天津北塘水库淡水壳菜生境分析

李 荣，王洪帅，白金超，胡建坤

(1.天津水务集团有限公司，天津300042；2.天津水务集团引江市南分公司，天津300000)

淡水壳菜学名沼蛤，隶属于软体动物门、双壳纲异柱目贻贝科，壳长一般为 8～30 mm，壳质坚硬，足丝细软发达，营附着生活，常形成非常稠密层层堆叠的群体，生长厚度可达3～5cm。淡水壳菜属群栖性软体动物，多栖息在流水较缓(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线之下，在水深十余米处也有分布，在条件适宜的地区大量繁殖生长[1]，在我国南方地区的湖泊和河流中比较常见。

淡水壳菜具有繁殖能力强、附着堆叠生长等特点，一旦入侵原水供水系统，一方面会影响水质，另一方面会影响水厂正常生产。淡水壳菜附着在输水管道内壁、泵站管路和各种净水设施构筑物上，会造成管道输水能力降低、机泵停转、水厂格栅堵塞等问题，严重时甚至会影响输水管线的正常运行和水厂正常生产[2]。另外，淡水壳菜呼吸会消耗水中的溶解氧，代谢过程中排泄氨氮和营养盐[3]，附着在壁面的贝壳腐烂后会产生恶臭[4]，对水质的影响不容忽视。

2018年底，在天津北塘水库吸水池和某个以北塘水库来水为水源的水厂的脉冲澄清池内，出现大量附着在坚固硬物上成团聚集的贝类，经鉴定为使用长江水之前从未发现过的淡水壳菜，但在其他同样使用长江水的水库和水厂并未发现。为了寻求导致淡水壳菜存在差异性的原因，需要结合北塘水库生境特点，对比分析北塘水库与另一个也以长江水为水源的泵站前池的水质差别，以期为淡水壳菜后续针对性防治方案的制定提供依据，从而为长距离输水管网安全和水厂正常运行提供保障。

1 淡水壳菜的生长条件

淡水壳菜以鳃被动滤食水中有机碎屑、细菌、藻类(绿藻、裸藻)和原生动物[5]，滤食速率与壳长和环境温度相关。水流量和食物蕴藏量对它们的生长也有重要影响，丰富的食物来源和适宜的生长环境例如温度、盐分、光照、水质等，能促其大量生长繁殖。

水温的变动直接影响淡水壳菜的新陈代谢，但其对温度变化有较大的适应力，成体和幼体的耐受水温分别为(8～35)和(16～28) ℃[6]。淡水壳菜在16～17 ℃便可以进行繁殖，大量繁殖的平均水温为16～28 ℃[7]。

淡水壳菜对盐度的变化适应力也较强，对盐度的耐受范围为1‰～12‰[6]，但盐度过高或过低也会影响其生存和繁殖。幼体时期对光度反应比较明显，一般弱光下分布均匀，强光照射可引起幼虫的移动和分布，甚至造成幼虫的堆积和死亡。成体对光线强弱没有明显的反应，甚至在黑暗的水管中，只要食物丰富仍能生长。

水质对淡水壳菜的生长有重要影响，水质的变化会引起淡水壳菜食物数量和结构的变化。有研究表明，相比于富营养化水体，轻度富营养水体更适合淡水壳菜的生存[8]。水体中的藻类生物量和优势藻种对于淡水壳菜的生存有决定性作用。

2 壳菜的来源分析

曹新垲[9]等于2017年利用PCR方法在淡水壳菜生产期，对南水北调中线工程沿程进行检测发现，南水北调中线水源地丹江口水库中大部分区域都有淡水壳菜分布，且在一些河岸和船只底部大量附着生长，沿程并未检测到淡水壳菜的存在。但南水北调沿程具备淡水壳菜适合生长的低流速、避光、浅水区等特点，且淡水壳菜具有较强的生物入侵性和较快的繁殖速度。以南水北调水为水源的地区，仍存在一定的淡水壳菜生物入侵风险。

在2018年底之前，天津市的供水系统并未发现过淡水壳菜，引用长江水之后发现，说明淡水壳菜是外来物种，且有很大的可能性来自长江水。淡水壳菜的卵夹带在水中，一旦条件适合迅速生长繁殖，给水厂的稳定运行带来隐患。

3 淡水壳菜生境分析

3.1 北塘水库生境特点

北塘水库东临渤海，主要由海侵和现代河流冲积而成，水库区位于海侵地带的滨海平原咸淡水混合区，区域内地貌特征为滨海洼地、潟湖湿地，土壤以潮土、盐土为主，黏性大，渗透性较差。库区多风，多年平均风速为4.6 m/s，最大风速为27 m/s[10]，底泥受风扰动影响，释放盐分和其他物质，使进水和出水水质出现差异。

3.2 北塘水库水质特点

从北塘水库2018年7月至2019年7月的进出水水质(表1)可以看出，进水口和出水口差别较大的指标是浊度、藻类计数、氯化物、总碱度、总硬度和总叶绿素，且差异极显著；差别较小的指标是pH、氨氮和耗氧量，但差异显著。这种变化特点与北塘水库的生境特点相对应，即水库底泥受风扰动，底泥中的盐分和其他矿物质释放导致出水的浊度、氯化物、总碱度和总硬度比进水高，而且水的停留时间较长，藻类有一定程度的生长、繁殖，导致出叶绿素含量和藻类计数变大。原水进入北塘水库后，在水库自身生境和外部环境的作用下发生了一定的改变。

表1 北塘水库进、出水水质Tab.1 Quality of influent and effluent of the Beitang Reservoir

续表1 (Continue)

注: 平均值+标准误数据中所标注字母不相同表示差异显著，字母相同表示差异不显著。

3.3 北塘水质与西河泵站前池水质比较

对比北塘水库和西河泵站前池常规水质数据可以发现，北塘水库进水口和出水口各水质指标，包括pH、浊度、氯化物、耗氧量、总碱度和总硬度均高于西河泵站。除耗氧量变化差异较小外，其他指标变化差异显著。

北塘水库出水和西河泵站水相比，变化差异较大的指标有浊度、氯化物、总碱度和总硬度，说明北塘水库的水质劣于西河泵站，这与北塘水库所处的地理环境、水库自身生境和气候条件都有关。

从2018年7月到2019年7月的藻类相关数据(表2)来看，北塘水库进水和出水中的叶绿素a、总叶绿素以及藻类计数都高于西河泵站，尤其北塘水库出水。藻类生长受季节的影响较大，因此藻类计数的变化范围较大，导致藻类的数量年均差异变化幅度较大。

表2 北塘水库和西河泵站原水的藻类数量Tab.2 Amount of algae in raw water of the Beitang Reservoir and Xihe pump station

注： 平均值+标准误数据中所标注字母不相同表示差异显著，字母相同表示差异不显著。

不管是北塘进出水还是西河泵站水，叶绿素a都呈现出季节性变化，即夏秋季高、冬季低，如图1所示。北塘水库进、出水中叶绿素a同期均高于西河泵站。

从图2可以看出，北塘进出水和西河泵站水都呈现出季节性变化，即夏秋季高、冬季低。北塘水库进、出水藻类计数同期都高于西河泵站水，而且北塘水库一年中80%的时间优势藻均为绿藻。

图1 北塘水库和西河泵站水中的叶绿素aFig.1 Chlorophyll-a in water of the Beitang Reservoir and Xihe pump station

图2 北塘水库和西河泵站水中的藻类计数Fig.2 Amount of algae in water of the Beitang Reservoir and Xihe pump station

4 讨论

结合淡水壳菜的生长条件和北塘水库的生境和水质特点可以看出，经过北塘水库后，水质发生了变化，变化较大的指标为藻类计数、叶绿素、浊度、氯化物、总碱度和总硬度；pH变化不大，但变化差异显著。与淡水壳菜生长密切相关的水质指标是藻类，因为其关系到淡水壳菜的食物来源。董浩韬等[11]基于脂肪酸分析中国南方沼蛤食性的研究发现，沼蛤主要摄食绿藻纲、隐藻纲、甲藻纲、细菌和路源有机物。当藻类生物量低于或高于一定阈值，且优势藻种并非沼蛤摄食藻类时，沼蛤生长受到抑制[8]。北塘水库进、出水的藻类计数均高于同期西河泵站水，且优势藻通常均为绿藻，水中有足够淡水壳菜生长和繁殖的食物来源。相比于富营养化水体，轻度富营养水体更适合淡水壳菜的生存[8]。仅从叶绿素a含量来看，西河泵站水更接近贫营养状态，北塘出口水质在中营养水平，更符合淡水壳菜对营养水平的需求。

另外，水体pH对淡水壳菜的附着生长起重要作用。淡水壳菜能分泌一些黏性蛋白，这些黏性蛋白含有大量的多巴(二羟基苯丙氨酸)。多巴在有氧、潮湿的弱碱性条件下发生氧化自聚合反应，生成一系列具有不同分子量的低聚物，这些低分子物质通过交联、共价键和非共价键协同作用等，形成不同形态结构的组装体，在潮湿的环境中几乎能黏附在所有材料的表面。影响多巴聚合物形成的一个重要因素是pH，pH值为8.5的弱碱性环境是最佳聚合条件[12]。北塘水库出水的年均pH值为8.4，有利于淡水壳菜形成黏性蛋白并比较牢固地附着在硬物表面。

由此可见，虽然北塘水库进水和西河泵站的进水同属于长江水，但水经过北塘水库之后水质发生的变化恰好适合淡水壳菜的生长需求，即北塘水库的环境和水质更适合淡水壳菜的生长和繁殖。

5 结论

① 北塘水库本身生境和外部环境，造成出水的很多水质指标均高于进水。

② 北塘水库和西河泵站的进水同属于长江水，但北塘水库出水水质发生了一定的变化，恰好符合淡水壳菜生长和繁殖的需求。

③ 北塘水库的环境和水质本身特点，是造成淡水壳菜在供水系统中差异性存在的根本原因。