水利工程污损生物沼蛤的附着特性研究

魏小熙，刘德富，张佳磊，杨正健，杨 林，万晓安

（1.三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；2.湖北工业大学 建筑与土木工程学院，湖北 武汉 430068；3.河湖生态修复与藻类利用湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068）

水利工程污损生物沼蛤的附着特性研究

魏小熙1，2，3，刘德富1，2，3，张佳磊1，3，杨正健3，杨 林3，万晓安3

（1.三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；2.湖北工业大学 建筑与土木工程学院，湖北 武汉 430068；3.河湖生态修复与藻类利用湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068）

近年来，水利工程遭受沼蛤污损的问题日益突出。污损生物沼蛤附着于输水管道等水工建筑物后会腐蚀附着面，降低管道等输水建筑物的过流能力，使阀门、闸门等关键设施启闭困难，严重影响水利工程的安全运营。文章通过实验分析了沼蛤的几何特征及附着特点，探讨沼蛤附着特性及基于附着特性的生态防治措施。研究表明，沼蛤体长与体宽、体高呈线性相关，体长与体重呈指数相关；黏附率与基质粗糙率之间呈正相关关系，基质越粗糙越易附着；附着基质粒径小于10mm时能够明显抑制沼蛤黏附。

沼蛤；几何特征；附着特性；生态防治

1 研究背景

沼蛤（limnoperna fortunei）属双壳纲、异柱目、贻贝科，俗称淡水壳菜，是一种入侵型污损生物［1］。沼蛤最早发源于东南亚地区，其后入侵到我国香港、台湾、长江流域及长江以南等地区［2-3］，韩国、日本具有结冰期及低温气候的地区也发现了沼蛤［4］。沼蛤向上游水域或远距离入侵的主要媒介为船舶［3］，我国南水北调等大型水利工程的修建连接了南北水系，为沼蛤的入侵提供了新的可能通道，目前水利工作者和相关部门对于入侵型污损生物沼蛤的预防和治理不够重视，往往是发现沼蛤危害后再治理，其一旦入侵，会对输水工程造成严重危害，基本无法根除，因此，已建或拟建的水利工程应重视入侵型污损生物的预防。国外对沼蛤的生物学特征研究较完善［5-8］，其发育过程分为受精卵、担轮幼虫、面盘幼虫、踯行期幼虫、稚贝、成贝。国内对沼蛤的研究主要在于生理习性方面［9-10］，湖北地区沼蛤繁殖周期为一年两次至三次，雌雄同体或异，从受精到性成熟只需6个月［11］，每次可释放一千多个幼虫；寿命一般在3～5年，有些地区寿命甚至会达到10年以上；成年个体长度一般在20mm±5mm，平均生长率为0.4～3.5mm/月［12-15］。

沼蛤主要危害特征在于入侵性及极难治理的特性，入侵后可造成水利工程生物污损，生物污损指［1］藻类、贝类等大量污损型附着生物入侵到水工建筑物及生产设备中高密度附着生长，影响水利工程的正常运行［16-17］。沼蛤附着在输水管道等水工建筑物表面后会增大建筑物表面粗糙度、减小过流能力，闸门、过滤网、阀门等关键部位大量附着后易造成闸门启闭困难、堵塞过滤网及阀门等，并且其大量死亡后会严重污染水质［18-19］。沼蛤防治普遍采用化学试剂灭杀及物理方法去除的措施，生态防治应用较少。沼蛤在不同的基质表面附着特性不同，根据沼蛤对附着材料的喜好特点，可在需要防止附着的水工建筑物区域设置不利于其附着的材质预防附着，或者设置沼蛤喜好附着的材料诱导附着后去除。徐梦珍［1］研究指出，沼蛤喜好附着的基质为竹质材料，柔性材料次之，沼蛤之所以表现出不同的附着偏好性是由材料的粗糙率、材质、表面结构特点等决定的。本文通过研究不同附着基质上沼蛤的附着特性，探讨其附着机制及利用其附着特性的生态防治措施。

2 材料与方法

2.1 样品采集与处理沼蛤样本采集于湖北省长江中上游三峡库区香溪河库湾，采集时间为11月。采样时利用小型普通铲将沼蛤团簇从附着的建筑物表面小心剥离，随即放入有适量原水的采样盒中，采样盒预留孔洞以避免沼蛤缺氧死亡。当天带回实验室后放入培养池中培养。实验前将沼蛤足丝剪断，在原水中培养一天，挑选双壳张开呼吸且刺激后迅速闭合的活性较高个体进行实验。

2.2 几何特征样品采集后，随机选取200个沼蛤个体，剪断足丝，清洗后离水放置2 h，待表面干燥后用数显游标卡尺测量体长L、体高h、体宽b，用FA2004型电子天平测量湿重w。

2.3 附着特性实验沼蛤对附着基质具有偏好性，实验研究沼蛤在不同粗糙率的附着基质和不同粒径大小的颗粒基质上的附着特性。

（1）不同粗糙率基质。实验选用玻璃、PVC板、光滑瓷砖、粗摸面水泥块、具有纹理的粗糙陶瓷5组具有明显糙率梯度而自身材料属性对沼蛤没有影响的材料进行实验，玻璃、PVC板、光滑瓷砖、粗摸面水泥块、具有纹理的粗糙陶瓷依次编号为1组、2组、3组、4组、5组，粗糙率大小为：5组＞4组＞3组＞2组＞1组。5组实验在同一水体进行，以减小环境影响，每组材料上规则放置24个体长L约为20mm的个体，每组个体间距和排列规则相同，定时观察其黏附情况。

（2）不同粒径基质。实验设置不同粒径的4组颗粒实验基质，粒径大小n分别为：1组n＜2mm；2组n≈5 mm；3组n≈15 mm；4组n≈30 mm。培养器容积4 L，底面积约0.28 m2，底部铺设砂质基质，均匀放置体长为20mm±5mm的沼蛤24个，静水培养，定期观察黏附情况。

3 结果与分析

3.1 几何特征分析通过测量200个随机样品的体宽b、体高h、体长L、体重w，得出L与b、h具有显著的线性相关关系（图1），即L=0.269b-1.4555；R2=0.9069

图1 沼蛤几何特征

体长L与体重w具有显著的指函数关系，即

随着体长的增加，体宽与体高亦随之增长，但随着体长的增加体重增加随之减缓，而在实际采样中发现湖北地区沼蛤体长都在35mm以内，体长增加到30 mm只需3年左右，即3年以上成年贝体重增加极为缓慢。

将随机采集的200个样品按体长分类（图2），秋季沼蛤体长大于20 mm的个体占比为40%；在10～20mm之间的为54%；小于10mm的为6%，表明秋季沼蛤已经基本不再繁殖，小于10mm的幼年个体占比很少，94%的个体已经成年。

3.2 附着特性分析

（1）不同粗糙率基质。实验设定粗糙率梯度为带纹理陶瓷＞粗摸面水泥砖块＞光滑瓷砖面＞PVC板＞玻璃。图3中对数曲线拟合均较好，1组R2=0.8989、2组R2=0.9732、3组R2=0.969、4组R2=0.8715、5组R2=0.9839，表明沼蛤黏附率是时间的对数函数（图3），表示为：

式中：N为沼蛤黏附率；h为黏附时间，h；X为与材料和粗糙度相关函数。

（2）不同粒径基质。图4显示，不同粒径的基质4组实验黏附率大小为：3组（15 mm）＞2组（5 mm）＞4组（20 mm）＞1组（30 mm），黏附率最大的基质的粒径为15mm，而粒径为30mm的基质黏附率最小。

图3 沼蛤在不同粗糙率基质上的附着特征

4 讨论

图2 秋季沼蛤体长分布

图4 沼蛤在不同大小粒径基质上的附着特征

通过分析黏附率与基质粗糙率的关系得出，粗糙率越大黏附率越大，且黏附时间也越短；通过分析砂质基质粒径颗粒大小与黏附率的关系，得出沼蛤黏附率与自身大小有关，相对于自身大小有更多附着面的基质益于沼蛤附着，如在烧杯等容器中培养时喜欢附着于容器边壁结合处的两个附着面相交处。研究表明，沼蛤体长10 mm＜L＜35 mm的个体占总个体的94%，其中以15～20mm的个体居多，而15mm粒径的砂质基质相对于沼蛤体长具有更多的附着面，基质粒径大于30mm和小于20 mm的基质相对沼蛤体长相当于一个附着面，这也是其聚团现象和层层附着现象的原因之一。在粒径小于10mm的砂质基质上不利于沼蛤附着，故可在水库等水域底部铺设粒径小于10mm的砂质基质或设置砂质过滤池，抑制沼蛤附着；粗糙率越小越不宜于沼蛤附着，所以在管道等水利工程施工时应当尽量降低建筑物表面粗糙度，不宜留有较大缝隙等益于沼蛤附着的区域。

沼蛤体宽、体高与体长均呈线性相关关系，体长与湿重呈指函数关系，三峡库区成年沼蛤体长在20mm左右，最大35mm；沼蛤黏附率随基质粗糙度增大而增大，沼蛤最易黏附的基质为与其体长尺寸相近的颗粒基质，基质粒径小于10 mm能够抑制沼蛤附着。基于沼蛤附着特性的生态防治是防止其造成水利工程污损的有效措施。

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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

（责任编辑：韩 昆）

国家重点基础研究发展计划（2014CB460601）；华东天荒坪抽水蓄能电站水库水质富营养化不利影响及其对策研究（SGXY-2014FJ04-158）；三峡库区生态环境教育部工程中心开放基金项目（KF2013-12）；科技部2014年国际科技合作与交流专项（2014DFE70070）

魏小熙（1989-），男，硕士生，主要从事生态水利研究。E-mail：244896757@qq.com

刘德富（1962-），男，湖北枝江人，教授，主要从事生态水利研究。E-mail：dfliu@ctgu.edu.cn