聶政偉，王 磊，劉永利，石建高，閔明華，余雯雯，陳曉雪，王魯民

（1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，上海 200090）

銅合金網(wǎng)衣在海水養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進(jìn)展

聶政偉1，2，王 磊2，劉永利2，石建高2，閔明華2，余雯雯2，陳曉雪2，王魯民2

（1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部東海與遠(yuǎn)洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，上海 200090）

銅合金網(wǎng)衣在漁業(yè)工程領(lǐng)域特別是網(wǎng)箱和圍欄網(wǎng)海水養(yǎng)殖中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得良好效果。銅合金網(wǎng)衣具有“0”生物附著、高效低碳、健康環(huán)保等特點。本文結(jié)合國內(nèi)外在海洋、環(huán)境和金屬材料等領(lǐng)域?qū)︺~合金研究已取得的成果，探討了銅合金網(wǎng)衣在海洋中的抗污、耐腐蝕機(jī)理；通過介紹幾種銅合金網(wǎng)衣類型，描述了兩種結(jié)構(gòu)類型的銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱的制作方法以及在網(wǎng)箱養(yǎng)殖應(yīng)用中常見的問題，并分析了其結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性和抗風(fēng)浪能力等作業(yè)性能的關(guān)系，對銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱在漁業(yè)上的應(yīng)用情況及研究進(jìn)展進(jìn)行了梳理，以期為銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考。

銅合金網(wǎng)衣；水產(chǎn)養(yǎng)殖；抗污；耐腐蝕

改革開放以來，我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)受市場需求、養(yǎng)殖技術(shù)的進(jìn)步和政策規(guī)劃等諸多因素的推動，獲得迅猛發(fā)展。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的調(diào)查報告，2013年全球水產(chǎn)魚類總產(chǎn)量為7 050×104t，而僅中國就達(dá)到了4 350×104t，取得了極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益［1］。高速發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在為社會帶來巨大財富的同時，也給我們留下了許多亟待解決的技術(shù)和環(huán)境問題。從養(yǎng)殖區(qū)域上看，傳統(tǒng)網(wǎng)箱主要集中在水深10 m左右的淺海、沿岸灘涂以及半封閉港灣，而由于復(fù)雜的海況和高昂養(yǎng)殖成本等原因，對20～40 m的深海利用率較低，說明我國沿海水域利用不平衡；從網(wǎng)箱網(wǎng)衣材料上看，基本上是由傳統(tǒng)合成纖維（如尼龍、聚乙烯、聚丙烯等）制成，抗污和抗風(fēng)浪能力較差，需要頻繁清潔和換網(wǎng)，一旦遇強(qiáng)風(fēng)暴襲擊便損失慘重。整體而言，我國海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展尚存較大挑戰(zhàn)，仍處于初級階段，是養(yǎng)殖大國而不是養(yǎng)殖強(qiáng)國［2］。

全國海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃彰顯出了“關(guān)心海洋、認(rèn)識海洋、經(jīng)略海洋”的重要性，其深遠(yuǎn)的意義在于指引我們凸顯海洋大國的優(yōu)勢，為整個海洋產(chǎn)業(yè)，包括海水養(yǎng)殖業(yè)，繪就一幅宏偉的國家戰(zhàn)略藍(lán)圖。養(yǎng)殖網(wǎng)箱裝備技術(shù)作為海水養(yǎng)殖的重要組成部分，在開拓養(yǎng)殖海域、減輕近海水質(zhì)惡化壓力和提高養(yǎng)殖魚類品質(zhì)等方面顯示出明顯的優(yōu)勢，是開發(fā)外海深水養(yǎng)殖和發(fā)展現(xiàn)代海洋牧場的重要生產(chǎn)方式。因此，改進(jìn)網(wǎng)箱裝備開發(fā)高效養(yǎng)殖模式，對于促進(jìn)深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展、提高海洋漁業(yè)資源利用率具有重要的意義［3］。

隨著海洋養(yǎng)殖開發(fā)廣度和深度的增加，網(wǎng)衣材料的基礎(chǔ)作用越來越凸顯。對傳統(tǒng)合成纖維材料制成的網(wǎng)箱而言，生物污損會對其養(yǎng)殖效果產(chǎn)生強(qiáng)烈的負(fù)面影響，是水產(chǎn)養(yǎng)殖中的最大問題之一。在網(wǎng)箱長期浸沒在海水受生物污損的過程中，各種快速生長的藻類孢子、動物幼蟲以及其它生物附著在網(wǎng)衣表面，造成網(wǎng)孔部分甚至完全堵塞，妨礙網(wǎng)箱內(nèi)外的水體交換，降低溶解氧。若不及時清洗或更換網(wǎng)衣，易導(dǎo)致魚感染疾病而死亡或魚的生長速度減慢、過早捕撈、減少魚類產(chǎn)品價值以及惡化附近養(yǎng)殖場的水質(zhì)環(huán)境。另外，生物污損還會增加網(wǎng)衣額外的負(fù)載，往往導(dǎo)致凈破損和額外的維護(hù)費用［4－7］。

20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外科研人員根據(jù)各海域的主要污損生物的生態(tài)習(xí)性及其生物學(xué)特點，從表面物理學(xué)、材料學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域出發(fā)，通過降低材料表面自由能、改變材料表面電性或釋放某種微生物抑制劑等方法，研制開發(fā)了一系列適合用于合成纖維的無公害且長效的防污涂料［8－11］。然而，盡管這些產(chǎn)品具有一定的防污效果，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到養(yǎng)殖戶對網(wǎng)衣少附著且經(jīng)濟(jì)的要求。

相比之下，由于銅在海洋環(huán)境中具有天然的抗菌、防止海洋污損生物附著的作用，銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱可為魚類的生長和繁殖提供一個更清潔、更健康的水體環(huán)境。除此之外，銅合金網(wǎng)衣在海洋環(huán)境中的強(qiáng)結(jié)構(gòu)和耐腐蝕特性，使得網(wǎng)箱具有良好的容積保持率和較長的使用壽命［12］。因此，研究海水養(yǎng)殖所需的抗菌耐腐蝕銅合金網(wǎng)衣顯得格外重要和迫切。自2009年以來，在山東、江蘇、浙江、福建、廣東和海南這些沿海地區(qū)，用創(chuàng)新型的銅合金網(wǎng)衣替代傳統(tǒng)合成纖維網(wǎng)衣呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢。

1 銅合金網(wǎng)衣的抗菌耐腐蝕性能

早在1983年，美國國家環(huán)境保護(hù)局就銅對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌等細(xì)菌的殺滅作用進(jìn)行過量化實驗，發(fā)現(xiàn)銅可以在2 h內(nèi)殺滅其表面99.9%的接觸性致病細(xì)菌，能降低人們因頻繁接觸的其它器物表面而受到細(xì)菌感染的風(fēng)險［13－15］，所以廣泛用作醫(yī)療器械、船舶艦艇和廚房家電等表面材料［16－18］。2014年，東海水產(chǎn)研究所漁用材料創(chuàng)新團(tuán)隊對置于舟山朱家尖海水養(yǎng)殖基地的銅合金拉伸網(wǎng)網(wǎng)衣進(jìn)行過長期的掛片試驗和水下攝像觀測，在觀察的一年期間，網(wǎng)衣上幾乎均未發(fā)現(xiàn)污損生物附著，隨著季節(jié)的變化，銅合金表面顏色由黃色變?yōu)榈G色，一年后的質(zhì)量損失率在4%以下；而作為對照的聚乙烯纖維網(wǎng)上，在1個月后附著生物覆蓋網(wǎng)孔20%左右，3個月后覆蓋60%左右，到5個月時已完全堵塞網(wǎng)孔①王 磊，錐臺形組合式銅網(wǎng)箱項目報告。東海水產(chǎn)研究所，2015。。

銅合金的抗菌機(jī)理非常復(fù)雜，其已知的和潛在的機(jī)理仍然是各國醫(yī)療衛(wèi)生、海洋化學(xué)和金屬材料等領(lǐng)域研究的課題。相關(guān)研究文獻(xiàn)表明，銅合金表面由于腐蝕溶解釋放大量銅離子，抗菌機(jī)制可能由3種情況同時起作用：一是部分銅離子在光的催化作用下，激活水中的氧，促進(jìn)羥基自由基和活性氧離子的生成而引起細(xì)胞的氧化損傷；二是銅離子配合其它基團(tuán)形成的自由基改變了細(xì)菌內(nèi)酶的三維結(jié)構(gòu)，使其失活導(dǎo)致細(xì)菌死亡；三是銅離子可以與細(xì)胞壁中的脂類相互作用，破壞細(xì)胞的保護(hù)層導(dǎo)致細(xì)胞膜開口孔，細(xì)胞必需的營養(yǎng)物質(zhì)如鉀和谷氨酸泄漏，從而損害細(xì)胞的完整性，直至分解［19－23］。

與銅合金的抗菌機(jī)理一樣，其在海水中的腐蝕機(jī)理也不完全清楚。自20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外對銅合金耐腐蝕性能進(jìn)行了大量的研究，腐蝕機(jī)理可分非生物與微生物的影響：在氧化性因子作用下，合金活性區(qū)域即表面會首先形成一層氧化膜，表面晶粒細(xì)小均勻，晶界處缺陷較少，成分元素均勻分布，長期海水腐蝕實驗顯示合金無晶間腐蝕，腐蝕產(chǎn)物外層為疏松的堿式氯化銅，內(nèi)層是合金的致密氧化層，提高了耐海水腐蝕性能；而微生物的影響一是其新陳代謝活動會改變銅合金表面的介質(zhì)環(huán)境，不利于氧化膜的快速生成，二是存在著少數(shù)對銅合金不敏感的微生物，如硫酸鹽還原菌，隨著這類微生物的生長繁殖，合金表面溶液腐蝕性增強(qiáng)，微生物以個體形式逐漸開始附著、生成菌落到最終生物膜形成，合金表面進(jìn)入活化狀態(tài)電化學(xué)腐蝕階段，表面形成的鈍化膜被破壞［24－30］。

銅合金在海洋中表現(xiàn)出的抗污性和抗腐蝕性是銅的特性，在不同領(lǐng)域有不同表現(xiàn)，殺菌抗污損能保持合金表面較好的水質(zhì)，提高耐腐蝕性；少量的腐蝕能保證銅離子的溶解釋放，抑制細(xì)菌和污損生物的附著。二者間的微生物因素起到關(guān)鍵作用，如果通過建立模擬生物環(huán)境的實驗方法來揭示銅合金表面局部腐蝕的分布和程度與微生物因素之間的關(guān)系，無疑對銅合金腐蝕機(jī)制的研究具有重要意義。

2 銅合金網(wǎng)衣在漁業(yè)上的研究和應(yīng)用

銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱養(yǎng)殖作為一種新興的離岸養(yǎng)殖模式，在拓展養(yǎng)殖海域、減輕近海環(huán)境壓力、提高養(yǎng)殖魚類品質(zhì)和增加養(yǎng)殖效益等方面顯示出明顯的優(yōu)勢。在我國經(jīng)過“十一五”期間的研究和開發(fā)，從無到有并逐步成為開發(fā)外海深水養(yǎng)殖和發(fā)展現(xiàn)代海洋牧場的重要途徑。

2.1 銅合金網(wǎng)衣的種類

銅合金網(wǎng)衣種類按材料組分可分為黃銅（銅鋅系）、白銅（銅鎳系）和青銅；按網(wǎng)衣制作方法可分為拉伸網(wǎng)、斜方網(wǎng)、焊接網(wǎng)和編織網(wǎng)。黃銅合金（銅鋅系）即加入鋅的銅鋅二元合金以及除了加鋅之外還加有其它少量元素合金如鎳、硅、錫等的多元黃銅；白銅合金（銅鎳系）是以鎳為主要合金元素的銅合金，在此基礎(chǔ)上再加入第三元素如鋅、錳、鐵、鋁等；其它銅合金則統(tǒng)稱青銅合金。銅合金拉伸網(wǎng)是以金屬板為原材料，經(jīng)沖切出一定長度、相隔一定間距的細(xì)長狹縫，再拉伸、壓平而成；銅合金斜方網(wǎng)是以許多根金屬線材為原材料，經(jīng)放線、彎曲和螺旋穿插而相互勾連的過程連續(xù)循環(huán)制成；銅合金焊接網(wǎng)是把金屬線材按經(jīng)線和緯線方向相互交叉擺放，組成一定大小的網(wǎng)孔，然后將線材交叉點焊接固定而成；銅合金編織網(wǎng)是由水平和垂直方向的許多根金屬線材以一定間距相互緊密交叉制成。

為達(dá)到海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱對銅合金網(wǎng)衣優(yōu)異的抗污耐腐蝕、耐磨損、較高的強(qiáng)度、較低成本等要求，國外漁業(yè)發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)70年代就對不同材料組分的銅合金進(jìn)行過海上掛片試驗。經(jīng)過十幾年的研究，綜合各方面性能，人們將注意力更多地轉(zhuǎn)向黃銅合金中的“海軍黃銅”和日本三菱公司的專利黃銅UR30。海軍黃銅的成分是含銅59%～63.5%，含錫0.5%～1.0%，另外含有微量的砷、銻、磷0.02%～0.10%；UR30的成分是含銅65%，含鋅35%，另有少量錫、鎳、鋁［31］。

目前，應(yīng)用于我國海洋養(yǎng)殖網(wǎng)箱箱體的銅合金網(wǎng)主要是UR30材質(zhì)，包括半柔性結(jié)構(gòu)的斜方網(wǎng)以及剛性結(jié)構(gòu)的拉伸網(wǎng)、編織網(wǎng)和焊接網(wǎng)。其中，銅合金斜方網(wǎng)應(yīng)用較為普遍，其多根銅線平行穿掛、類似波浪狀的結(jié)構(gòu)，所構(gòu)成的箱體在海流條件下具有應(yīng)變能力較強(qiáng)、不易折損、網(wǎng)與網(wǎng)間的連接方便、網(wǎng)片能單軸向卷疊、便于運輸?shù)葍?yōu)點；缺點是鉤掛所形成網(wǎng)目的交接點是活動的，在海中浪、流的作用下，網(wǎng)目交接點處始終處于移動、摩擦狀態(tài)，使其表面生成的氧化保護(hù)膜被不斷磨蝕，加快了網(wǎng)目交接點處的損壞。由于銅合金拉伸網(wǎng)是銅合金板材經(jīng)過一次沖壓拉伸形成各種孔形的金屬板面，具有網(wǎng)目穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)牢固、無網(wǎng)衣間的接觸移動磨損等優(yōu)點，其網(wǎng)衣網(wǎng)箱已在我國部分沿海地區(qū)開展了示范應(yīng)用；缺點是網(wǎng)片之間的連接較為復(fù)雜，在安裝構(gòu)建成箱體時難度較大，剛性結(jié)構(gòu)箱體在海流條件下的應(yīng)變能力較差。而由于銅合金編織網(wǎng)和焊接網(wǎng)的剛性特征，與拉伸網(wǎng)具有相同的缺點，又因為它們的網(wǎng)目交接點處是活動和脆弱狀態(tài)，包含了斜方網(wǎng)的缺點，所以這兩種結(jié)構(gòu)的銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱較少應(yīng)用在海水養(yǎng)殖①石建高，銅網(wǎng)箱項目進(jìn)展及成果介紹。東海水產(chǎn)研究所，2011。。

2.2 銅合金網(wǎng)箱的應(yīng)用研究進(jìn)展

日本、挪威和美國等漁業(yè)發(fā)達(dá)國家都已于20世紀(jì)80年代開始使用銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類，并取得了良好的效益。由于全球養(yǎng)殖海域分布廣、海水水文狀況和海水生物組成不同以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展程度相異，造成各國在銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱養(yǎng)殖應(yīng)用上的特殊性和復(fù)雜性。比如為適應(yīng)多臺風(fēng)、多地震等自然災(zāi)害的日本水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，養(yǎng)殖網(wǎng)箱網(wǎng)衣直徑較粗或厚度較大，網(wǎng)箱框架普遍采用浮式的金屬結(jié)構(gòu)，其抗風(fēng)浪和耐流性能得到了很好的實踐檢驗；在挪威，受益于得天獨厚的自然條件，一個銅合金網(wǎng)箱周長能做到160 m，容積達(dá)5×104m3，溫和的海況環(huán)境和低養(yǎng)殖密度保證了其高質(zhì)量的水產(chǎn)品；在美國，高度發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)和大量的科研投入，使得銅合金網(wǎng)箱在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用基本實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、機(jī)械化和高效的生產(chǎn)管理［32－34］。

我國自2009年開始，由東海水產(chǎn)研究所與國際銅專業(yè)協(xié)會上海代表處組成銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱養(yǎng)殖研發(fā)應(yīng)用課題組，進(jìn)行銅合金網(wǎng)衣材料的適用性研究以及銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱的裝配應(yīng)用試驗，目前已取得顯著的成果。雖然起步晚，但是我國不能盲目照搬國外銅合金網(wǎng)箱應(yīng)用的經(jīng)驗，必須要根據(jù)本國水產(chǎn)養(yǎng)殖的實際情況，因地制宜，發(fā)展適合自己的銅合金網(wǎng)箱，爭取在“十三五”期間將銅合金網(wǎng)箱養(yǎng)殖的綜合技術(shù)、養(yǎng)殖效益和推廣管理模式提升到一個新的高度。以下選取已進(jìn)行過養(yǎng)殖試驗的銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱作為例證進(jìn)行分析，介紹我國在銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱養(yǎng)殖應(yīng)用方面的研究進(jìn)展。

在完成銅合金材料力學(xué)性能測試、防污抗生物附著試驗以及銅合金網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)和局部設(shè)計等一系列前期工作后，銅合金網(wǎng)箱用于水產(chǎn)養(yǎng)殖還需要如下三個步驟：銅合金網(wǎng)片的制作、網(wǎng)衣的組裝以及海上裝配。由于半柔性的斜方網(wǎng)具有單軸向卷疊、應(yīng)變能力強(qiáng)的優(yōu)點，在網(wǎng)衣連接時比較方便，因此，銅合金斜方網(wǎng)應(yīng)用較為普遍，以圓柱體網(wǎng)箱為主。目前，多種形狀和規(guī)格的銅合金斜方網(wǎng)網(wǎng)箱已于大連、威海、舟山、臺州和防城港等地進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，養(yǎng)殖河豚（Tetraodontidae）、黑鲪魚（Sebastodes fuscescens）、大黃魚（Larimichthys crocea）、和金鯧魚（Trachinotusovatus）等各類高價值魚，建立了海水養(yǎng)殖銅合金網(wǎng)箱供應(yīng)鏈。銅合金斜方網(wǎng)網(wǎng)箱給海水養(yǎng)殖帶來巨大便利和效益的同時，由于它本身的結(jié)構(gòu)缺陷，網(wǎng)衣的損壞速率快，每2～3年需更換一次銅網(wǎng)，既浪費資源又提高養(yǎng)殖成本。

針對銅合金斜方網(wǎng)網(wǎng)箱網(wǎng)衣壽命不長的問題，東海水產(chǎn)研究所漁用材料創(chuàng)新團(tuán)隊在2013年開發(fā)了剛?cè)峤Y(jié)合裝配的銅合金拉伸網(wǎng)網(wǎng)箱。它是通過對銅合金拉伸網(wǎng)網(wǎng)片模塊的設(shè)計制作、軟連接的甄選與制作，將安裝在合成纖維網(wǎng)衣標(biāo)準(zhǔn)組裝件上的管環(huán)與銅合金拉伸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)組件上的插接環(huán)交錯插合，并在管環(huán)和插接環(huán)內(nèi)穿入高性能合成纖維繩索后完成剛?cè)醿赡K的組裝連接，再應(yīng)用于海水養(yǎng)殖。網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性有效改善了在海流條件下箱體的應(yīng)變能力，避免由此而引起的銅合金拉伸網(wǎng)網(wǎng)片變形或邊角折損問題，提高了重力式網(wǎng)箱箱體內(nèi)外的水體交換能力，減少箱體在較高海水流速海域環(huán)境中的容積損失，為箱體內(nèi)養(yǎng)殖魚類提供一個良好的生長環(huán)境［35－36］。

應(yīng)用銅合金拉伸網(wǎng)網(wǎng)箱要解決斜方網(wǎng)網(wǎng)箱不曾帶來的問題，比如其網(wǎng)片邊緣比較鋒利，一般繩索和軟連接材料與其進(jìn)行較長時間的摩擦后會損壞甚至斷裂，不能直接將網(wǎng)片與軟連接相接，因此，需要將長方形的網(wǎng)片四周作包邊處理，做成網(wǎng)衣模塊。制作網(wǎng)衣模塊對網(wǎng)片和包邊材料的加工尺寸精度有較高要求，保證銅網(wǎng)網(wǎng)片模塊加工的標(biāo)準(zhǔn)化。包邊材料可選用高性能的工程塑料，其形狀和尺寸需滿足一邊將網(wǎng)片包覆固定，另一邊預(yù)留等間距的標(biāo)準(zhǔn)套環(huán)、圓孔或其它設(shè)計方案來連接軟連接模塊。剛性結(jié)構(gòu)的網(wǎng)衣在海流條件下的應(yīng)變能力差，易引發(fā)網(wǎng)片變形或邊角折損而導(dǎo)致網(wǎng)片損壞，所以在網(wǎng)衣模塊之間需要用軟連接模塊來緩沖和承受海浪、流的作用。而作為銅合金網(wǎng)箱箱體受力與拼裝骨架，軟連接材料選用拉伸強(qiáng)度高、韌性好的高強(qiáng)聚酯纖維織帶，與包邊材料上的套環(huán)尺寸、數(shù)量和位置相應(yīng)，軟連接材料織帶四周縫制帶環(huán)，便于兩模塊組裝時穿連繩索。其中，垂直方向的高強(qiáng)聚酯纖維織帶可根據(jù)銅合金網(wǎng)箱是否為圓錐臺體采用倒梯形①王 磊，銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱養(yǎng)殖試驗進(jìn)展匯報。東海水產(chǎn)研究所，2015。。

銅合金網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)主要由框架系統(tǒng)、網(wǎng)衣系統(tǒng)、配重系統(tǒng)和錨泊系統(tǒng)等幾個部分組成。銅合金網(wǎng)箱錨泊系統(tǒng)由錨繩、錨錠構(gòu)成，與網(wǎng)箱框架相連，限制網(wǎng)箱在一定范圍內(nèi)活動。銅合金網(wǎng)箱受到的風(fēng)浪等外部作用力通過錨繩傳遞，通過框架浮力、網(wǎng)箱自重和配重來平衡，從而使網(wǎng)箱整體在海中動力環(huán)境下維持穩(wěn)定［37］。因此，為保證銅合金網(wǎng)箱保持優(yōu)良的作業(yè)性能，避免在惡劣海況下網(wǎng)箱因遭受大浪、強(qiáng)流的直接沖擊而發(fā)生損壞，對銅合金網(wǎng)箱在海水中的水動力研究具有十分重要的意義。目前國內(nèi)尚未對銅合金網(wǎng)箱進(jìn)行這方面的系統(tǒng)研究，但是可以借鑒國外尤其是美國新罕布什爾大學(xué)對銅合金網(wǎng)箱性能研究的思路以及對傳統(tǒng)網(wǎng)箱的模擬實驗和作業(yè)性能的測試方法，來研究銅合金網(wǎng)箱的結(jié)構(gòu)特性、力學(xué)特性和抗風(fēng)浪能力。如以田內(nèi)準(zhǔn)則作為參照，對重力相似準(zhǔn)則在網(wǎng)衣試驗中的適用性進(jìn)行研究［38］，利用集中質(zhì)量法，建立節(jié)點的動力學(xué)方程，通過計算機(jī)處理，得出網(wǎng)箱在海流中的容積率［39］，采用物理模型試驗和數(shù)值模擬的方法，對深水網(wǎng)箱抗風(fēng)浪能力和耐流特性進(jìn)行系統(tǒng)的水動力研究［40］，銅合金網(wǎng)箱在水中的容積率與其阻力系數(shù)之間的關(guān)系［41］，為開發(fā)合理高效的銅合金網(wǎng)箱養(yǎng)殖方式提供依據(jù)和參考。

3 成果和展望

2014年5月，位于舟山的由東海水產(chǎn)研究所與國際銅專業(yè)協(xié)會等合作開展的剛?cè)峤Y(jié)合裝配銅合金網(wǎng)箱海水養(yǎng)殖項目完成海上組裝，養(yǎng)殖過程中取得了與對照網(wǎng)箱（錦綸網(wǎng)衣網(wǎng)箱）的水下監(jiān)測影像、養(yǎng)殖記錄和養(yǎng)殖大黃魚的生長抽樣檢測等數(shù)據(jù)。可以看出裝配后的剛性銅合金拉伸網(wǎng)和柔性連接構(gòu)件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，網(wǎng)箱設(shè)施整體狀態(tài)良好，網(wǎng)衣幾乎無生物附著，提高了網(wǎng)箱的濾水性能。同時，錐臺體結(jié)構(gòu)也提高了該網(wǎng)箱的容積保持率，相對增加了養(yǎng)殖魚類的活動空間，可以提高養(yǎng)殖魚類的生長品質(zhì)。另外在養(yǎng)殖試驗中發(fā)現(xiàn)，比較鋒利的銅網(wǎng)網(wǎng)衣柵格，在某些情況下，會將魚類脊背擦傷。目前對銅合金拉伸網(wǎng)網(wǎng)箱的優(yōu)化設(shè)計工作已完成，包括網(wǎng)片的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)片模塊和軟連接的加工平臺，使銅合金網(wǎng)生產(chǎn)能夠初步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化軌道①王 磊，銅合金拉伸網(wǎng)圍網(wǎng)應(yīng)用優(yōu)化研究項目報告。東海水產(chǎn)研究所，2015。。

值得一提的是，2014年由東海水產(chǎn)研究所與國際銅專業(yè)協(xié)會等合作開展的全球首創(chuàng)的銅合金圍欄網(wǎng)已在浙江臺州大陳島開展了示范應(yīng)用，100多根直徑達(dá)0.6 m的水泥柱樹立在海上，水泥柱間的銅合金編織網(wǎng)網(wǎng)衣插入海底與水面上超高分子量聚乙烯網(wǎng)衣相連，超大的養(yǎng)殖容積和良好的水質(zhì)環(huán)境為養(yǎng)殖戶帶來可觀的效益，養(yǎng)殖的大黃魚產(chǎn)品已經(jīng)在年底上市，勢必會對我國乃至全球的海水養(yǎng)殖領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響②黃 艇，銅合金網(wǎng)衣網(wǎng)箱及銅圍網(wǎng)產(chǎn)品手冊。國際銅專業(yè)協(xié)會上海辦事處，2015。。

建設(shè)海洋強(qiáng)國是國家堅定不移的要求，會給我國漁業(yè)帶來大發(fā)展期。發(fā)展高效的漁具、實行高效合理的漁法作業(yè)是現(xiàn)階段從事漁業(yè)科研人員面臨的挑戰(zhàn)和責(zé)任。銅合金網(wǎng)箱作為深水養(yǎng)殖的新型漁具，應(yīng)用在海水養(yǎng)殖上具備新穎性、創(chuàng)造性、工業(yè)實用性，對于發(fā)展海洋生態(tài)養(yǎng)殖、漁場修復(fù)和振興、替代傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖具有廣闊的前景。為在我國沿海地區(qū)大面積推廣建設(shè)生態(tài)友好、可持續(xù)的海洋牧場，應(yīng)在目前工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)有關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)和技術(shù)研究，比如根據(jù)銅合金網(wǎng)箱的作業(yè)特性，以模型測試和數(shù)值模擬等分析方法為基礎(chǔ)，研究其結(jié)構(gòu)性能、力學(xué)特性和抗風(fēng)浪能力等作業(yè)性能，來開發(fā)合理高效的養(yǎng)殖方式；進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)研聯(lián)合攻關(guān)，科學(xué)設(shè)計研發(fā)方案，在銅合金網(wǎng)箱設(shè)計研發(fā)、模型設(shè)計與試驗、養(yǎng)殖效果評價、適養(yǎng)品種開發(fā)、養(yǎng)殖模式等方面進(jìn)一步深入開展探索，爭取早日實現(xiàn)銅合金網(wǎng)衣在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用，也為實現(xiàn)海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用作出更大的貢獻(xiàn)。

［1］ The state ofworld fisheries and aquaculture 2014［R］.Food and Agriculture Organization of the United Nations（FAO），2015：18－21.

［2］ 劉連慶.我國深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略研究［D］.舟山：浙江海洋學(xué)院，2014：3－9.

LIU L Q.A Study on the industrial development of cage breeding in deep water in our country［D］.ZhouShan：Zhejiang Ocean University，2014：3－9

［3］ 章 誠，李素霞.漁業(yè)轉(zhuǎn)型的社會學(xué)闡釋：一個分析框架［J］.中國海洋大學(xué)學(xué)報，2015（1）：23－29.

ZHANG C，LI S X.A sociological study on fishery transformation：An analytical framework［J］.Periodicalof Ocean University of China，2015（1）：23－29.

［4］ 陳翔峰，侯 健，穆振軍，等.海洋污損生物變化及附著規(guī)律研究［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，2011，26（1）：24－28.

CHEN X F，HOU J，MU Z J，et al.Study on the adhesion and variety of marine fouling organisms［J］.Development and Application of Materials，2011，26（1）：24－28

［5］ ADAMSCM，SHUMWAY SE，WHITLACH R B，etal.Biofouling in marine molluscan shellfish aquaculture：A survey assessing the business and economic implications of mitigation［J］.Journal of the World Aquaculture Society，2011（42）：242－252.

［6］ ISLAF F，TIM D，JANA G，et al.The impact and control of biofouling in marine aquaculture：A review［J］.Biofouling，2012，28（7）：649-669.

［7］ 嚴(yán) 濤，劉姍姍，曹文浩.中國沿海水產(chǎn)設(shè)施污損生物特點及防除途徑［J］.海洋通報，2008，27（1）：102－110.

YAN T，LIU S S，CAO W H.Marine biofouling on aquaculture facilities in the coastal waters of China and prevention methods［J］.Marine Science Bulletin，2008，27（1）：102－110.

［8］ 陶 宇，李亞冰.海洋防污涂料技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望［J］.化學(xué)與黏合，2012，34（5）：67－71.

TAO Y，LI Y B.Present status and developing prospect ofmarine antifouling paints technology［J］.Chemistry and Adhesion，2012，34（5）：67－71.

［9］ QIAN PY，LAU SC K，DAHMSH U，et al.Marine Biofilms as Mediators of Colonization by Marine Macroorganisms：Implications for Antifouling and Aquaculture［J］.Marine Biotechnology，2007（9）：399－410.

［10］ MEI L C，YUAN Y Q，LIY.Structures and antifouling properties of low surface energy non-toxic antifouling coatingsmodified by nano-SiO2powder［J］.Science in China Series B：Chemistry，2008，51（9）：848－852.

［11］ INDRANIB，RAVINDRA C，PANGULE R.Antifouling coatings：Recent developments in the design of surfaces that prevent fouling by proteins，bacteria，and marine organisms［J］.Advanced Materials，2011（23）：690－718.

［12］ 王軍鋒.銅合金網(wǎng)衣在網(wǎng)箱養(yǎng)殖中的應(yīng)用分析［C］//中國有色金屬學(xué)會第十四屆材料科學(xué)與合金加工學(xué)術(shù)年會論文集，2011：246－249.

WANG J F.Application of copper alloy cage in aquaculture［C］//The Nonferrous Metals Society of China：The Fourteenth Materials Science and Alloy Processing Academic Annual Meeting，2011：246－249.

［13］ MIMON S，WIID I，TODOROV SD.The antimicrobial activity of copper and copper alloys against nosocomial pathogens and Mycobacterium tuberculosis isolated from healthcare facilities in the Western Cape：An in-vitro study［J］.Journal of Hospital Infection，2008，68（1）：45－51.

［14］ SIMONW JG，MARK D F，ALISON F K，et al.The antimicrobial properties of copper surfaces against a range of important nosocomial pathogens［J］.Annals of Microbiology，2009，59（1）：151－156.

［15］ SANTO CE，TAUDTEN，NIESD H，et al.Contribution of copper ion resistance to survival of Escherichia coli on metallic copper surfaces［J］.Applied and Environmental Microbiology，2008，74（4）：977－986.

［16］ JUTTA E，HAO X L，LIN Y B，et al.Advantages and challenges of increased antimicrobial copper［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2011（91）：237－249.

［17］ 張智強(qiáng)，郭澤亮，雷竹芳.銅合金在艦船上的應(yīng)用［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，2006，21（5）：43－46.

ZHANG Z Q，GUO Z L，LEI Z F.Applications of Copper Alloy in Shipbuilding［J］.Development and Application of Materials，2006，21（5）：43－46.

［18］ 張希川，張海濱，左麗娜，等.銅鋁管技術(shù)在制冷空調(diào)行業(yè)中的應(yīng)用研究［J］.制冷與空調(diào)，2008，8（1）：92－105.

ZHANG X C，ZHANG H B，ZUO L N，et al.Application research of Cu-Al tube technology to the refrigeration and air-conditioning industry［J］.Refrigeration and Air-conditioning，2008，8（1）：92－105.

［19］ LIBW，HWANG JY，DRELICH J，et al.Physical，chemical and antimicrobial characterization of copper-bearing material［J］.Journal of Metals，2010，62（12）：80－85.

［20］ 楊 硯，鄒正中，田維嘉，等.不同類型銅合金板的殺菌特性［J］.微生物學(xué)報，2012，39（5）：654－660.

YANG Y，ZOU Z Z，TIAN W J，et al.Bactericidal properties of different copper alloys［J］.Microbiology China，2012，39（5）：654－660.

［21］ NOYCE JO，MICHELSH T，KEEVIL CW.Potential use of copper surfaces to reduce survival of epidemic meticillin-resistantStaphylococcus aureusin the healthcare environment［J］.Journal of Hospital Infection，2006，63（3）：289－297.

［22］ NAN L，LIU Y Q，LV M Q，et al.Study on antibacterial mechanism of copper-bearing austenitic antibacterial stainless steel by atomic force microscopy［J］.Journal of Materials Science：Materials in Medicine，2008，19（9）：3057－3062.

［23］ 陳 丹，徐曉玲，段 惺，等.銅納米粒子的可控制備及其抗菌性能研究［J］.功能材料，2012，43（6）：803－805.

CHEN D，XU X L，DUAN X，et al.Controllable preparation and antibacterial activity of copper nanoparticles［J］.Functional Materials，2012，43（6）：803－805.

［24］ ANDREW D，IGOR T，JUDSON D，etal.Field studies of corrosion behaviour of copper alloys in natural seawater［J］.Corrosion Science，2013（76）：453-464.

［25］ FERON D.Corrosion behaviour and protection of copper and aluminium alloys in seawater［M］.Cambridge：Woodhead Publishing Limited，2007（64）：119.

［26］ SYED M S，HENSHAW P F.Effect of tube size on performance of a fixed-film tubular bioreactor for conversion of hydrogen sulfide to elemental sulfur［J］.Water Research，2003，37（8）：1932－1938.

［27］ ANTONY P J，SINGH R K，RAMA R，etal.Influence of thermalaging on sulfate-reducing bacteria（SRB）-influenced corrosion behaviour of 2205 duplex stainless steel［J］.Corrosion Science，2008（50）：1858－1864.

［28］ MARIA L C，JEMIMAH D，MAGDALENA S，et al.The study of marine corrosion of copper alloys in chlorinated condenser cooling circuits：The role of microbiological components［J］.Bioelectrochemistry，2014（97）：2－6.

［29］ 尹 兵.海洋環(huán)境下銅鎳合金的微生物附著與防護(hù)研究［D］.青島：中國海洋大學(xué)，2012：2－10.

YIN B.The research ofMIC and protection of coppernickel in the marine environment［D］.Qingdao：Ocean University of China，2012：2－10.

［30］ 杜一立，李 進(jìn)，催連軍，等.生物膜在B30合金微生物腐蝕中的作用［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2007，19（6）：401－405.

DU Y L，LI J，CUI L J，et al.Effect of biofilm on microbiologically influenced corrosion of Cu-30Ni alloy［J］.Corrosion Science and Protection Technology，2007，19（6）：401－405.

［31］ 孫飛龍，李曉剛，盧琳銅，等.銅合金在中國南海深海環(huán)境下的腐蝕行為研究［J］.金屬學(xué)報，2013，49（10）：1211－1218.

SUN F L，LIX G，LU L T，et al.Corrosion behavior of copper alloys in deep ocean environment of south China sea［J］.Acta Metallurgica Sinac，2013，49（10）：1211－1218.

［32］ MARGARET E，SONIA S.Positioning lifelong learning in aquaculture：Challenges and opportunities［J］.Aquaculture International，2015，23（3）：751－766.

［33］ TIM D，PABLO S.Aquaculture and coastal space management in Europe：An ecological perspective［J］.Aquaculture in the Ecosystem，2008：87－116.

［34］ TAKESHI Y.Capture fisheries and aquaculture in Japan and the world：Current status and future concern［M］.Marine Productivity：Perturbations and Resilience of Socio-ecosystems，2015：271－281.

［35］ 石建高.銅合金斜方網(wǎng)相鄰網(wǎng)衣連接方法，中國，ZL200910199865.4［P］.2012－07－11.

SHI J G.Connection method between copper alloy chain link netting，China，ZL200910199865.4［P］.2012－07－11.

［36］ 王魯民.剛?cè)峤Y(jié)合裝配的錐體網(wǎng)箱箱體構(gòu)建方法，中國，ZL201210034535.1［P］.2014－01－01.

WANG L M.Construction method of rigid-flexible cone copper alloy expand netting，China，ZL201210034535.1［P］.2014－01－01.

［37］ 徐 皓，張建華，丁建樂，等.國內(nèi)外漁業(yè)裝備與工程技術(shù)研究進(jìn)展綜述［J］.漁業(yè)現(xiàn)代化，2010，37（2）：1－8.

XU H，ZHANG JH，DING J L，et al.The review of the research progress of fishery equipment and engineering technology at home and abroad［J］.Fishery Modernization，2010，37（2）：1－8.

［38］ 李玉成，桂福坤，張懷慧，等.深水養(yǎng)殖網(wǎng)箱試驗中網(wǎng)衣相似準(zhǔn)則的應(yīng)用［J］.中國水產(chǎn)科學(xué)，2005，12（2）：443－449.

LIY C，GUI F K，ZHANG H H，et al.Simulation criteria of fishing nets in aquiculture sea cage experiments［J］.Journal of Fishery Sciences of China，2005，12（2）：443－449.

［39］ HUANG C，TANG H，LI J.Dynamical analysis of net cage structures for marine aquaculture：Numerical simulation and model testing［J］.Aquacultural Engineering，2006（35）：258－270.

［40］ 趙云鵬，李玉成，董國海.深水抗風(fēng)浪網(wǎng)箱水動力學(xué)特性研究［J］.漁業(yè)現(xiàn)代化，2011，38（2）：10－16.

ZHAO Y P，LIY C，DONG G H.Hydrodynam ics of fishing net cages in the open sea［J］.Fishery Modernization，2011，38（2）：10－16.

［41］ IGOR T，ANDREW D，JUDSON D，et al.Characterization of geometry and normal drag coefficients of copper nets［J］.Ocean Engineering，2011（38）：1979－1988.

Development and app lication of fishery copper alloy netting

NIE Zheng-wei1，2，WANG Lei2，LIU Yong-li2，SHIJian-gao2，MIN Ming-hua2，YUWen-wen2，CHEN Xiao-xue2，WANG Lu-min2
（1.College of Marine Sciences，ShanghaiOcean University，Shanghai201306，China；
2.East China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Shanghai200090，China）

With anti-fouling，efficient，healthy and environmentally friendly properties，copper alloys netting has been widely applied in fisheries engineering especially aquaculture equipment such as net cage and purse seine，and good results have been obtained.In the coastal waters of China，a large quantity of copper alloy nettings have been used.Based on their corrosion-resistant and antibacterial properties，the copper alloy nettings can provide good water exchanges inside and outside of cages，keep a stable dissolved oxygen，ensure the growth rate of the fish and the value of fish products，reduce infectionmortality of fish and relieve pressure on water quality near the farm.So it can be expected thatunder the circumstances of themarket environment，industry trends and policy support，copper alloy netting cageswill play an indispensable role in the sustainable development of aquaculture，and its prospectswill be immeasurable.On the basis of summarizing some results in the areas of marine，environmental and metal materials at home and abroad，the anti-biofouling and corrosion-resistantmechanism of copper alloy was discussed.In addition，through the introduction of several types of copper alloy netting，the latest application，research and development by new fishery materials innovation team in the East China Sea Fisheries Research Institute were summarized briefly，including structure，mechanical property and performance of wind resistance，advantages，disadvantages，optimization ways and so on.Generally speaking，due to the flexible features，the construction and net assembly of copper alloy chain-link-fence netting cage aremore convenient and mesh junction points aremore easily to wear and tear.Copper alloy stretch netting has a longer service life for its rigid structure.However，the construction and net assembly of copper alloy stretch netting cage are usually more complex.Finally，the hydrodynamic studies and model tests of copper alloy cage in seawaterwere analyzed in this paper to provide references for a better understanding，further research and application.

copper alloy netting；aquaculture；anti-biofouling；corrosion-resistant

S 971.1

A

1004－2490（2016）03－0329－08

2016－01－04

國家海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范專項資助（GD2013－D01－001）

聶政偉（1989－），男，碩士研究生，研究方向：銅合金網(wǎng)箱在海水養(yǎng)殖中的應(yīng)用。

王魯民，研究員。E-mail：lmwang＠eastfishery.ac.cn