淡水壳菜的危害及其近十年来防治技术研究及应用现状分析
淡水壳菜的危害及其近十年来防治技术研究及应用现状分析
淡水壳菜（Limnoperna fortunei），又称沼蛤或金贻贝，是一种入侵中国的大型底栖动物，主要分布在南方地区。其大量繁殖会对水利工程造成生物污损和堵塞，污染水质，腐蚀结构面，影响设备正常运行。近十年来，国内外对其防治技术的研究呈现高速增长趋势。本文将详细介绍淡水壳菜的危害及其防治技术研究现状。
引言
沼蛤（Limnoperna fortunei），又称淡水壳菜、湖沼股蛤，国外又称为金贻贝（golden mussel），隶属于双壳纲、异柱目、贻贝科，是一种群栖性软体动物，多栖息在温带和亚热带流速较缓的湖泊或河流中，但在微咸水的河流中也能生长。淡水壳菜幼虫营浮游生活，成体营固着生活，常形成非常稠密层层堆叠的群体，具有生命周期短、成长快、繁殖强的特点。淡水壳菜是一种分布广泛的入侵生物，主要集中在拉美地区、南亚、东亚和东南亚地区，在我国主要分布于南方地区。
近十年来，国内外有关淡水壳菜生理特征及防治的研究呈现高速增长趋势。根据CNKI和Web of Science数据库的统计，近十年相关论文数量如下图所示：
图1. 近十年SCI数据库论文数量（搜索词：“Limnoperna fortunei”，“golden mussel”）
图2. 近十年CNKI数据库论文数量（搜索词：“淡水壳菜”，“沼蛤”）
淡水壳菜在国内随着调水工程逐渐呈现向高纬度地区迅速扩张的趋势，特别是在水力电站等局部具有较高温度的结构中，极易出现淡水壳菜的附着。在国外也显现出极快的扩张速度，随着其危害越来越大，对于其控制技术的研究也愈发被重视，近十年的相关论文数量也呈现迅速增长的趋势。
淡水壳菜的主要危害
淡水壳菜（Limnoperna fortunei）是南方地区最常见的污损生物之一，其在适宜的水温下可以迅速繁殖，对水利工程造成各种危害。主要危害包括污染水质、腐蚀水利构筑物、影响输水效率、造成设备堵塞、携带危害人体健康的病毒等，具体如下表所示：
危害 | 主要表现 | 参考文献 |
|---|---|---|
污染水质 | 淡水壳菜的入侵会使环境中叶绿素和藻类含量明显增高，导致水体环境更适宜其生长，最终使水体的浊度、氯化物、总碱度、总硬度、叶绿素a和藻类都高于正常水体 | [7] |
腐蚀水体中的混凝土结构 | 混凝土结构是淡水壳菜较为喜爱的附着环境，所以极易出现淡水壳菜大量附着的情况。在输水工程中易造成管壁粗糙度增加，增加输水能耗，降低管道使用寿命 | [8]-[11] |
影响输水调水管道效率 | 淡水壳菜在输水管道壁面附着，造成过流面积减少，输水效率降低 | [12] |
污染调水工程水质，造成生物污损 | 淡水壳菜在调水工程中大量滋生易造成输水能力下降、影响器械和工程的正常运行、污染水体环境，且对于调水目的地也有极强的生物入侵风险 | [13] |
堵塞养殖网箱 | 刘玮等人的研究表明淡水壳菜最喜附着于棉麻网绳和金属网箱中，养殖业常用的养殖网箱是淡水壳菜最理想的附着点，所以极易出现淡水壳菜大量附着，堵塞网箱的现象 | [14][15] |
携带病毒 | R. N. dos Santos等在巴西的淡水壳菜壳菜中分离出了一种新的马赛病毒，这表明淡水壳菜也具有一定的携带病毒的风险 | [16] |
影响水体菌落 | J. Zhang等的研究表明淡水壳菜的存在会使得水体中的菌落群体发生改变，促进致病菌和有毒臭气产生 | [17] |
淡水壳菜的危害不仅体现在对水利工程物理层面的破坏，在化学、生态层面的威胁也是不容忽视的。释放有毒物质、携带病毒、影响水质、影响水体菌落菌群等这些危害也需要引起足够的重视。
治理技术及效果评估
淡水壳菜的防治方法大致可以分为三类：物理法、化学法、生物法。近十年来，物理法和生物法越来越成为主流，而化学法由于二次污染、药剂毒性难以消除等问题开始被其他方法慢慢取代。具体措施如下表所示：
分类 | 方法 | 具体措施 | 优点 | 缺点 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|
物理法 | 物理涂层 | 环氧树脂底漆 + 硅胶面漆组合、铜基材料具有极强的防附着效果且可以较好的耐有机酸腐蚀 | 防附着效果较强、对环境和水质影响小、成本较低 | 涂层易被腐蚀、使用时间较短、不适用于长距离管道 | [19]-[23] |
湍流灭杀 | 向水中泵气或制造脉冲与壳菜幼体形成共振使幼体破裂死亡、加入孔板增加管道湍流度 | 灭杀效果较好、环境友好型、无二次污染 | 局限性大，只适用于空间有限时间无特别限制的环境 | [24]-[26] | |
高温灭杀 | 逐渐升高水体温度或者突然将淡水壳菜暴露于高温环境（38℃ | 在热带地区效益较好，回流热冲洗不会造成污染外泄 | 仅局限于热带地区，小规模、可暂停水利工程 | [27]-[29] | |
超声灭杀 | 超声波对于未形成壳的幼虫具有较强的灭杀作用 | 灭杀效果好、对水体污染小 | 尚未实际运用于水利工程中 | [30] | |
空化射流技术水下机器人 | 利用水下机器人搭载水下清理系统 | 高效、不损害构筑物、可收集处理过的淡水壳菜 | 所需空间较大、成本较高 | [31] | |
化学法 | 作用于足丝的氧化剂 | 低浓度次氯酸钠可以削弱足丝粘附力 | 防止了死亡个体造成水体污染、处理效果好、成本低 | 次氯酸钠存在一定的污染水体的风险 | [32] |
溶解型和微胶囊化型杀菌剂 | 用溶解型和微胶囊化型杀菌剂代替有害氯 | 微胶囊化可以较低浓度达到灭杀效果 | 微胶囊化增强了毒性且尚未有大规模应用 | [33] | |
草苷膦 | 草甘膦在实验中具有一定灭杀效果 | 适用于受农用化学品影响的水体 | 使用范围太小、尚未实际运用 | [34] | |
从褐藻洗涤中提取萜类物质 | 从褐藻中提取的物质可以有效抵抗淡水壳菜的污损 | 绿色安全、无污染 | 工艺复杂、尚未实际运用 | [35] | |
生物法 | 水电站中入侵生物相互作用 | Cordy lophora sp.和Hydra sp等入侵生物也会抑制淡水壳菜的生长 | 可联合控制，有效降低多种入侵生物的数量 | 未实际运用 | [36] |
投加鱼类 | 通过投加捕食淡水壳菜的鱼类来防治 | 无二次污染、效果较好 | 周期长、可能造成其他水生生物的种群破坏 | [37]-[40] |
物理法处理效率较高，但对于空间和时间要求较大，适用于大型输水管道、蓄能电站等。化学法是比较主流的方案，因为其不受空间时间的限制、灭杀效果好、副作用影响相对不大等特点广泛运用于输水管道、自来水厂以及电站机组冷却水管中。生物法主要在水库等地能够起到较为有效的作用。
以上各方案各具缺陷，实际操作中特别是调水工程中也常采取多方法联用的方法。例如在调水工程中，将调水工程划分为水源、取水口、输水通道和出水口四级区段，根据四个阶段各自的特点可以联合使用多种不同的方案。例如可以在输水水源段采用生物防治的方法进行初步抑制，在取水口采用湍流灭杀幼虫，在输水管道中使用物理涂料或者使用化学氧化剂灭杀并在出水口进行物理拦截的方案。
除已有的方法外，也有许多学者采用数据建模的方式预测某一特定时间地点的壳菜分布生长规律，在阿根廷、巴西、乌拉圭等地均有运用实例。
思考与展望
本文总结了近十年较为全面的治理方案，目前物理法中的物理涂层法以及化学法中的次氯酸钠有较为成熟的应用体系，湍流灭杀具有较强的发展潜力，虽只处于实验室阶段，但可以预见是一种灭除壳菜幼虫的有效方法。
部分方案在特定的地点也是具有较好的效果，例如高温灭杀，在水利电站，蓄能水库的某些结构中，可以在特定的检修期时，以设备的高温冷却水对壳菜易附着的区域进行定点灭杀。既节约能源，又可以有效去除，但这种方案要求设备有一个较长的检修期，对于没有备用机组，或者无法较长时间暂停的水利工程是不现实的。
前文中提出水下机器人射流清理技术，可以在输水管道、原水管道中樵采较为密集的区域进行灭杀，也能起到很好的效果。若水下机器人可以克服自身体积大，无法自动定位壳菜附着点等问题，那么此方法也是一种非常具有经济效益的治理方案。
生物法虽有一定效果，但投入成本高，收益相对较低，且投加生物可能造成额外的生物入侵，所以生物法相对而言最适合的还是与其他方案一起联用，作为一种辅助方案来协同其他方案使用。
其他的方案诸如超声波、微胶囊化杀菌剂、草苷酸、萜类物质、入侵生物相互作用的可行性依然存在有待商榷的地方，以及只在理论阶段的杀螺剂氯硝柳胺、紫外光灭杀幼虫可能需要较长时间的研究与发展来不断完善。
展望
消除淡水壳菜的危害有两种思路，其一是在幼年期将其灭杀或者防止其附着来减少，例如湍流灭杀、物理涂层等。其二是在成贝期对其进行灭杀，这又分为两条路线：第一种是设法破坏其足丝，让其无法成团生长，单个贝的去除要容易得多，即使是最基本的水力冲刷也能起到非常有效的效果。第二种是对成贝直接灭杀，大多采用化学氧化剂，物理破坏其结构的方法。
近十年的大部分方案与之前的方案都差不多采用第二种在成贝期处理壳菜达到灭杀的效果的方案，具有一定收效。但也有一小部分开始关注对于其幼虫的控制，本文认为，可以多尝试控制其幼虫扩散传播，相较于成贝期再控制，既可以在造成危害之前就将其灭杀在摇篮中，又可以以更环境友好的方案，如物理破坏其细胞结构，或者少剂量的温和的药剂灭杀。稚贝的残骸不会像成贝的残骸污染水质，造成二次污染。
基金项目
武汉工程大学创新基金（CX2023117）。
本文原文来自Hans出版社