【研究意义】海洋硅藻具有极高的物种多样性和广泛的分布，是造成海洋生物污损的主要类群之一，污损硅藻约有45属111种^[1-4]。污损硅藻不仅是污损生物群落的初级生产者，为污损群落中的原生动物及大型污损生物幼虫提供食物^[5-6]，而且可以在金属/海水界面中左右金属的初期腐蚀过程。因此，污损硅藻研究在污损生物学和海洋生物腐蚀方面具有重要的意义^[7-9]。【前人研究进展】我国对耐腐蚀材料的海水腐蚀研究开展较多^[10-13], 对污损生物也有诸多研究^[14-16], 而我国污损硅藻的研究始于20世纪六七十年代。王秋等^[17]于1981年在青岛、厦门、湛江进行玻璃试板海上挂片试验，鉴定出23种硅藻。1984年黄宗国^[18]在厦门海域挂的玻璃试板鉴定出21属61种硅藻。笔者^[19]于1982年报道了青岛中港4种不同材料挂板的硅藻活体形态(碳钢片上的舟形藻，羽形藻)，并于2016年完成青岛中港硅藻群落月变化的初步观察，共鉴定出污损硅藻9目15科2属57种(待发表)。然而，目前我国的污损硅藻研究仍处于调查描述初期阶段，对污损硅藻的基本物种组成、变化规律、地理环境相关性及差异、不同材料的差异、附着过程及机理等研究仍需逐步深入。【本研究切入点】三亚海洋环境试验站系国家科委腐蚀学科组1980年确立的首批国家海水腐蚀站南海榆林站的搬迁新站点，地处海南岛三亚湾西端(东经109°15′，北纬18°17′)，为我国热带海洋材料试验站，海滩以石英砂为主的贝壳屑堆成。1998年－1999年三亚湾海域生态与生物资源调查结果表明, 硅藻为三亚湾海域浮游植物群落的主要类群^[20]。时隔近二十年，三亚湾的周边经济迅速发展，海洋开发利用发生巨大变化，必然对该区海洋环境产生一定影响。加之生物多样性因时空变化而异，因此有必要对其再次进行系统的研究调查。【拟解决的关键问题】本研究选取三亚海洋环境试验站对4种材料进行全浸腐蚀试验，以了解热带污损硅藻的物种多样性以及不同金属材料对其影响，并获取实验站的生物环境资料。

取4种材料加工成载玻片大小(1.5 cm×7.5 cm)，除油，清洗，测试表面状态，装实验框架(图 1)，在海南三亚试验站进行挂片试验，其中钛合金、304不锈钢、镀锌Q2358、载玻片分别用字母T、304、D、B标记。将4种材料的试验架投放海中约1 m深处，分别在2 d、7 d、15 d、30 d进行4次取样。将每种试片分别放在离心管中，加入适量过滤海水，编号，密封，冷藏空运到青岛。

图 1 (Fig. 1)

图 1 挂板照片 Fig.1 The picture of hanging plate

将所得试片放于50 mL离心管中，进行分类和编号。向离心管中加入20~30 mL蒸馏水，然后加入10~15滴含次氯酸的漂白剂，震荡并浸泡20 min。取出挂板，加入5 mL无水乙醇并添加蒸馏水至50 mL，2 000 r/min离心7 min。弃去上清液，再加入蒸馏水离心清洗两次。向洗净的沉淀中加入适量蒸馏水，用吸管吹打混匀。将盖玻片放在加热板上，用吸管将样品滴加到盖玻片上烤干。使用Mountmedia (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.Osaka，Japan)进行封片。

使用带有微分干涉的Nikon Eclipse 80i显微镜对硅藻进行鉴定和计数。每个样品需计数300个壳以上，若装片内的硅藻不足300个时则全部计数。

优势度(Y)计算公式如下:$Y = \frac{{{n_i}}}{{{f_i}}}N$，式中n_i为全部样品中第i个种的总丰度，N为全部样品中所有物种的总丰度，f_i为第i个种在全部样品中的出现频率。

使用PRIMER 6^[21]对试片表面硅藻的Shannon多样性指数^[22]，Pielou’s均匀度指数^[23]，Margalef物种丰富度^[24]和Simpson优势度^[25]等进行计算。

4种材料实海挂片1个月，取片分别鉴定，结果共检出硅藻3纲、16目、24科、30属、61种，其中双眉藻属(Amphora)、菱形藻属(Nitzschia)和舟形藻属(Navicula)物种数较多，分别为10种、10种和6种，试片表面硅藻的主要类群及优势度如表 1所示。图 2给出了从该实验站表层海水11月份污损硅藻主要物种的形态。

表 1(Table 1)

表 1 硅藻污损群落的主要类群(属) Table 1 The main genera of diatom contaminated communities 试片种类 Type of materials 主要硅藻类群 Dominant diatoms 相对丰度 Percentage (%) 优势度指数 Dominant index T 双眉藻属Amphora 15.15 0.131 6 卵形藻属Cocconeis 11.77 0.105 3 双壁藻属Diploneis 5.55 0.052 6 曲解藻属Fallacia 5.55 0.052 6 菱板藻属Hantzschia 5.55 0.052 6 楔形藻属Licomophora 5.55 0.052 6 舟形藻属Navicula 18.75 0.157 9 菱形藻属Nitzschia 15.15 0.131 6 304 双眉藻属Amphora 21.05 0.173 9 斑条藻属 Grammatophora 9.53 0.087 0 舟形藻属Navicula 14.5 0.130 4 菱形藻属Nitzschia 14.5 0.130 4 B 双眉藻属Amphora 20.53 0.170 3 曲解藻属Fallacia 5.13 0.048 8 斑条藻属 Grammatophora 7.90 0.073 2 海氏藻属Haslea 5.13 0.048 8 舟形藻属Navicula 5.13 0.048 8 菱形藻属Nitzschia 28.12 0.219 5 沙网藻属 Psammodictyon 5.13 0.048 8 粗纹藻属Trachyneis 5.13 0.048 8 D 双眉藻属Amphora 22.22 0.181 8 菱形藻属Nitzschia 22.22 0.1818

表 1 硅藻污损群落的主要类群(属) Table 1 The main genera of diatom contaminated communities

图 2 (Fig. 2)

图 2 硅藻群落主要种类的形态 Fig.2 Morphology of main species of diatoms

通过4个周期(0~2 d为第1周期，3~7 d为第2周期，8~15 d为第3周期，16~30 d为第4周期)4种材料表面硅藻物种数的变化可以看出，在前3个周期的样品表面，硅藻物种数呈现较缓慢地上升。在第4周期，钛合金(T)和载玻片(B)表面物种数明显升高，分别达到27和29种；304不锈钢(304) 表面物种数上升速度低于钛合金和载玻片，达到13种；热浸锌(D)表面的物种出现下降，仅为2种(图 3)。实验选用的4种材料分别为非金属的玻璃片和3种金属材料，其共同的特点是实验期间材料表面基本稳定。3种金属材料依自身形成的氧化膜，使其处于热力学稳定状态，其中工业纯钛的氧化膜极为稳定，304不锈钢的表面氧化膜一旦被破坏需充分氧的存在下才能修复，而热浸锌表面锌离子有一定的毒性，对微型生物有一定的驱赶和毒杀作用，可能为第4期物种明显下降的原因之一，天然海水中微型生物变化影响因素很多，已非一两次实验能下定论。

图 3 (Fig. 3)

图 3 试片表面附着硅藻的物种数 Fig.3 The number of diatom species attached to the test piece

对比4个周期不同材料表面附着硅藻Shannon多样性指数发现：在第1周期的样品表面均未检出附着硅藻，Shannon多样性指数均为0。第2周期，T和304材料表面多样性指数较高，分别为1.56和1.55;其次为D材料，为1.33;B材料最低为1.04。在第3周期T和B材料表面附着硅藻的多样性指数继续保持较高上升趋势，分别达到2.025，1.616；D材料表面硅藻多样性指数略微上涨，达1.475；304表面附着硅藻多样性指数下降至1.04。最后一个周期样品分析显示，T、304和B材料表面硅藻多样性指数继续升高，分别达2.877，2.582和2.208，而D材料表面硅藻多样性指数出现明显下降，为0.693(图 4)。多样性指数变化可由内外两个方面原因左右。内因是材料表面性能、毒性、极性、比表面积，B材料表面光洁度高，相比之下比表面积小，同样条件下多样性指数较低；D为热镀Zn材料，虽然比表面积大，但锌离子有一定毒性，故而多样性指数明显降低。影响多样性的外因为环境、水温、水流、营养元素多寡等。随着浸海时间增加，多种硅藻附着的机会增加，多样性指数增加，硅藻群落也会随着时间增长不断增大，直至原生动物出现抑制其发展而处于生态平衡。

图 4 (Fig. 4)

图 4 试片表面附着硅藻Shannon多样性指数变化 Fig.4 The Shannon diversity index of diatoms attached to the test piece

从4个采样周期不同样品表面附着硅藻的均匀度可以看出，304和D材料表面硅藻群落均匀度在第2周期时已达到最高值，且在第3，4周期依然保持较高的均匀度。T材料和B材料的均匀度则相对较低，随后逐渐上升，分别于第3周期和第4周期达到均匀度高峰，表明污损硅藻物种和丰度逐渐达到稳定的状态(图 5)。

图 5 (Fig. 5)

图 5 试片表面附着硅藻的均匀度 Fig.5 The evenness of diatoms community on the test piece

如图 6所示，南海三亚海洋环境试验站2016年11月份在4种材料中出现最多的硅藻是线形双眉藻(Amphora lineata)、盾卵形藻(Cocconeis cf.scutellum)、沙生舟形藻(Navicula arenaria)、洛氏菱形藻密纹变种(Nitzschia lorenziana)和海生斑条藻(Grammatophora marina)，为三亚实验站秋季硅藻污损群落的优势种。

图 6 (Fig. 6)

1:线性双眉藻Amphora lineata，2:盾卵形藻Cocconeis cf.scutellum，3:沙生舟形藻Navicula arenaria，4:洛氏菱形藻密纹变种Nitzschia lorenziana，5:海生斑条藻Grammatophora marina 图 6 试片附着硅藻优势种(bar=10 μm) Fig.6 The dominant diatom species attached to the test piece (bar=10 μm)

本研究首次对三亚海域污损硅藻的物种多样性和群落结构进行初步研究，研究结果表明:污损硅藻主要为底栖硅藻，有别于同海域浮游硅藻物种。底栖硅藻是我国海域危害海洋开发和海防设施的主要污损生物，是研究海洋防腐蚀防微生物污损极为重要的一环。然而，遗憾的是底栖硅藻在我国海洋生物多样性调查及海洋环境生物监测中均较少涉及，致使对污损硅藻的多样性和生物量缺乏了解和有效的估计。在1998年—1999年对三亚生态环境与生物资源的调查中仅包含浮游硅藻的调查，并未将底栖硅藻纳入调查项目。本研究研究表明，浮游硅藻的优势种——旋转角毛藻在本次污损硅藻的调查中并未检出。因而，仅对浮游硅藻进行调查无助于污损硅藻的检测。污损硅藻在当今海洋工程与海防工种建造，以及海洋结构物的防腐防污研究中具有极为重要的意义，在当前生物多样性的调查研究中，理应占有一席之地。

本研究采用挂片法对我国南海热带近岸表层硅藻污损群落的组成与结构变化进行调研, 鉴定海洋污损硅藻共3纲16目30属61种, 其中双眉藻属、菱形藻属和舟形藻属占优; 污损硅藻群落组成变化受材料表面性质的影响, 锌离子的毒性对污损硅藻群落结构有一定影响。

目前，有关热带海洋污损硅藻的研究相对较少，本研究提供了一份相对详实的表层海水污损硅藻群落结构及生物多样性资料。今后，将针对不同水深，不同地点开展进一步的研究，以期全面准确地了解热带污损硅藻群落结构及多样性，以及不同防腐材料应对硅藻生物污损的效果。