水中釘螺遷移擴(kuò)散的研究進(jìn)展及展望

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(1.長江科學(xué)院 河流研究所，武漢 430010；2. 河海大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，南京 210098)

1 研究背景

血吸蟲病是僅次于瘧疾的全球第二大熱帶病[1]，主要流行于亞、非、拉美的73個(gè)國家，受威脅人口高達(dá)6億，患病人數(shù)高達(dá)2億[2-4]。新中國成立以來，黨和政府對人民健康非常關(guān)注，高度重視血防工作，開展了大規(guī)模的血吸蟲病防治工作。我國血吸蟲病防治工作取得了舉世矚目的成就，與1980年相比，2012年全國有螺面積從27.5×105hm2減少至3.69×105hm2，血吸蟲病感染人數(shù)從163.8萬人減少至24.06萬人，歷史上12個(gè)血吸蟲病流行省中已有5個(gè)省達(dá)到傳播阻斷標(biāo)準(zhǔn)?？傮w來說，國內(nèi)血吸蟲病呈現(xiàn)流行程度持續(xù)下降、傳染源數(shù)量不斷減少的趨勢，但在長江中下游區(qū)域安徽省、江西省、湖北省、湖南省僅達(dá)到疫情控制標(biāo)準(zhǔn)，距離有效控制血吸蟲病在當(dāng)?shù)氐膫鞑ァ⒆罱K達(dá)到消除之目的仍存在一定差距[5]。

血吸蟲病主要通過皮膚、黏膜與疫水接觸受染，在我國流行至少有2 000多年的歷史，是我國主要慢性寄生蟲病之一。血吸蟲病是血吸蟲成蟲寄生在人或其他哺乳動(dòng)物的腸系靜脈和肝臟附近靜脈系統(tǒng)的血管里，在那里吸血、產(chǎn)卵、排除毒素而引起的一種疾病。血吸蟲病發(fā)展到了晚期，病人極度消瘦，出現(xiàn)腹水、巨脾、腹壁靜脈怒張等晚期嚴(yán)重癥狀。釘螺作為日本血吸蟲唯一的中間宿主，其遷移分布決定了血吸蟲病的主要流行區(qū)域或潛在流行范圍，釘螺擴(kuò)散常增加血吸蟲病擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)[6-7]。本文通過大量收集和充分理解前人的工作成果，對釘螺生存環(huán)境及影響因素、遷移擴(kuò)散方式、水利工程對釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散的影響等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行歸納和總結(jié)，并就水中釘螺遷移擴(kuò)散尚存的一些問題和未來發(fā)展的方向進(jìn)行了探討。該工作的完成能夠在一定程度上為釘螺及血吸蟲病防控工作提供技術(shù)支撐和理論指導(dǎo)[8]。

圖1 釘螺螺殼形態(tài)Fig.1 Shell of oncomelania

圖2 不同生長時(shí)期釘螺照片F(xiàn)ig.2 Oncomelania in different growth stages

2 水中釘螺遷移擴(kuò)散研究進(jìn)展

2.1 釘螺的生物學(xué)特性

釘螺分布在亞洲東部和東南亞，我國內(nèi)地僅有湖北釘螺。釘螺屬水陸兩棲的軟體動(dòng)物，由內(nèi)外2部分組成：外部為螺殼和厴，主要起保護(hù)軟體和防止在干燥環(huán)境中損失體液的作用；內(nèi)部為軟體部分，包括頭、頸、足、外套和內(nèi)臟囊。一般情況下，釘螺的外形如圖1所示，近似呈圓錐形。通常根據(jù)無因次數(shù)ψ(ψ=螺高/螺徑)的大小將釘螺劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ 級(圖2)，該值在一定程度上反映了釘螺在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到水的阻力的大小[2]。將無因次數(shù)ψ<2的釘螺稱為I級釘螺，一般為幼螺；將無因次數(shù)ψ界于2～2.5的釘螺稱為II級釘螺，一般為中螺；將無因次數(shù)ψ>2.5的釘螺稱為Ⅲ 級釘螺，一般為大螺。

釘螺為雌雄異體，卵生，整年都可以交配，交配最盛時(shí)期為春季4—5月份，嚴(yán)寒和酷暑則大大減少甚至停止。螺卵必須在水中或者潮濕的泥面才能孵化，失去泥皮的螺卵不能孵化，孵化的時(shí)間長短與溫度有關(guān)，溫度13 ℃時(shí)需30～40 d，23 ℃時(shí)需20 d。孵化的釘螺生長速度與食物、環(huán)境溫度等有較大的關(guān)系，在食物豐富、氣候適宜的情況下，幼螺一般2個(gè)月即可發(fā)育成成螺，在較冷區(qū)域則需要3～5個(gè)月甚至更久。

2.2 釘螺生存環(huán)境及影響因素

目前研究認(rèn)為對釘螺的生存和擴(kuò)散造成影響的環(huán)境因素主要有：水、維度、溫度、高程、水位、表層土壤和植被[9-10]。梁幼生等[11]通過釘螺放養(yǎng)的方法，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，認(rèn)為釘螺在33°15′N以北的地區(qū)較難存活。洪青標(biāo)等[12]、杭德榮等[13]研究發(fā)現(xiàn)，釘螺螺卵的發(fā)育、耗氧量、酶的活性等都與溫度有關(guān)，溫度過高或者過低都不利于釘螺的生存、繁殖和壽命。最適宜釘螺生存的溫度為20～30 ℃[14]。有研究認(rèn)為全球氣候逐年變暖有利于釘螺越冬,減少死亡率,提高釘螺的密度，并增大釘螺向北擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)[15]。土壤的理化性質(zhì)，如pH、營養(yǎng)鹽含量、溫度、含水率等也會影響釘螺的生長[16-17]。通常采用洲灘水淹天數(shù)和顯露天數(shù)來表征水位變化特征，研究表明洲灘水淹天數(shù)216～113 d、顯露天數(shù)149～252 d的條件適宜釘螺的生存和繁殖[18-19]。鄭盛邦等[20]通過對比分析洞庭湖有螺洲灘和釘螺自然消亡洲灘各環(huán)境因素的差別，得出影響釘螺分布的主要因素是洲灘的高程、土壤理化性質(zhì)和大氣溫度。張旭東等[21]選取安徽省懷寧縣有螺洲灘作為典型研究區(qū)域，采用現(xiàn)場觀測的方法，得到洲灘地下水位與釘螺分布的關(guān)系，認(rèn)為釘螺的密度和地下水位呈拋物線相關(guān)性，與洲灘植被的高度和種群蓋度呈現(xiàn)正相關(guān)。吳剛等[22]選取長江中下游灘地主要植被類型作為代表性洲灘植被，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，分析了植被高度、蓋度和釘螺密度的關(guān)系。釘螺的生存和擴(kuò)散與水的關(guān)系非常密切，幼螺喜在水中生活，成螺一般在潮濕而食物豐富的地方生活，既不完全喜水也不喜干旱的陸地，其棲息地主要位于水流緩慢、時(shí)而有水時(shí)而無水的洲灘或者濕地區(qū)域[23]。

2.3 釘螺遷移擴(kuò)散方式

野外觀測及模型試驗(yàn)表明，釘螺的遷移擴(kuò)散方式主要有以下幾種。

(1)自主爬行：釘螺的自主爬行主要通過腹足在地面或者河床表面慢慢行走得以完成，其自主爬行能力和范圍有限。根據(jù)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn),一只健壯的成年釘螺,在適宜的環(huán)境下每晝夜只能爬8 m遠(yuǎn)。促使釘螺爬行的原因主要是逃避不利環(huán)境、覓食、尋偶或產(chǎn)卵[24]。

(2)懸移質(zhì)形式遷移：當(dāng)水流流速相對較大時(shí)，螺齡較小的釘螺由于吸附力較小而容易隨水流起動(dòng)，從而以懸移質(zhì)形式隨水流遷移擴(kuò)散。通常根據(jù)無因次數(shù)ψ的大小將釘螺劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級。試驗(yàn)觀測表明,在可沖性床面上，當(dāng)流速>0.3 m/s時(shí)，Ⅰ級釘螺能以懸移方式擴(kuò)散，而Ⅱ級、Ⅲ級釘螺則由于吸附力較大，不易隨水流起動(dòng)，因此不能以懸移方式遷移[25]。

(3)推移質(zhì)形式遷移：在水深流速都不太大的條件下，沉入水底的釘螺常以推移質(zhì)形式，同力學(xué)特性與其相似的泥沙顆粒一起滾動(dòng)、跳躍、走走停停向下游運(yùn)動(dòng)。根據(jù)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場觀測，當(dāng)水流流速>0.6 m/s時(shí)，釘螺即可以推移質(zhì)形式發(fā)生遷移。

(4)水面輸送：水面輸送分為3種情況，①水深、流速較大的水域(如H>1 m，U>1 m/s)，釘螺很難成活，但它們可以主動(dòng)吸附于漂浮物上，借助漂浮物進(jìn)行遠(yuǎn)距離的遷移；②被動(dòng)受載遷移，釘螺可能分布于具有孔洞、夾層、縫隙的漂浮物中，從而隨著漂浮物挾帶遷移；③倒掛懸浮于水面遷移，釘螺可以將自身倒掛懸浮于水面進(jìn)行漂流。

據(jù)有關(guān)試驗(yàn)和調(diào)查，以上4種遷移擴(kuò)散方式中，隨漂浮物遷移是釘螺完成遠(yuǎn)距離遷移的主要方式[26-27]，遷移距離可達(dá)50 km以上[28]。

2.4 水利工程對釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散的影響

水利工程對釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散的影響主要通過以下2種方式：一是水利工程實(shí)施后，改變了河道洲灘環(huán)境，如硬化護(hù)坡、開挖隔離溝等工程通過改變土壤含水率、植被覆蓋率、水位等，從而干擾釘螺的滋生、繁殖；二是水利工程的實(shí)施影響釘螺在水中遷移擴(kuò)散，該影響有可能是促進(jìn)釘螺的擴(kuò)散，如水系連通工程、引調(diào)水工程等，從而擴(kuò)大了有螺面積，增加血吸蟲病感染的風(fēng)險(xiǎn)，另外有些水利工程的實(shí)施也有可能起到阻止釘螺擴(kuò)散的作用，如涵閘、沉螺池等。不過，值得注意的是，有些水利工程對釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散的影響并不是單方面的，而是具有綜合影響，如三峽工程的實(shí)施，一方面隨著水庫蓄水，使得庫區(qū)洲灘水淹情況發(fā)生變化，并影響植被生長，從而改變了洲灘的環(huán)境，干擾釘螺的滋生和繁殖；另一方面，由于水庫的調(diào)蓄作用，導(dǎo)致庫區(qū)下游的水文情勢發(fā)生較大變化，從而也在一定程度上影響了釘螺的遷移和擴(kuò)散。不同水利工程對釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散可能產(chǎn)生不同的影響，有些水利工程可以降低釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)，而有些水利工程卻會增加釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)[29]。下面按照對釘螺遷移擴(kuò)散的影響機(jī)制分類論述水利工程對釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散的影響。

2.4.1 影響釘螺生存環(huán)境的水利工程

影響釘螺生存環(huán)境的水利工程主要是指水利工程實(shí)施后，改變了河道洲灘環(huán)境，如抬洲降灘、硬化護(hù)坡、開挖隔離溝等工程通過改變土壤含水率、植被覆蓋率、水位等，從而干擾釘螺的滋生、繁殖的水利工程。羅志紅等[30]選取典型疫區(qū)作為研究區(qū)域，調(diào)查洲灘的植被覆蓋、釘螺分布特征、土壤含水率、溫度等，進(jìn)行縱向回顧性比較，分析湖區(qū)外洲環(huán)境變化對釘螺分布的影響，結(jié)果表明結(jié)合水利護(hù)堤工程和外洲種植可改造環(huán)境，對釘螺和血吸蟲病的防控起到很好的效果；何亞平等[31]通過室內(nèi)試驗(yàn)和野外調(diào)查，分析了典型研究區(qū)域不同土地類型的釘螺數(shù)量和空間分布特征，結(jié)果顯示不同的土地類型之間活螺密度存在較大的差異。張世清等[32]通過現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，溝渠硬化措施在工程實(shí)施早期能起到較好的滅螺效果，但是隨著工程投入使用時(shí)間的增加，其滅螺效果則很大程度上取決于工程的維護(hù)管理，如清淤及除草等；魏望遠(yuǎn)等[33]發(fā)現(xiàn)隔離溝措施能夠很好地降低洲灘的活螺密度和感染螺的密度；劉年猛等[34]對比分析洲灘各措施的防滅螺效果，發(fā)現(xiàn)抬洲降灘、翻耕墾種的滅螺效果相比其他措施較持久和徹底。

2.4.2 影響釘螺遷移的水利工程

該類水利工程主要通過2種方式影響釘螺的遷移擴(kuò)散：一是由于釘螺大范圍及遠(yuǎn)距離的遷移主要依賴于水流，有些水利工程實(shí)施后，導(dǎo)致相應(yīng)河段的水文情勢發(fā)生改變，從而間接影響釘螺的遷移擴(kuò)散，如引調(diào)水工程、平垸行洪、河湖連通等工程；二是通過工程實(shí)施從而形成物理障礙，直接阻斷釘螺的遷移，如涵閘、沉螺池等。潘慶燊等[35]認(rèn)為長江中下游洲灘的釘螺尚未完全控制，沿江修建灌溉閘和船閘等水工建筑物會導(dǎo)致釘螺向堤內(nèi)渠系擴(kuò)散。朱紅等[36]認(rèn)為在引江濟(jì)漢水利工程區(qū)的引水、輸水、供水及航運(yùn)等存在引起釘螺或增加血吸蟲病傳播的風(fēng)險(xiǎn)。長江流域是我國血吸蟲病的主要流行區(qū)，該區(qū)域內(nèi)大多數(shù)河湖連通工程均存在導(dǎo)致釘螺和血吸蟲病擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)，如長江干流與武漢大東湖水網(wǎng)連通工程、石首江豚保護(hù)區(qū)天鵝洲故道與長江干流連通工程、武漢漲渡湖與長江干流的連通工程、常德城市景觀水體與沅水連通工程。

2.4.3 同時(shí)影響釘螺的生存環(huán)境和遷移的水利工程

有些水利工程對釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散的影響并不是單方面的，而是具有綜合影響，如三峽工程的實(shí)施，一方面隨著水庫蓄水，使得庫區(qū)洲灘水淹情況發(fā)生變化，并影響植被生長，從而改變了洲灘的環(huán)境，干擾釘螺的滋生和繁殖；另一方面，由于水庫的調(diào)蓄作用，導(dǎo)致庫區(qū)下游的水文情勢發(fā)生較大變化，從而也在一定程度上影響了釘螺的遷移和擴(kuò)散。三峽工程的應(yīng)用導(dǎo)致相應(yīng)河段水文條件的變化，這必將對釘螺及血吸蟲病的擴(kuò)散造成影響，其對釘螺及血吸蟲病防控既有正面影響也有負(fù)面影響。

三峽工程的運(yùn)行對釘螺及血吸蟲病防控的正面影響主要表現(xiàn)在以下方面：①與三峽水庫蓄水前相比，枯水期延長導(dǎo)致長江中下游、洞庭湖、鄱陽湖等區(qū)域洲灘釘螺密度呈逐年下降趨勢；②由于三峽蓄水錯(cuò)峰，中下游河段潰堤或分洪的概率顯著減少，從而明顯降低了釘螺向垸內(nèi)或堤內(nèi)大面積擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)；③三峽水庫正常蓄水運(yùn)行后，長江中下游河段及湖區(qū)春季部分洲灘提前淹水，從而抑制了釘螺的產(chǎn)卵行為以及螺卵胚胎的發(fā)育，因此能夠大大降低洲灘的活螺密度[37-40]。

三峽水庫正常蓄水運(yùn)行后，對釘螺和血吸蟲病防控造成的負(fù)面影響主要有：①三峽水庫蓄水會導(dǎo)致江蘇省秋季部分洲灘提前退水，從而使得人畜上灘時(shí)間提前[41]，繼而增加人畜感染血吸蟲病的風(fēng)險(xiǎn)；②湖灘草洲是區(qū)域內(nèi)血吸蟲病流行的重要條件[42]，三峽大壩的建設(shè)和運(yùn)用，導(dǎo)致湖區(qū)泥沙淤積也相對減少，從而會引起洞庭湖部分蘆葦灘退化、草場擴(kuò)大、畜量增加，在一定程度上增加人畜感染血吸蟲病的機(jī)會[43]；③三峽水庫建成后，庫區(qū)將形成許多洲灘，庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境條件將有利于血吸蟲中間宿主釘螺的孳生，從而存在釘螺在庫區(qū)滋生和血吸蟲病傳播的風(fēng)險(xiǎn)[15，44]。

2.5 釘螺水力學(xué)基礎(chǔ)研究

武漢大學(xué)、長江科學(xué)院、三峽大學(xué)等單位針對釘螺的沉降和起動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了深入的研究，摸清了釘螺在靜水中和動(dòng)水中的沉降速度及其數(shù)學(xué)表達(dá)，揭示了釘螺在不同河床介質(zhì)條件下的起動(dòng)流速，目前普遍認(rèn)為釘螺的起動(dòng)流速<0.2 m/s[45-47]。李凌云等[48]基于生態(tài)學(xué)理論，揭示了變化水位條件下釘螺在垂向上的分布與水位高程之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了釘螺垂向遷移與水位的響應(yīng)模型，揭示了釘螺的垂向分布與水位變化的響應(yīng)規(guī)律；馬巍等[49]得出了水中釘螺的遷移規(guī)律，并給出了釘螺以推移質(zhì)形式遷移和懸移質(zhì)形式遷移時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)描述，以及釘螺隨漂浮物遷移時(shí)的主動(dòng)吸附時(shí)間與漂浮物性質(zhì)、水深、流速等變量的定量關(guān)系，這一研究成果的斬獲實(shí)現(xiàn)了對釘螺遷移規(guī)律從定性認(rèn)識到定量描述的突破。

3 水中釘螺遷移擴(kuò)散研究展望

目前國內(nèi)外學(xué)者基于野外調(diào)查結(jié)合遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、定位系統(tǒng)(GPS)等方法，測繪血吸蟲病的患病率和釘螺的分布情況等數(shù)據(jù)，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析確定和預(yù)測釘螺適宜的棲息地，由于洪水、水資源開發(fā)等的影響而導(dǎo)致血吸蟲病感染的風(fēng)險(xiǎn)，以及其他氣候環(huán)境要素如大氣溫度、土壤濕度、土壤溫度、pH等的變化對釘螺分布的影響[50]。但總結(jié)來看，這些成果多是對觀測結(jié)果進(jìn)行規(guī)律性總結(jié)分析，缺乏理論基礎(chǔ)，成果適用范圍有限。由于研究方法有限，研究問題復(fù)雜，釘螺對環(huán)境要素變化的適應(yīng)機(jī)制、釘螺遷移擴(kuò)散的機(jī)理等不是很明確，有待進(jìn)一步系統(tǒng)深入的研究。綜上，筆者認(rèn)為以下幾方面將是今后研究的重點(diǎn)：

(1)目前就不同生境條件下釘螺的密度資料多是依賴于血防工作人員一年一度的野外調(diào)查獲取，該方法存在工作量大、調(diào)查結(jié)果誤差大等缺點(diǎn)，因此建議近期可以展開釘螺對環(huán)境要素變化的適應(yīng)機(jī)制、不同生境條件下釘螺密度的預(yù)測模型等方面的研究，實(shí)現(xiàn)釘螺密度的定量預(yù)測。

(2)目前對釘螺分布特征的研究以定性描述為主，如何準(zhǔn)確預(yù)測釘螺隨時(shí)間、空間分布規(guī)律這一問題一直沒有得到很好的解決。因此建議近期可采用河流泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)和生物學(xué)相結(jié)合的方法研究釘螺擴(kuò)散機(jī)理，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建釘螺遷移擴(kuò)散預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)釘螺隨時(shí)間、空間分布規(guī)律的準(zhǔn)確預(yù)測。

(3)目前，血吸蟲病流行的主要疫區(qū)位于長江中下游。隨著長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)與長江大保護(hù)戰(zhàn)略的提出，為加強(qiáng)長江經(jīng)濟(jì)帶水資源綜合利用、水生態(tài)修復(fù)及水環(huán)境保護(hù)，長江流域?qū)雍B通、引調(diào)水等水利工程的需求迫切。但長江流域是我國血吸蟲病的主要流行區(qū)，該區(qū)域內(nèi)大多數(shù)河湖連通、引調(diào)水工程均存在導(dǎo)致釘螺和血吸蟲病擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。因此，建議近期展開相關(guān)水利工程中釘螺及血吸蟲病擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)評估與防控研究，從而為相關(guān)工程的實(shí)施提供水安全評價(jià)指標(biāo)和保障技術(shù)。

(4)隨著國內(nèi)血防工作的不斷開展，全國疫情基本得到控制，血吸蟲病流行程度持續(xù)下降、傳染源數(shù)量不斷減少，大部分重流行區(qū)的人群血吸蟲感染率已從21世紀(jì)初的10%以上降至目前的1%以下，并持續(xù)處于低度流行的狀態(tài)，原有的血吸蟲病診治、監(jiān)測、預(yù)警等技術(shù)、方法與工具已不完全適應(yīng)于當(dāng)前的血防工作要求，更不能滿足全面消除血吸蟲病階段的工作需求。有些學(xué)者將精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的理念引入我國血防工作，提出精準(zhǔn)血防這一新的工作思路，這必將是今后重要的研究方向。相對于傳統(tǒng)血防，精準(zhǔn)血防最重要的因素可以概括為：精確、準(zhǔn)時(shí)、個(gè)體化，其本質(zhì)是因地制宜，因境施策，根據(jù)不同流域、不同環(huán)境、不同鄉(xiāng)村的流行與傳播特點(diǎn)，通過綜合分析、系統(tǒng)評估和精確規(guī)劃，制定并實(shí)施如“一村一策”、“一境一策”等靶點(diǎn)正確、目標(biāo)清晰、效果明確的精準(zhǔn)預(yù)防控制措施，更有效地控制血吸蟲病在當(dāng)?shù)氐膫鞑?，最終達(dá)到消除之目的。

4 結(jié) 語

近年來開展了大規(guī)模的血吸蟲病防治和相關(guān)的研究工作并取得了顯著的成果。但由于研究方法有限，研究問題復(fù)雜，目前針對釘螺遷移還有很多問題不太清楚，有待進(jìn)一步系統(tǒng)深入的研究。釘螺的遷移對血吸蟲病的蔓延起了根本性的作用，研究水中釘螺的遷移規(guī)律對控制血吸蟲病流行極為重要，因此亟待進(jìn)一步展開對該領(lǐng)域相關(guān)理論、方法和技術(shù)的研究。