天津北塘水庫淡水殼菜生境分析

李 榮，王洪帥，白金超，胡建坤

(1.天津水務集團有限公司，天津300042；2.天津水務集團引江市南分公司，天津300000)

淡水殼菜學名沼蛤，隸屬于軟體動物門、雙殼綱異柱目貽貝科，殼長一般為 8～30 mm，殼質(zhì)堅硬，足絲細軟發(fā)達，營附著生活，常形成非常稠密層層堆疊的群體，生長厚度可達3～5cm。淡水殼菜屬群棲性軟體動物，多棲息在流水較緩(流速0.4～0.9 m/s)的湖泊和河流中，一般分布在常年最低水位線之下，在水深十余米處也有分布，在條件適宜的地區(qū)大量繁殖生長[1]，在我國南方地區(qū)的湖泊和河流中比較常見。

淡水殼菜具有繁殖能力強、附著堆疊生長等特點，一旦入侵原水供水系統(tǒng)，一方面會影響水質(zhì)，另一方面會影響水廠正常生產(chǎn)。淡水殼菜附著在輸水管道內(nèi)壁、泵站管路和各種凈水設施構筑物上，會造成管道輸水能力降低、機泵停轉(zhuǎn)、水廠格柵堵塞等問題，嚴重時甚至會影響輸水管線的正常運行和水廠正常生產(chǎn)[2]。另外，淡水殼菜呼吸會消耗水中的溶解氧，代謝過程中排泄氨氮和營養(yǎng)鹽[3]，附著在壁面的貝殼腐爛后會產(chǎn)生惡臭[4]，對水質(zhì)的影響不容忽視。

2018年底，在天津北塘水庫吸水池和某個以北塘水庫來水為水源的水廠的脈沖澄清池內(nèi)，出現(xiàn)大量附著在堅固硬物上成團聚集的貝類，經(jīng)鑒定為使用長江水之前從未發(fā)現(xiàn)過的淡水殼菜，但在其他同樣使用長江水的水庫和水廠并未發(fā)現(xiàn)。為了尋求導致淡水殼菜存在差異性的原因，需要結(jié)合北塘水庫生境特點，對比分析北塘水庫與另一個也以長江水為水源的泵站前池的水質(zhì)差別，以期為淡水殼菜后續(xù)針對性防治方案的制定提供依據(jù)，從而為長距離輸水管網(wǎng)安全和水廠正常運行提供保障。

1 淡水殼菜的生長條件

淡水殼菜以鰓被動濾食水中有機碎屑、細菌、藻類(綠藻、裸藻)和原生動物[5]，濾食速率與殼長和環(huán)境溫度相關。水流量和食物蘊藏量對它們的生長也有重要影響，豐富的食物來源和適宜的生長環(huán)境例如溫度、鹽分、光照、水質(zhì)等，能促其大量生長繁殖。

水溫的變動直接影響淡水殼菜的新陳代謝，但其對溫度變化有較大的適應力，成體和幼體的耐受水溫分別為(8～35)和(16～28) ℃[6]。淡水殼菜在16～17 ℃便可以進行繁殖，大量繁殖的平均水溫為16～28 ℃[7]。

淡水殼菜對鹽度的變化適應力也較強，對鹽度的耐受范圍為1‰～12‰[6]，但鹽度過高或過低也會影響其生存和繁殖。幼體時期對光度反應比較明顯，一般弱光下分布均勻，強光照射可引起幼蟲的移動和分布，甚至造成幼蟲的堆積和死亡。成體對光線強弱沒有明顯的反應，甚至在黑暗的水管中，只要食物豐富仍能生長。

水質(zhì)對淡水殼菜的生長有重要影響，水質(zhì)的變化會引起淡水殼菜食物數(shù)量和結(jié)構的變化。有研究表明，相比于富營養(yǎng)化水體，輕度富營養(yǎng)水體更適合淡水殼菜的生存[8]。水體中的藻類生物量和優(yōu)勢藻種對于淡水殼菜的生存有決定性作用。

2 殼菜的來源分析

曹新塏[9]等于2017年利用PCR方法在淡水殼菜生產(chǎn)期，對南水北調(diào)中線工程沿程進行檢測發(fā)現(xiàn)，南水北調(diào)中線水源地丹江口水庫中大部分區(qū)域都有淡水殼菜分布，且在一些河岸和船只底部大量附著生長，沿程并未檢測到淡水殼菜的存在。但南水北調(diào)沿程具備淡水殼菜適合生長的低流速、避光、淺水區(qū)等特點，且淡水殼菜具有較強的生物入侵性和較快的繁殖速度。以南水北調(diào)水為水源的地區(qū)，仍存在一定的淡水殼菜生物入侵風險。

在2018年底之前，天津市的供水系統(tǒng)并未發(fā)現(xiàn)過淡水殼菜，引用長江水之后發(fā)現(xiàn)，說明淡水殼菜是外來物種，且有很大的可能性來自長江水。淡水殼菜的卵夾帶在水中，一旦條件適合迅速生長繁殖，給水廠的穩(wěn)定運行帶來隱患。

3 淡水殼菜生境分析

3.1 北塘水庫生境特點

北塘水庫東臨渤海，主要由海侵和現(xiàn)代河流沖積而成，水庫區(qū)位于海侵地帶的濱海平原咸淡水混合區(qū)，區(qū)域內(nèi)地貌特征為濱海洼地、潟湖濕地，土壤以潮土、鹽土為主，黏性大，滲透性較差。庫區(qū)多風，多年平均風速為4.6 m/s，最大風速為27 m/s[10]，底泥受風擾動影響，釋放鹽分和其他物質(zhì)，使進水和出水水質(zhì)出現(xiàn)差異。

3.2 北塘水庫水質(zhì)特點

從北塘水庫2018年7月至2019年7月的進出水水質(zhì)(表1)可以看出，進水口和出水口差別較大的指標是濁度、藻類計數(shù)、氯化物、總堿度、總硬度和總?cè)~綠素，且差異極顯著；差別較小的指標是pH、氨氮和耗氧量，但差異顯著。這種變化特點與北塘水庫的生境特點相對應，即水庫底泥受風擾動，底泥中的鹽分和其他礦物質(zhì)釋放導致出水的濁度、氯化物、總堿度和總硬度比進水高，而且水的停留時間較長，藻類有一定程度的生長、繁殖，導致出葉綠素含量和藻類計數(shù)變大。原水進入北塘水庫后，在水庫自身生境和外部環(huán)境的作用下發(fā)生了一定的改變。

表1 北塘水庫進、出水水質(zhì)Tab.1 Quality of influent and effluent of the Beitang Reservoir

續(xù)表1 (Continue)

注: 平均值+標準誤數(shù)據(jù)中所標注字母不相同表示差異顯著，字母相同表示差異不顯著。

3.3 北塘水質(zhì)與西河泵站前池水質(zhì)比較

對比北塘水庫和西河泵站前池常規(guī)水質(zhì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，北塘水庫進水口和出水口各水質(zhì)指標，包括pH、濁度、氯化物、耗氧量、總堿度和總硬度均高于西河泵站。除耗氧量變化差異較小外，其他指標變化差異顯著。

北塘水庫出水和西河泵站水相比，變化差異較大的指標有濁度、氯化物、總堿度和總硬度，說明北塘水庫的水質(zhì)劣于西河泵站，這與北塘水庫所處的地理環(huán)境、水庫自身生境和氣候條件都有關。

從2018年7月到2019年7月的藻類相關數(shù)據(jù)(表2)來看，北塘水庫進水和出水中的葉綠素a、總?cè)~綠素以及藻類計數(shù)都高于西河泵站，尤其北塘水庫出水。藻類生長受季節(jié)的影響較大，因此藻類計數(shù)的變化范圍較大，導致藻類的數(shù)量年均差異變化幅度較大。

表2 北塘水庫和西河泵站原水的藻類數(shù)量Tab.2 Amount of algae in raw water of the Beitang Reservoir and Xihe pump station

注： 平均值+標準誤數(shù)據(jù)中所標注字母不相同表示差異顯著，字母相同表示差異不顯著。

不管是北塘進出水還是西河泵站水，葉綠素a都呈現(xiàn)出季節(jié)性變化，即夏秋季高、冬季低，如圖1所示。北塘水庫進、出水中葉綠素a同期均高于西河泵站。

從圖2可以看出，北塘進出水和西河泵站水都呈現(xiàn)出季節(jié)性變化，即夏秋季高、冬季低。北塘水庫進、出水藻類計數(shù)同期都高于西河泵站水，而且北塘水庫一年中80%的時間優(yōu)勢藻均為綠藻。

圖1 北塘水庫和西河泵站水中的葉綠素aFig.1 Chlorophyll-a in water of the Beitang Reservoir and Xihe pump station

圖2 北塘水庫和西河泵站水中的藻類計數(shù)Fig.2 Amount of algae in water of the Beitang Reservoir and Xihe pump station

4 討論

結(jié)合淡水殼菜的生長條件和北塘水庫的生境和水質(zhì)特點可以看出，經(jīng)過北塘水庫后，水質(zhì)發(fā)生了變化，變化較大的指標為藻類計數(shù)、葉綠素、濁度、氯化物、總堿度和總硬度；pH變化不大，但變化差異顯著。與淡水殼菜生長密切相關的水質(zhì)指標是藻類，因為其關系到淡水殼菜的食物來源。董浩韜等[11]基于脂肪酸分析中國南方沼蛤食性的研究發(fā)現(xiàn)，沼蛤主要攝食綠藻綱、隱藻綱、甲藻綱、細菌和路源有機物。當藻類生物量低于或高于一定閾值，且優(yōu)勢藻種并非沼蛤攝食藻類時，沼蛤生長受到抑制[8]。北塘水庫進、出水的藻類計數(shù)均高于同期西河泵站水，且優(yōu)勢藻通常均為綠藻，水中有足夠淡水殼菜生長和繁殖的食物來源。相比于富營養(yǎng)化水體，輕度富營養(yǎng)水體更適合淡水殼菜的生存[8]。僅從葉綠素a含量來看，西河泵站水更接近貧營養(yǎng)狀態(tài)，北塘出口水質(zhì)在中營養(yǎng)水平，更符合淡水殼菜對營養(yǎng)水平的需求。

另外，水體pH對淡水殼菜的附著生長起重要作用。淡水殼菜能分泌一些黏性蛋白，這些黏性蛋白含有大量的多巴(二羥基苯丙氨酸)。多巴在有氧、潮濕的弱堿性條件下發(fā)生氧化自聚合反應，生成一系列具有不同分子量的低聚物，這些低分子物質(zhì)通過交聯(lián)、共價鍵和非共價鍵協(xié)同作用等，形成不同形態(tài)結(jié)構的組裝體，在潮濕的環(huán)境中幾乎能黏附在所有材料的表面。影響多巴聚合物形成的一個重要因素是pH，pH值為8.5的弱堿性環(huán)境是最佳聚合條件[12]。北塘水庫出水的年均pH值為8.4，有利于淡水殼菜形成黏性蛋白并比較牢固地附著在硬物表面。

由此可見，雖然北塘水庫進水和西河泵站的進水同屬于長江水，但水經(jīng)過北塘水庫之后水質(zhì)發(fā)生的變化恰好適合淡水殼菜的生長需求，即北塘水庫的環(huán)境和水質(zhì)更適合淡水殼菜的生長和繁殖。

5 結(jié)論

① 北塘水庫本身生境和外部環(huán)境，造成出水的很多水質(zhì)指標均高于進水。

② 北塘水庫和西河泵站的進水同屬于長江水，但北塘水庫出水水質(zhì)發(fā)生了一定的變化，恰好符合淡水殼菜生長和繁殖的需求。

③ 北塘水庫的環(huán)境和水質(zhì)本身特點，是造成淡水殼菜在供水系統(tǒng)中差異性存在的根本原因。