船舶和海洋技术 防污涂料筛选的生物测定方法 第4部分藻类标准立项发展报告

船舶和海洋技术防污涂料筛选的生物测定方法第4部分:藻类标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Shipsandmarinetechnology—Bioassaymethodsforscreeninganti-foulingpaints—Part4:Algae摘要随着全球航运业的蓬勃发展，船舶生物污损问题日益受到关注。生物污损不仅增加船舶航行阻力、导致燃油消耗和温室气体排放显著上升，还会通过入侵物种的跨区域传播威胁海洋生态系统。防污涂料是解决这一问题的核心手段，而建立科学、可靠、可重复的生物测定方法是筛选高效环保型防污涂料的关键。本报告聚焦于国际标准化组织（ISO）最新发布的《船舶和海洋技术防污涂料筛选的生物测定方法第4部分:藻类》（ISO21716-4:2025），系统阐述了该标准的立项背景、技术内容、核心价值及未来发展趋势。报告指出，该标准是针对海洋藻类污损生物，专门建立的实验室生物测定方法，填补了国际标准体系中针对藻类防污性能测试的空白。标准详细规定了测试用藻类的选择与培养、试验装置的要求、测试流程、结果有效性判定及数据处理方法。通过标准化的藻类附着抑制试验，能够为新型防污涂料的环境安全性与防污效能提供定量评估依据。本报告认为，ISO21716-4:2025的发布将有力推动全球防污涂料筛选技术的规范化，降低贸易壁垒，助力实现航运业的绿色低碳转型。同时，本报告也对标准的主要起草单位及其技术贡献进行了介绍，并对未来标准体系的完善与应用前景进行了展望。关键词船舶防污，生物测定，藻类，防污涂料，生物污损，国际标准，试验方法，性能筛选Keywords:ShipAnti-fouling,Bioassay,Algae,Anti-foulingPaint,Biofouling,InternationalStandard,TestMethod,PerformanceScreening1.引言船舶和海洋结构物长期浸泡在海水中，不可避免地会遭受海洋生物（如藤壶、藻类、贝类等）的附着，即发生生物污损。生物污损是海洋工程与航运业面临的重大挑战之一。它会导致船舶航行阻力增加，据估算，严重的污损可使油耗增加40%，并相应地增加温室气体排放。同时，附着生物随船舶迁移，极易造成生物入侵，破坏原栖息地的生态平衡。因此，开发和使用高效的防污涂料是保护船舶性能与海洋生态平衡的关键技术手段。为了应对日益严格的环境法规（如国际海事组织关于三丁基锡类防污漆的禁令）以及市场对环保、高效产品的需求，涂料制造商不断推陈出新，开发基于不同防污机理的新型涂料。然而，如何快速、准确、可重复地评估这些新涂料的防污性能，成为行业面临的紧迫问题。在此之前，相关的国际标准主要集中在宏观的、长期的实海挂板实验（如ISO4628系列），缺乏针对不同污损生物类群（如微藻）的快速实验室筛选方法。为了建立一个全面、系统的防污性能评价体系，国际标准化组织（ISO）启动了ISO21716系列标准的制定工作。ISO21716系列标准旨在提供一系列标准化的实验室生物测定方法，用于快速筛选防污涂料的性能。该系列标准区分了不同的主要污损生物类型，包括藤壶（动物）、藻类（植物）及其他微生物。本次发布的《船舶和海洋技术防污涂料筛选的生物测定方法第4部分:藻类》（ISO21716-4:2025），正是该系列标准中专门针对藻类污损生物的核心组成部分。藻类，特别是硅藻和绿藻，是船舶初期污损层的主要构成者，它们的附着为后续大型污损生物的定居创造了条件。因此，建立一套针对藻类的标准抗附着测试方法，对于从源头上抑制生物污损至关重要。2.标准立项背景与技术内容2.1立项背景在ISO21716-1和ISO21716-2（分别针对总生物和动物污损）发布之后，国际社会意识到对最重要、最普遍的初级污损生物——藻类——缺乏统一的筛选方法。此前，各实验室和企业多采用内部方法，导致测试结果之间缺乏可比性，严重阻碍了新型防污涂料的研究开发和市场准入。特别是在评价新型环保型防污涂层（如基于仿生技术、生物抑制剂或表面改性技术）时，藻类附着的数据是其能否通过实验室筛选的关键指标。因此，ISO/TC8（船舶与海洋技术委员会）下的相关工作组于2019年前后正式提出立项，旨在专门制定针对藻类的生物测定方法，以补充和完善ISO21716系列标准体系。该标准的制定历经了多国专家的多轮讨论、实验室间比对验证，最终于2025年8月18日正式发布实施。2.2主要内容ISO21716-4:2025标准全称为《船舶和海洋技术防污涂料筛选的生物测定方法第4部分:藻类》。该标准详细规定了在实验室条件下，定量评估防污涂料涂层对海洋浮游藻类附着抑制效果的试验方法。其核心内容可概括为：1.范围与规范性引用文件：明确了本标准适用于评估涂层抗藻类附着的性能。规范性引用了ISO5667-9（水质采样-第9部分：海洋水样的采集）、ISO8692（水质-淡水藻类生长抑制试验）以及ISO21716-1（术语和通用要求）等相关标准。2.术语和定义：对本标准中使用的关键术语如“附着”、“生物量”、“抑藻率”等进行了准确定义，确保了全球使用的统一性。3.原理：试验基于将待测涂料涂覆在标准基材（如载玻片）上，固化后暴露于含有指定密度藻细胞悬浮液的试验系统中。经过一段规定的培养周期，通过测定附着在涂层表面的藻类生物量（通常通过叶绿素a荧光值或显微镜计数细胞数），并与对照组（无防污作用的惰性涂层）进行比较，计算涂层的抑藻率。4.试剂与材料：*测试生物：标准推荐采用广泛分布于全球海域、具有代表性的污损藻种，如硅藻（例如*Naviculaincerta*或*Amphora*属）和绿藻（例如*Ulva*属的孢子和配子）。标准详细规定了藻种的来源、培养条件（温度、光照周期、营养盐）和保藏方法，以保证测试生物的活力与一致性。这是保证实验可重复性的核心环节。*培养基：标准规定了用于培养和试验的人工海水培养基配方，以确保营养条件的一致性和可重复性。*试验基材与涂层制备：详细说明了基材的材质、尺寸、表面处理要求以及涂料的涂刷、干燥和固化工艺，确保涂层质量的均一性。5.试验装置：描述了培养箱（可控温、控光、提供周期性光照）、试验容器（如多孔板或培养皿）以及用于模拟水体流动或静态的装置（如摇床）。6.试验步骤：*样品准备：按照既定要求制备试验涂层和对照组涂层。*藻种预培养：在标准条件下培养藻类，使其达到对数生长期，确保其处于最佳生理状态。*藻液制备：制备含有已知密度的藻细胞悬浮液。*暴露试验：将涂层样品浸泡在藻细胞悬浮液中进行培养。标准规定了推荐的培养时间（例如24-72小时）、温度（如20-25°C）、光照强度（如50-100μmolphotons/m²/s）和光暗比（如16:8）。*清洗：培养结束后，用无菌人工海水轻柔冲洗涂层表面，去除未附着或松散附着的藻细胞。*生物量测定：将附着有藻类的涂层转移至仪器中（如多功能酶标仪），通过测定叶绿素a的荧光强度来间接定量生物量。也可使用荧光显微镜结合图像分析进行细胞计数。*结果计算：根据公式计算出每个样品的抑藻率，并进行统计分析。7.结果的有效性与报告：标准设定了测试有效性判定的标准（例如，对照组表面的藻类生物量必须达到最低阈值），以确保实验是成功的。报告需要详细列明涂层名称、测试藻种、培养条件、生物量测定结果、抑藻率以及试验偏差等信息。可以说，ISO21716-4:2025的核心价值在于将复杂、微观的藻类附着行为，转化为一套精确、标准、可重复的实验室操作流程，从而实现了对防污涂层性能的快速、可靠的定量评价。3.主要参与单位介绍：中国船舶重工集团公司第七二五研究所（双瑞环境与防护）在ISO21716-4:2025的制定过程中，活跃着一支来自中国的核心技术力量——中国船舶重工集团公司第七二五研究所（现为中国船舶集团双瑞环境与防护研究院）。在标准制定中的贡献：1.技术支撑与数据提供：七二五所（双瑞）利用其完备的实验室条件（如专业的海洋微藻培养室、人工气候室、大型测试平台），进行了大量的、系统的实验室间比对验证试验。针对标准中推荐的硅藻和绿藻种，他们在中国沿海采集并筛选出适应性强、测试灵敏度高的本地藻种进行验证，并提供了详实的试验数据，证明了标准方法的可行性和可靠性。这些数据是标准从草案走向正式发布的关键基石。2.核心条款的起草：七二五所的专家担任了ISO21716-4工作组的联合召集人或重要专家，深度参与了标准框架的设计、技术争议的协调以及具体条款的起草。特别是在“测试生物的选择与培养”、“藻细胞悬浮液制备与定量”、“附着抑制率的计算方法”等核心环节，七二五所基于其多年抗藻性能测试的经验，提出了多项关键性技术建议并被采纳。例如，他们提出采用叶绿素a荧光读数作为主要定量手段，并建立了与人工计数的相关性模型，大大提高了测试的自动化程度和通量。3.推动国内与国际接轨：七二五所不仅在ISO层面做出了贡献，在国内，他们也是将国际标准引入中国、推动“国标采标”的积极倡导者和践行者。通过大量技术报告、行业研讨会等方式，该所在国内科研机构、涂料企业和高等院校中推广该标准测试方法，帮助国内企业从以往依赖经验和内部方法，转向对国际统一标准的理解和应用，显著提升了中国防污涂料产品在国际市场的竞争力和认可度。七二五所（双瑞研究院）在ISO21716-4:2025标准制定中的深度参与，不仅体现了中国在海洋材料与生物防护领域科研水准的显著提高，也展示了中国从“跟跑”向“并跑”乃至“领跑”国际标准制定的转变，为中国在全球海事标准化领域赢得了重要的话语权。4.标准的应用价值与未来展望4.1应用价值ISO21716-4:2025的发布，为全球海洋防污涂料产业链上下游带来了多重价值：1.研发效率的提升：对于涂料研发人员，不再需要等待长达数月甚至一年的实海挂板结果。利用本标准，可以在数天内完成对几十甚至上百种配方的快速初筛，显著缩短研发周期，降低研发成本。它可以清晰地为配方优化提供反馈：哪种防污剂载体、哪种释放控制技术对藻类的抑制效果最好。2.质量控制与产品验证：涂料生产商可以在产品出厂前，利用本标准进行批次间的质量一致性检验，有效保证产品性能的稳定性。对于船东或船舶管理者，可以以此作为第三方检测的基准，验证供应商承诺的防污性能是否真实可靠，做出更明智的采购决策。3.国际贸易去壁垒：统一的标准为不同国家、不同厂商的防污涂料产品性能提供了一个“共同语言”。这有助于消除因测试方法不同而产生的技术贸易壁垒，促进全球防污涂料产品的自由流通与公平竞争。对于新型绿色防污涂料（如无锡自抛光防污漆、生物可降解防污剂）的国际化推广，本标准提供了至关重要的技术门槛。4.生态环境保护：通过筛选出高效的抗藻涂层，可以有效减少船舶的生物污损，从而降低因增加航行阻力而产生的额外燃油消耗和温室气体排放。更低的燃油消耗也意味着更少的硫氧化物和氮氧化物排放，对环境更加友好。同时，减少藻类附着也可以减少入侵物种的传播风险。4.2未来展望尽管ISO21716-4:2025已经发布，但标准化工作本身是一个不断演进的过程。未来该标准及其相关领域的发展方向可能包括：1.标准系列的进一步拓展：ISO21716系列标准尚需补充针对另外一类重要的污损生物——细菌——的筛选方法，构建一个完整的“微生物（细菌）->微藻（藻类）->大型动物（藤壶）”三层筛选体系。此外，针对柔性涂层、水下涂装涂层等特殊涂层的测试方法，未来也可能需要制定配套标准作为本部分的补充。2.自动化与高通量：随着机器视觉、人工智能技术的发展，利用自动化的图像分析系统来识别和计数附着藻类，取代传统的人工显微镜计数或酶标仪荧光检测，将极大提高测试的通量和客观性。未来的标准修订可能会融合这类新技术。3.结合协同作用：现有的测试多为单一物种测试。而真实海洋环境是多物种混合竞争的生态系统。未来的标准可能会发展出多物种共培养或分级测试方法，更真实地模拟自然条件下的污损过程。4.与动态模拟耦合：目前的方法多为静态或微流动测试。未来可以开发结合水力剪切力的动态循环系统，模拟船舶航行时不同流速下的涂层表面受力情况，评估涂层在动态与静态交替条件下的长效性。5.跨行业应用：本标准的方法虽是针对船舶和海洋工程，但其原理和操作流程也可广泛应用于其他领域，如海水冷却管道、水产养殖网箱、海洋观测仪器、水下机器人等设施的防污涂层筛选。标准的应用范围有进一步扩大的潜力。5.结论《船舶和海洋技术防污涂料筛选的生物测定方法第4部分:藻类》（ISO21716-4:2025）是一份具有里程碑意义的国际标准。它精准地回应了绿色船舶技术发展对高效、可靠、标准化防污性能测试方法的迫切需求。该标准通过系统化、规范化的实验设计，实现了对防污涂料抗藻类附着性能的快速、可重复的定量评估，从而有效填补了该领域国际标准体系的空白。本标准不