水絲蚓(顫蚓)

2023年12月7日發(作者：企業方針)

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1緒論

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1.1.1課題研究背景

顫蚓及其生活習性

顫蚓(xe)屬寡毛綱(Oligochaeta)，水棲寡毛類((AquaticOligochaeta),顫蚓科(Tubificidae)動物，在全球分布廣泛，是蠕蟲類無脊椎動物的優勢種屬，其耐污能力較強也常為污染及嚴重污染水體的優勢種。

顫蚓在水底軟泥或沉積物中穴居，肉眼可見，其頭部不明顯，身體分節但不分區，體表具剛毛。雌雄同體，異體受精，性成熟時體表產生環帶;卵生，直接發育(指幼體孵化后其形態與成體無大差異)，集群生活。體細長，由于血漿中溶有血紅蛋白而呈微紅色，而血紅蛋白易與氧結合進行氧的傳遞，使得顫蚓能在缺氧甚至無氧的條件下生存一段時間。通常顫蚓頭部一端扎入底泥中，通過攝取底泥中的有機碎屑和細菌等獲得食物，尾部一端則停留在上覆水中，通過不停的擺動尾部來獲取溶解氧。當遇到驚擾時，顫蝴會迅速縮入泥中，當上覆水中溶解氧充足，其尾部的擺動也明顯緩慢。這種特殊的生活習性，使得顫蚓能夠對底泥顆粒、間隙水及上覆水的污染狀況作出敏感反應，在污水自凈和水質污染監測中有重要意義。

1.1.2顫蚓的遷移及其對凈水工藝的污染

水體污染的加劇以及氣候條件的變化，都可能導致顫蚓在水體中數量的激增，當顫蚓生物密度超過底棲環境的容納值后，顫叫需要通過遷移來尋找新的棲息環境，即主動遷移。此外環境條件如溫度、溶解氧(dissolved oxygen, DO)和水流等的劇烈變化，也可能導致顫蚓發生被動遷移。由于顫蚓在底泥中不筑巢，尾部暴露于上覆水中，屬底棲表生生物，抵抗水環境變化和魚類捕食能力差，因此相對于底棲內生生物，更加容易發生遷移。

水源水體中發生遷移的顫蚓，可能隨源水進入到水廠。顫蚓及其蟲卵進入水廠后，由于其穿透能力較強，且對凈水消毒劑有很強的耐受力，可以穿透整個凈水工藝進入供水管網。近年來，國內天津、上海、西安等地部分給水廠時有顫蚓爆發事件發生，證實了顫蚓的確可以通過遷移運動對凈水工藝產生污染。盡管目前并沒有被證實顫蚓會威脅到公眾健康，但大多數人常常把這種生物的存在和飲用水不衛生聯系起來，引起他們對水質信心的下降，因此水廠必須采取有效的顫蚓風險控制技術，避免水廠顫蚓及其蟲卵的泄漏。

1.2.1國內外研究動態

水源水體中蠕蟲類無脊椎動物的分布遷移

國內外對包括顫蚓在內的水體中蠕蟲類無脊椎動物的遷移運動等進行了大量的研究工作。研究內容涉及到水源水體、不同污染程度及污染類型的水體底泥中蠕蟲的分布規律，底泥中的污染物質、重金屬等對蠕蟲的毒性和遷移運動影響，以及蠕蟲的攝食和遷移運動對底泥中污染物質的遷移轉化影響等。

國外的相關研究比較細致。例如有研究發現，河流中大型無脊椎動物的遷移與其捕食者的活動有密切的關系。夜間、黃昏和黎明是其捕食者最活躍的時候，也是無脊椎動物漂移率最高的時候，這可以被認為是無脊椎動物為了避免被捕食而主動采取夜間漂移的一種適應行為;季節、晝夜周期以及河邊植被的種類等也被認為是水生無脊椎動物遷移的主要影響因素。哥斯達黎加熱帶雨林生物研究所在對熱帶溪流的調查中發現，大型無脊椎動物遷移的空間變化取決于其空間范圍。安大略湖南部河流中的大型無脊椎類動物研究中表明，遷移的發生主要受其種群密度的影響。在羅納河(法國)部分河段研究寡毛類環節動物的遷移發現，時序變化構成了寡毛類環節動物遷移變化的主要因素，對底棲寡毛環節動物和非泳性水絲蚓類的遷移率，時空變化會引起一些差異，而對泳性水絲蚓類則無顯著差異;生物與環境對寡毛類環節動物的遷移有重要影響。

Schenkova等研究了Rokytna河中蠕蟲對棲息環境的選擇，認為BOD和N03一對蠕蟲的分布影響最為顯著，因為這兩者代表著蠕蟲食物的豐富程度。Merle等發現底質顆粒粒徑對蠕蟲的遷移影響顯著，顫蚓在細砂(( 0.06-0.2mm)和細碎石(2-6mm)中的分布數量要遠大于中砂( 0.2-0.6mm)和粗砂(0.6-2mm )各自所占比例依次為39.6%, 38.0%, 13.9%和8.5%o Robertson等認為在水質污染、干旱等環境脅迫作用下，顫蚓等底棲動物將采取兩種不同的應對策略:積極應對和消極應對。前者主要指隨著水流向下游地區遷移，后者主要指停留在底泥中等待脅迫條件的減弱或消失，并且采取這兩種應對措施的顫蚓在數量上大致相當。Kagaloua在對地中海淺死水生態系的評估中認為DO與溫度是影響搖蚊幼蟲種群遷移的主要環境因素，而溫度和DO受到人類活動的影響也很顯著。

上述研究工作大都是在野外現場進行采樣分析，所得到的蠕蟲遷移的規律也都是底泥與水質的綜合物化和生化性質所致，甚至還包括水深、溫度及其他氣候條件的作用。總體來說，生物與環境被認為是影響寡毛類環節動物遷移的主要因素。

國內在水源水體中蠕蟲類無脊椎動物的空間分布上做了大量的研究。武漢南湖的研究表明由沉積物表層向深層，總的趨勢是隨著深度的增加，大型底棲動物的數量呈下降趨勢;在季節分布上，霍甫水絲蚓以春季的月份密度最大，范圍最廣，夏季月份密度最低的刺鐵長足搖蚊和紅裸須搖蚊均以秋季的月份最大。通常在湖泊水庫中，搖蚊幼蟲的密度隨水深的增加而減少，而在典型深水湖泊撫仙湖中，搖蚊幼蟲的密度卻隨水深的增加而增加，這可能是撫仙湖水底溶解氧范圍為4.5-9.2 mg/L，不存在缺氧問題。雖然水體底層的溶解氧、pH值、溫度、水體中的TN和TP等環境因子與搖蚊幼蟲的密度分布具有相關性，但這些因子均隨水深變化而變化，因此水深被認為是對搖蚊幼蟲分布的主要影響因子。撫仙湖中底質和水草對搖蚊幼蟲密度分布的影響也與水深相聯系，因為沿岸淺水區主要為沙石底有水草分布，而廣大的深水區為細泥底沒有水草分布。 近年來大規模的網圍養殖導致大量有機物在湖泊網圍養殖區附近底部積累，這些有機物在不同季節耗氧量不同。通常夏季水溫較高，導致水體的有機耗氧量顯著高于其它季節，致使湖泊局部底質環境嚴重缺氧，蠕蟲種群數量銳減，分布面積減少。入秋后，隨著水溫的逐漸下降，湖泊底部的缺氧狀況逐漸好轉，底棲動物的分布范圍逐漸擴大，因此春秋季采集到的蠕蟲數量也逐漸增加。

綜合分析國內外相關文獻，可以發現目前對大型水庫和湖泊中的底棲無脊椎動物的群落結構及其生長量研究較多，以其為指示生物在水體富營養化和水環境的監測與評價方面得到了廣泛的應用，以發展漁業為目的的對底棲無脊椎動物的調查也開展得較為深入。但絕大部分研究工作都屬于調查性研究。對蠕蟲類無脊椎動物在水源水體中的分布遷移方式及其影響因素還缺乏系統研究，而關于容易導致水廠凈水工藝污染的蠕蟲類優勢種屬—顫蚓的遷移研究報道還未見到。

1.2.2水處理系統中蠕蟲類無脊椎動物研究

國外關于進入到水廠的蠕蟲類無脊椎動物的科研工作，側重以顫蚓為指示生物和對其的攔截去除，多涉及生物毒理學分子級的研究。如Gillis通過將正顫蚓和搖蚊暴露于不同的福濃度下測定其表現出的生物急性或慢性毒性指標。鎘暴露條件下，接觸時間越長對蠕蟲生殖的負面影響越大，并且生殖能力是正顫蚓對鎘毒性最敏感的指標。正顫蚓暴露于每噸含鎘2.68mmo1 /g的泥沙中，其產繭量顯著減少。荷蘭自來水公司進行配水管中無脊椎動物評估發現，大多數種群均被1 00mm過濾器攔截，但是顫蚓、線蟲和撓足類幼蟲卻可以通過，它們需要用30mm過濾器攔截。

國內對顫蚓在水處理系統中的研究主要是集中在滅活研究方面。如針對供水系統中顫蚓的污染，武海霞等人在實驗室中進行的滅活研究。發現在幾種常規水處理藥劑中，臭氧在常規凈水工藝消毒的投量和接觸時間內，能殺死水中全部顫蚓，其余藥劑在增大投藥量和延長接觸時間后，才能殺滅全部顫蚓二氧化氯的效果同次氯酸鈉相當，最終他們的結論是氧化劑氧化性越強，對顫蚓的滅活效果越好。當原水中出現顫蚓時，建議采用臭氧氧化進行預處理。

國內關于供水水處理系統中搖蚊幼蟲的研究比較全面。內容涉及搖蚊在供水系統中的遷移分布及孽生，污染防治及預警等問題。劉麗君等的研究表明，環境溫度、濕度、光照時間以及水的流動性等是影響搖蚊孵化、羽化率的重要因素，可以根據搖蚊的來源和環境條件預測搖蚊可能爆發的趨勢;沉淀池的排泥過程對池中搖蚊的消長規律沒有明顯影響，但清洗沉淀池能顯著降低搖蚊密度，當搖蚊處在爆發前期時，可以通過清洗等環境治理措施，控制或延緩搖蚊的爆發;通過對環境參數、搖蚊來源和搖蚊密度的監測對搖蚊的爆發進行預警，并根據不同爆發階段采取相應的防治措施。他們還認為生物活性炭濾池中無脊椎動物大部分來源于原水生物穿透常規工藝構筑物，以及穿透后在活性炭池進行大量繁殖。因此，常規工藝是控制生物活性炭濾池中無脊椎動物孽生的關鍵。周令等在水廠沉淀及回收池放養魚類的實驗證明，通過放養魚苗可以有效控制搖蚊幼蟲。蘇云金芽胞桿菌以色列變種((Bacillus thuringiensis var. israelensis de i)己在國內外被成功的用來殺滅搖蚊幼蟲。潘晶等的研究成果表明，B.t.i187對搖蚊幼蟲具有很強的毒殺作用。相比其他化學殺蟲劑、生物殺蟲劑其對環境的污染小，蚊蟲不易產生抗藥性，與物理方法相比，它經濟、有效、易于實施。

針對蠕蟲類無脊椎動物在水處理系統中的分布遷移，目前國內外開展得較少。國外僅見關于搖蚊幼蟲污染在水廠的發生報道，國內深圳水務集團、天津自來水公司相繼報道過水處理系統中顫蚓、紅蟲污染，并對其進行了污染源調查研究，但研究尚不夠全面深入，尤其缺乏顫叫等蠕蟲類無脊椎動物在凈水工藝單元中的遷移規律研究。

1.2.3蠕蟲類無脊椎動物的生長繁殖研究

國外對底棲動物生長繁殖生產力的研究開展較多，研究成果也比較豐富。早期，Waters運用減員累計法((removal-summation

method)研究了海洋無脊椎動物的生產力。50年代以后，Clarke,

Ricke:和Allen建立了瞬時增長率法(instantaneousgowth method)，

Allen提出了Allen曲線法(Allen curve method)。估算非同生群水生蠕蟲生產力的體長頻率法(size-frequency method)，經過Benke改進后，成為最廣泛使用的測定底棲動物生產力的方法。據統計，截止到90年代初期，共有159份河流大型底棲動物生產力研究材料，其中67.4%的工作均采用了體長頻率法對29種底棲動物生產量進行研究，另外一種P/B系數法(年均生產量為年均生物量與P/B系數的乘積)也是經常被推薦用于測定底棲動物生產力的簡易方法，其可用來估算特定種群或環境條件相似水體中底棲動物的生產力。按照Winberg的估測，水棲寡毛類和水生昆蟲(搖蚊)的最小P/B系數分別為3.2、2.5，腹足類的P/B系數為1.59-20。但也有一些極端的例子，例如美國Satilla河許多種搖蚊的P/B系數超過100，一些生活史較長的軟體動物的P/B系數僅為0.1-0.20。

國外同時進行了大量的實驗室蠕蟲培養和生長繁殖研究工作。Poddubnaya指出在自然條件下正顫蚓在蚓繭內發育至少需24d;在實驗室飼養條件下，正顫蚓在蚓繭內發育時間與水溫密切相關，水溫為15℃, 20℃和25℃時，所需時間分別為16-25d,

12-22d和9-15d;自然條件和實驗室飼養條件下，溫度對顫蚓發育時間的影響被認為是相似的。 Thorauge和Bonacina認為水溫相同而產地不同的正顫蚓，在蚓繭內發育時間是不完全相同的，因此正顫蚓在蚓繭內發育所需時日可能會因產地不同而有差異。

顫蚓成蟲生長繁殖方面，Bonacina研究發現，正顫蚓生長到lmg后，其生長速度會顯著加快。實驗室條件下當水溫分別為15℃, 20℃和25℃時，顫蚓成長至體重為lmg所需時間分別為52d,34d和22d，體長分別是19.5mm,19mm和20mm，當顫蚓體重超過lmg時，即顫蚓生長到20mm后，其生長速度會顯著加快。

Anlau在實驗室培養顫蚓發現，當實驗室溫度過低，食物缺乏的條件下顫蚓會在體外形成一種囊腫，躲在囊腫中的顫蚓能夠通過暫時休眠方式來抵抗較惡劣的環境。Ducrot采用小粒徑顆粒和高有機質含量的底質對蘇氏尾鰓蚓進行培養，結合底質影響和食物的類型評估了尾鰓蚓個體短期內的生長繁殖狀態，并估算其生命周期，取得的主要研究成果包括:尾鰓蚓孵化率比較低，僅為32%;幼蟲存活率可達80%，生長率可達1.4mg/d，幼蟲階段小于60天，最長壽命為1100天;成蟲在生殖期內的生產率平均為0.16繭/(ind..d)，其最大的生產力的出現是在溫度為25℃時。Bonacina以粗砂為底質，易分解的蔬菜作為顫蚓的食物，保證不低于30%溶解氧，制造流速緩慢的動水，保證良好的水力條件，發現25℃時顫蚓蚓繭的孵化率最高，降低或升高溫度其孵化率都會降低，蚓繭的死亡率很高，這點與Ducrot的研究結果相同。

與歐美等發達國家相比，國內對底棲類無脊椎動物的研究起步相對較晚。我國底棲類無脊椎動物的研究，包括底棲類無脊椎動物在水層—底棲禍合及生物地化循環中的作用，生物擾動實驗系統和底棲生產力現場測試系統的建立，先后在膠州灣、南黃海及東海開展了底棲動物包括大型底棲動物和小型底棲動物粒徑譜的研究，基于底棲生物的粒徑譜和正態化生物粒徑譜，利用連續模型計算底棲生物群落的耗氧量和群落的次級生產力。臺灣林康捷等研究了大里溪霍甫水絲蚓的生物量與其族群組成，探討其族群變化與環境因子之間的關系，發現水絲蚓產卵成蟲和幼蟲個體數量在冬春季達到高峰，大里溪霍甫水絲蚓主要的繁殖季節在冬季至春季;水絲蚓喜好生長在土壤有機質含量高及土壤生物量多的環境中，水絲蚓種群數量會隨底質有機物含量減少而降低;霍甫水絲蚓的體長在其達性成熟后，生長速率變慢，可能將大量能量用來繁殖后代，生長所分配的能量較少，故生長速度緩慢。

國內對蠕蟲類無脊椎動物的實驗室放大培養研究表明，棲息環境中對蠕蟲的生長繁殖影響最為顯著，影響因素包括底質、上覆水水質和溫度等。范廣鉆等指出單孔蚓的受精卵于17士2℃下，蓄養平均溫度在6-26℃之間，需20天才能孵化，其孵化率為80 %，約經歷110天幼蚓可發育成性成熟個體，當水溫低于12℃則無產卵記錄;溫度的提高可引起單孔蚓的生命周期縮短;單孔蚓繁殖期為4-10月份，且于4月底至6月初、8月底至10月初為生殖高峰期。孫興濱等系統研究了溫度、濕度和光照等環境因子對不同蟲態搖蚊幼蟲的發育歷期、生存率及成蟲繁殖的影響。王俊才等報道孤雌擬長蹌搖蚊在水溫20℃下培養16-18天即可發育成4.5-5.0mm的大齡幼蟲，20天左右羽化出成蟲并產卵，并且在實驗室可實現室內連續多代培養。李仁熙等則對顫婦的生長繁殖規律進行了研究，并重點討論了溫度對顫蚓生長繁殖的影響，結果表明:正顫蚓發育歷期和生長速度與水溫的關系的有效水溫范圍是0-34℃;在一定的有效水溫范圍內，水溫對正顫蚓的生長發育及繁殖具有很大影響，同時對其分布和數量變動也具有重要作用。有研究表明大部分底棲動物種類都適宜在較高的溫度中生長，如一些搖蚊幼蟲在夏季溫暖的季節中生長迅速，而到寒冷的月份完全停止生長。

底質中食物的質或量對蠕蟲類底棲動物的生長有著直接的影響，底棲動物的多樣性和豐度隨著底質的穩定性和有機碎屑的增加而增加，在淤泥和粘土的底質中，有機質的含量豐富、顆粒較小，蠕蟲生物量高，但有機質過于豐富反而導致環境缺氧，蠕蟲的豐度將明顯下降。

水質對蠕蟲生長繁殖的影響主要由溶解氧、懸浮物和氮磷等引起:如果長時間的缺氧，蠕蟲等底棲動物將完全消失;底棲動物的多樣性與水體中總氮總磷濃度均呈負相關，水體富營養化導致底棲動物動物有些種類消失，而耐污種的生物量增加，如東湖底棲動物從60年代的113種降低到90年代的67種，其中毛翅目和軟體動物種類的消失更甚，而霍甫水絲蚓的密度呈現快速增長的趨勢;懸浮物濃度與底棲動物生物量呈負相關關系，因為懸浮物濃度高的水域懸浮顆粒阻礙了光照，從而使水體的初級生產力降低，影響了大型底棲動物的生長。

盡管國內外關于蠕蟲類無脊椎動物的生長繁殖研究成果豐富，但對于給水廠凈水工藝中蠕蟲污染風險預測和控制而言，其重點應是蠕蟲的內察增長力、種群倍增時間和世代周期等種群年齡特征生物學參數，而對于上述生物學參數的研究，特別是不同溫度和DO條件下，種群年齡特征生物學參數的研究開展還不多。

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