水利工程污損生物沼蛤的附著特性研究

魏小熙，劉德富，張佳磊，楊正健，楊 林，萬曉安

（1.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；2.湖北工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；3.河湖生態(tài)修復(fù)與藻類利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430068）

水利工程污損生物沼蛤的附著特性研究

魏小熙1，2，3，劉德富1，2，3，張佳磊1，3，楊正健3，楊 林3，萬曉安3

（1.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；2.湖北工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430068；3.河湖生態(tài)修復(fù)與藻類利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430068）

近年來，水利工程遭受沼蛤污損的問題日益突出。污損生物沼蛤附著于輸水管道等水工建筑物后會(huì)腐蝕附著面，降低管道等輸水建筑物的過流能力，使閥門、閘門等關(guān)鍵設(shè)施啟閉困難，嚴(yán)重影響水利工程的安全運(yùn)營。文章通過實(shí)驗(yàn)分析了沼蛤的幾何特征及附著特點(diǎn)，探討沼蛤附著特性及基于附著特性的生態(tài)防治措施。研究表明，沼蛤體長(zhǎng)與體寬、體高呈線性相關(guān)，體長(zhǎng)與體重呈指數(shù)相關(guān)；黏附率與基質(zhì)粗糙率之間呈正相關(guān)關(guān)系，基質(zhì)越粗糙越易附著；附著基質(zhì)粒徑小于10mm時(shí)能夠明顯抑制沼蛤黏附。

沼蛤；幾何特征；附著特性；生態(tài)防治

1 研究背景

沼蛤（limnoperna fortunei）屬雙殼綱、異柱目、貽貝科，俗稱淡水殼菜，是一種入侵型污損生物［1］。沼蛤最早發(fā)源于東南亞地區(qū)，其后入侵到我國香港、臺(tái)灣、長(zhǎng)江流域及長(zhǎng)江以南等地區(qū)［2-3］，韓國、日本具有結(jié)冰期及低溫氣候的地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了沼蛤［4］。沼蛤向上游水域或遠(yuǎn)距離入侵的主要媒介為船舶［3］，我國南水北調(diào)等大型水利工程的修建連接了南北水系，為沼蛤的入侵提供了新的可能通道，目前水利工作者和相關(guān)部門對(duì)于入侵型污損生物沼蛤的預(yù)防和治理不夠重視，往往是發(fā)現(xiàn)沼蛤危害后再治理，其一旦入侵，會(huì)對(duì)輸水工程造成嚴(yán)重危害，基本無法根除，因此，已建或擬建的水利工程應(yīng)重視入侵型污損生物的預(yù)防。國外對(duì)沼蛤的生物學(xué)特征研究較完善［5-8］，其發(fā)育過程分為受精卵、擔(dān)輪幼蟲、面盤幼蟲、躑行期幼蟲、稚貝、成貝。國內(nèi)對(duì)沼蛤的研究主要在于生理習(xí)性方面［9-10］，湖北地區(qū)沼蛤繁殖周期為一年兩次至三次，雌雄同體或異，從受精到性成熟只需6個(gè)月［11］，每次可釋放一千多個(gè)幼蟲；壽命一般在3～5年，有些地區(qū)壽命甚至?xí)_(dá)到10年以上；成年個(gè)體長(zhǎng)度一般在20mm±5mm，平均生長(zhǎng)率為0.4～3.5mm/月［12-15］。

沼蛤主要危害特征在于入侵性及極難治理的特性，入侵后可造成水利工程生物污損，生物污損指［1］藻類、貝類等大量污損型附著生物入侵到水工建筑物及生產(chǎn)設(shè)備中高密度附著生長(zhǎng)，影響水利工程的正常運(yùn)行［16-17］。沼蛤附著在輸水管道等水工建筑物表面后會(huì)增大建筑物表面粗糙度、減小過流能力，閘門、過濾網(wǎng)、閥門等關(guān)鍵部位大量附著后易造成閘門啟閉困難、堵塞過濾網(wǎng)及閥門等，并且其大量死亡后會(huì)嚴(yán)重污染水質(zhì)［18-19］。沼蛤防治普遍采用化學(xué)試劑滅殺及物理方法去除的措施，生態(tài)防治應(yīng)用較少。沼蛤在不同的基質(zhì)表面附著特性不同，根據(jù)沼蛤?qū)Ω街牧系南埠锰攸c(diǎn)，可在需要防止附著的水工建筑物區(qū)域設(shè)置不利于其附著的材質(zhì)預(yù)防附著，或者設(shè)置沼蛤喜好附著的材料誘導(dǎo)附著后去除。徐夢(mèng)珍［1］研究指出，沼蛤喜好附著的基質(zhì)為竹質(zhì)材料，柔性材料次之，沼蛤之所以表現(xiàn)出不同的附著偏好性是由材料的粗糙率、材質(zhì)、表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等決定的。本文通過研究不同附著基質(zhì)上沼蛤的附著特性，探討其附著機(jī)制及利用其附著特性的生態(tài)防治措施。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理沼蛤樣本采集于湖北省長(zhǎng)江中上游三峽庫區(qū)香溪河庫灣，采集時(shí)間為11月。采樣時(shí)利用小型普通鏟將沼蛤團(tuán)簇從附著的建筑物表面小心剝離，隨即放入有適量原水的采樣盒中，采樣盒預(yù)留孔洞以避免沼蛤缺氧死亡。當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)室后放入培養(yǎng)池中培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)前將沼蛤足絲剪斷，在原水中培養(yǎng)一天，挑選雙殼張開呼吸且刺激后迅速閉合的活性較高個(gè)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 幾何特征樣品采集后，隨機(jī)選取200個(gè)沼蛤個(gè)體，剪斷足絲，清洗后離水放置2 h，待表面干燥后用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量體長(zhǎng)L、體高h(yuǎn)、體寬b，用FA2004型電子天平測(cè)量濕重w。

2.3 附著特性實(shí)驗(yàn)沼蛤?qū)Ω街|(zhì)具有偏好性，實(shí)驗(yàn)研究沼蛤在不同粗糙率的附著基質(zhì)和不同粒徑大小的顆?；|(zhì)上的附著特性。

（1）不同粗糙率基質(zhì)。實(shí)驗(yàn)選用玻璃、PVC板、光滑瓷磚、粗摸面水泥塊、具有紋理的粗糙陶瓷5組具有明顯糙率梯度而自身材料屬性對(duì)沼蛤沒有影響的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，玻璃、PVC板、光滑瓷磚、粗摸面水泥塊、具有紋理的粗糙陶瓷依次編號(hào)為1組、2組、3組、4組、5組，粗糙率大小為：5組＞4組＞3組＞2組＞1組。5組實(shí)驗(yàn)在同一水體進(jìn)行，以減小環(huán)境影響，每組材料上規(guī)則放置24個(gè)體長(zhǎng)L約為20mm的個(gè)體，每組個(gè)體間距和排列規(guī)則相同，定時(shí)觀察其黏附情況。

（2）不同粒徑基質(zhì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置不同粒徑的4組顆粒實(shí)驗(yàn)基質(zhì)，粒徑大小n分別為：1組n＜2mm；2組n≈5 mm；3組n≈15 mm；4組n≈30 mm。培養(yǎng)器容積4 L，底面積約0.28 m2，底部鋪設(shè)砂質(zhì)基質(zhì)，均勻放置體長(zhǎng)為20mm±5mm的沼蛤24個(gè)，靜水培養(yǎng)，定期觀察黏附情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 幾何特征分析通過測(cè)量200個(gè)隨機(jī)樣品的體寬b、體高h(yuǎn)、體長(zhǎng)L、體重w，得出L與b、h具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系（圖1），即L=0.269b-1.4555；R2=0.9069

圖1 沼蛤幾何特征

體長(zhǎng)L與體重w具有顯著的指函數(shù)關(guān)系，即

隨著體長(zhǎng)的增加，體寬與體高亦隨之增長(zhǎng)，但隨著體長(zhǎng)的增加體重增加隨之減緩，而在實(shí)際采樣中發(fā)現(xiàn)湖北地區(qū)沼蛤體長(zhǎng)都在35mm以內(nèi)，體長(zhǎng)增加到30 mm只需3年左右，即3年以上成年貝體重增加極為緩慢。

將隨機(jī)采集的200個(gè)樣品按體長(zhǎng)分類（圖2），秋季沼蛤體長(zhǎng)大于20 mm的個(gè)體占比為40%；在10～20mm之間的為54%；小于10mm的為6%，表明秋季沼蛤已經(jīng)基本不再繁殖，小于10mm的幼年個(gè)體占比很少，94%的個(gè)體已經(jīng)成年。

3.2 附著特性分析

（1）不同粗糙率基質(zhì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定粗糙率梯度為帶紋理陶瓷＞粗摸面水泥磚塊＞光滑瓷磚面＞PVC板＞玻璃。圖3中對(duì)數(shù)曲線擬合均較好，1組R2=0.8989、2組R2=0.9732、3組R2=0.969、4組R2=0.8715、5組R2=0.9839，表明沼蛤黏附率是時(shí)間的對(duì)數(shù)函數(shù)（圖3），表示為：

式中：N為沼蛤黏附率；h為黏附時(shí)間，h；X為與材料和粗糙度相關(guān)函數(shù)。

（2）不同粒徑基質(zhì)。圖4顯示，不同粒徑的基質(zhì)4組實(shí)驗(yàn)黏附率大小為：3組（15 mm）＞2組（5 mm）＞4組（20 mm）＞1組（30 mm），黏附率最大的基質(zhì)的粒徑為15mm，而粒徑為30mm的基質(zhì)黏附率最小。

圖3 沼蛤在不同粗糙率基質(zhì)上的附著特征

4 討論

圖2 秋季沼蛤體長(zhǎng)分布

圖4 沼蛤在不同大小粒徑基質(zhì)上的附著特征

通過分析黏附率與基質(zhì)粗糙率的關(guān)系得出，粗糙率越大黏附率越大，且黏附時(shí)間也越短；通過分析砂質(zhì)基質(zhì)粒徑顆粒大小與黏附率的關(guān)系，得出沼蛤黏附率與自身大小有關(guān)，相對(duì)于自身大小有更多附著面的基質(zhì)益于沼蛤附著，如在燒杯等容器中培養(yǎng)時(shí)喜歡附著于容器邊壁結(jié)合處的兩個(gè)附著面相交處。研究表明，沼蛤體長(zhǎng)10 mm＜L＜35 mm的個(gè)體占總個(gè)體的94%，其中以15～20mm的個(gè)體居多，而15mm粒徑的砂質(zhì)基質(zhì)相對(duì)于沼蛤體長(zhǎng)具有更多的附著面，基質(zhì)粒徑大于30mm和小于20 mm的基質(zhì)相對(duì)沼蛤體長(zhǎng)相當(dāng)于一個(gè)附著面，這也是其聚團(tuán)現(xiàn)象和層層附著現(xiàn)象的原因之一。在粒徑小于10mm的砂質(zhì)基質(zhì)上不利于沼蛤附著，故可在水庫等水域底部鋪設(shè)粒徑小于10mm的砂質(zhì)基質(zhì)或設(shè)置砂質(zhì)過濾池，抑制沼蛤附著；粗糙率越小越不宜于沼蛤附著，所以在管道等水利工程施工時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量降低建筑物表面粗糙度，不宜留有較大縫隙等益于沼蛤附著的區(qū)域。

沼蛤體寬、體高與體長(zhǎng)均呈線性相關(guān)關(guān)系，體長(zhǎng)與濕重呈指函數(shù)關(guān)系，三峽庫區(qū)成年沼蛤體長(zhǎng)在20mm左右，最大35mm；沼蛤黏附率隨基質(zhì)粗糙度增大而增大，沼蛤最易黏附的基質(zhì)為與其體長(zhǎng)尺寸相近的顆?；|(zhì)，基質(zhì)粒徑小于10 mm能夠抑制沼蛤附著?；谡痈蚋街匦缘纳鷳B(tài)防治是防止其造成水利工程污損的有效措施。

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The adhesion properties of limnoperna for tunei in water projects

WEI Xiaoxi1，2，LIU Defu1，2，YANG Zhengjian2，YANGLin2，WAN Xiaoan2
（1.School of Civil Engineering and Architecture，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China；2.Ecological restoration of lakesand algae use of hubeiprovince key laboratory，HubeiUniversity of Technology，Wuhan 430068，China）

In recent years，the biofouling problem of water projects suffering from the offset of limnoperna fortunei was become increasingly prom inent.Limnoperna fortunei，the fouling organisms，attach together to the surface of the hydraulic structures such as water conveyance piping，valves，and gates etc.，which can corrode the adhesion surface，reduce the capacity of pipeline flow，and make it difficult for the key facili?ties like the valves and gates to open or close.A ll of this seriously affects the safe operation of water proj?ects.Through experiment this puper analyzed the geometrical characteristics and adhesion characteristics of limnoperna fortunei，and exp lored the adhesion properties of limnoperna fortunei as well as the adhesion pre?vention measures based on ecological characteristics.From the experiment we can draw the following conclu?sions.The length of limnoperna fortunei has a linear correlation with its body width and height，and is in?dex-linked with its weight；The rough matrix rate and adhesion rate are in a positive correlation，and the rougher the matrix is，the easier it is limnoperna fortunei to attach；The sandy matrix，which matrix size is less than 10mm，can obviously suppress the adhesion of limnoperna fortunei.

limnoperna fortunei；geometrical characteristics；adhesion properties；ecological control

TV67

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.05.014

1672-3031（2015）05-0397-04

（責(zé)任編輯：韓 昆）

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2014CB460601）；華東天荒坪抽水蓄能電站水庫水質(zhì)富營養(yǎng)化不利影響及其對(duì)策研究（SGXY-2014FJ04-158）；三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程中心開放基金項(xiàng)目（KF2013-12）；科技部2014年國際科技合作與交流專項(xiàng)（2014DFE70070）

魏小熙（1989-），男，碩士生，主要從事生態(tài)水利研究。E-mail：244896757@qq.com

劉德富（1962-），男，湖北枝江人，教授，主要從事生態(tài)水利研究。E-mail：dfliu@ctgu.edu.cn