哪些亟待解決的重大科學(xué)問題？

    段研究員：海洋微生物腐蝕與生物污損屬于典型的交叉學(xué)科，生物、材料、化學(xué)等不同學(xué)科背景的人對(duì)其理解可能十分不同，對(duì)所謂重大科學(xué)的問題的理解和認(rèn)識(shí)也會(huì)有差異。有位美國科學(xué)家說過，“微生物腐蝕是海洋腐蝕的另一半（未解決的科學(xué)問題）”，至今，微生物腐蝕仍有很多問題亟待探明。比如，在碳鋼、不銹鋼、銅表面的腐蝕微生物群落是不同的，充分研究認(rèn)識(shí)微生物腐蝕規(guī)律，有望為開發(fā)耐海水腐蝕材料提供重要技術(shù)支撐。

    海洋生物污損更被認(rèn)為是“世界性難題”，上世紀(jì)六十年代，我國曾專門組織科技攻關(guān)，解決艦船的生物污損問題，并成功開發(fā)了海洋防污涂料。但隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，從源頭上開展生物污損規(guī)律研究，并發(fā)展綠色、環(huán)保的防污技術(shù)成為新的需求。但這不是一兩個(gè)人、一兩個(gè)團(tuán)隊(duì)能夠解決的，需要國家層面予以充分重視，也需研究團(tuán)體從不同的角度、做長期的、持續(xù)不斷的努力。

    目前，在微生物腐蝕領(lǐng)域，我們正在開展腐蝕微生物群落的高通量測(cè)序及腐蝕微生物的宏基因組及微生物- 材料腐蝕生態(tài)學(xué)的有關(guān)研究，有望對(duì)微生物腐蝕機(jī)制有更進(jìn)一步的理解。

    當(dāng)前，隨著國際和我國海洋開發(fā)的深入，新的海洋微生物腐蝕和生物污損問題也不斷出現(xiàn)。需要我們針對(duì)其特點(diǎn)開展有關(guān)的腐蝕和污損規(guī)律和防腐防污技術(shù)研究，既要發(fā)現(xiàn)共性科學(xué)問題，又要研究專門的科學(xué)和技術(shù)問題。

    記者：在您的科研過程中，有沒有特別令您印象深刻的科研經(jīng)歷？可否分享一下您印象深刻的案例？

    段研究員：科研路上若沒有導(dǎo)師的指導(dǎo)和前輩、同事、同行的幫助和進(jìn)步，難以取得任何成績，當(dāng)初闖入微生物腐蝕研究也實(shí)屬偶然。我本人是學(xué)化學(xué)出身，真正開始微生物腐蝕學(xué)習(xí)研究還是在博士期間，導(dǎo)師是侯保榮教授。侯老師當(dāng)時(shí)正在申請(qǐng)一個(gè)海泥環(huán)境中微生物腐蝕的基金，后來基金委作為主任基金批準(zhǔn)，才開始做這方面的研究了。當(dāng)時(shí)海洋所的海洋微生物老專家陳騳教授還專門贈(zèng)給我有關(guān)微生物研究的有關(guān)資料。自己當(dāng)時(shí)第一次從海泥中培養(yǎng)出硫酸鹽還原細(xì)菌（SRB），并開展了微生物腐蝕的初步研究。后來，基金研究獲評(píng)優(yōu)秀，科學(xué)時(shí)報(bào)還專門采訪，并以“吃鐵的細(xì)菌亦有大用”被報(bào)道。博士后期間，日本東京工業(yè)大學(xué)水流徹教授與侯保榮院士有一個(gè)日中國際合作項(xiàng)目，包含微生物腐蝕的研究內(nèi)容，經(jīng)兩位教授推薦，安排我去東京工業(yè)大學(xué)丹治保典教授實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)研究6 個(gè)月，在丹治教授實(shí)驗(yàn)室又開展了比較系統(tǒng)的微生物方面的學(xué)習(xí)研究工作。

    在博士后期間，申請(qǐng)了一項(xiàng)青年基金，是關(guān)于厭氧細(xì)菌影響的鋼鐵銹層轉(zhuǎn)化及其腐蝕行為的研究。我們目前973工作的部分內(nèi)容也是這個(gè)研究的進(jìn)一步延伸。這個(gè)基金做的成功的一點(diǎn)是從鋼鐵銹層里培養(yǎng)出一株SRB，做了比較系統(tǒng)的微生物腐蝕試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，又開展了電活性生物膜研究、微生物污損研究，對(duì)微生物電極電子傳遞機(jī)理，電位變正機(jī)理、銹層生物礦化和微生物群落開展系統(tǒng)研究。

    積極參與國際、國內(nèi)交流與合作可能算是我在科研方面的一個(gè)特色。我十?dāng)?shù)次參加在微生物腐蝕、生物污損領(lǐng)域的國際會(huì)議。近年來，也邀請(qǐng)國外多位微生物腐蝕和微生物生態(tài)領(lǐng)域?qū)＜业胶Ｑ笏L問交流，參與中日防腐防污方面的合作研究，受益匪淺。近年來，也接受了伊朗、印度、俄羅斯等國家的青年學(xué)者來所合作研究。同時(shí)，與國內(nèi)微生物腐蝕、生物污損等領(lǐng)域的同行專家及有關(guān)企業(yè)有著比較密切的交流。

    目前我們國家的資助模式和研究模式與之前相比正在發(fā)生變化，產(chǎn)、學(xué)、研、用結(jié)合更加密切，我相信有更多的人可以真正安下心來，去做真正的科研了！

    記者：隨著海洋開發(fā)逐步走向深海，海洋微生物腐蝕這個(gè)領(lǐng)域的研究會(huì)為深海開發(fā)提供怎樣的理論依據(jù)和技術(shù)支撐？

    段研究員：隨著我國海洋資源和海洋開發(fā)走向深海大洋，深海油氣、采礦、鉆探、觀測(cè)、漁業(yè)等設(shè)施裝備不斷增多，深海腐蝕研究的重要性日漸凸顯。與淺海環(huán)境相比，人們對(duì)深海環(huán)境腐蝕規(guī)律研究還十分不充分，所涉及的深海微生物腐蝕的研究就更少，深海微生物腐蝕和微生物污損都可能對(duì)設(shè)施造成影響，如海底管線、犧牲陽極、錨鏈等的腐蝕失效都可能有腐蝕微生物的參與，值得去進(jìn)一步研究。但目前在研究手段上仍常常受制于試驗(yàn)條件和試驗(yàn)設(shè)施，今后隨著深海腐蝕裝置和測(cè)試分析技術(shù)等方面進(jìn)一步發(fā)展，深海腐蝕包括深海微生物腐蝕規(guī)律會(huì)進(jìn)一步闡明，深海材料、設(shè)施和裝備會(huì)得到更好的研發(fā)、保護(hù)和應(yīng)用。

    后記：隨著“一帶一路”和“海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略的提出，我國對(duì)海洋資源的開發(fā)將步入新紀(jì)元。海洋工程設(shè)施的發(fā)展和多樣化需求，給微生物腐蝕與生物污損的研究和探索提出了更高的要求。

    人物簡介

    段繼周，男，1972年生，中國科學(xué)院海洋化學(xué)專業(yè)理學(xué)博士（2003），中國海洋大學(xué)博士后。現(xiàn)為中國科學(xué)院海洋研究所研究員，博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院海洋環(huán)境腐蝕與生物污損重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。兼任中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)青年委員會(huì)副主任委員、中國海洋湖沼學(xué)會(huì)海洋腐蝕與污損專業(yè)委員會(huì)秘書長、全國涂料與顏料標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)專家委員、山東省暨青島市腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)理事等職。多年來主要從事海洋微生物腐蝕機(jī)制與防護(hù)技術(shù)研究，近年來也在開展海洋生物污損過程與綠色防污技術(shù)研究。先后主持和參與多項(xiàng)國家基金、國家科技支撐計(jì)劃、國家“973”項(xiàng)目、中國科學(xué)院先導(dǎo)科技專項(xiàng)及中廣核、中海油等企業(yè)合作和中日等國際合作項(xiàng)目等。已發(fā)表論文80余篇，發(fā)明專利6項(xiàng)，參編專著3部；培養(yǎng)研究生近20名。作為第一獲獎(jiǎng)人，“海洋環(huán)境中硫酸鹽還原細(xì)菌的厭氧腐蝕作用機(jī)理”獲2012年度青島市自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。