水中钉螺迁移扩散的研究进展及展望

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(1.长江科学院 河流研究所，武汉 430010；2. 河海大学 环境学院，南京 210098)

1 研究背景

血吸虫病是仅次于疟疾的全球第二大热带病[1]，主要流行于亚、非、拉美的73个国家，受威胁人口高达6亿，患病人数高达2亿[2-4]。新中国成立以来，党和政府对人民健康非常关注，高度重视血防工作，开展了大规模的血吸虫病防治工作。我国血吸虫病防治工作取得了举世瞩目的成就，与1980年相比，2012年全国有螺面积从27.5×105hm2减少至3.69×105hm2，血吸虫病感染人数从163.8万人减少至24.06万人，历史上12个血吸虫病流行省中已有5个省达到传播阻断标准。总体来说，国内血吸虫病呈现流行程度持续下降、传染源数量不断减少的趋势，但在长江中下游区域安徽省、江西省、湖北省、湖南省仅达到疫情控制标准，距离有效控制血吸虫病在当地的传播、最终达到消除之目的仍存在一定差距[5]。

血吸虫病主要通过皮肤、黏膜与疫水接触受染，在我国流行至少有2 000多年的历史，是我国主要慢性寄生虫病之一。血吸虫病是血吸虫成虫寄生在人或其他哺乳动物的肠系静脉和肝脏附近静脉系统的血管里，在那里吸血、产卵、排除毒素而引起的一种疾病。血吸虫病发展到了晚期，病人极度消瘦，出现腹水、巨脾、腹壁静脉怒张等晚期严重症状。钉螺作为日本血吸虫唯一的中间宿主，其迁移分布决定了血吸虫病的主要流行区域或潜在流行范围，钉螺扩散常增加血吸虫病扩散的风险[6-7]。本文通过大量收集和充分理解前人的工作成果，对钉螺生存环境及影响因素、迁移扩散方式、水利工程对钉螺及血吸虫病扩散的影响等方面的研究进展进行归纳和总结，并就水中钉螺迁移扩散尚存的一些问题和未来发展的方向进行了探讨。该工作的完成能够在一定程度上为钉螺及血吸虫病防控工作提供技术支撑和理论指导[8]。

图1 钉螺螺壳形态Fig.1 Shell of oncomelania

图2 不同生长时期钉螺照片Fig.2 Oncomelania in different growth stages

2 水中钉螺迁移扩散研究进展

2.1 钉螺的生物学特性

钉螺分布在亚洲东部和东南亚，我国内地仅有湖北钉螺。钉螺属水陆两栖的软体动物，由内外2部分组成：外部为螺壳和厣，主要起保护软体和防止在干燥环境中损失体液的作用；内部为软体部分，包括头、颈、足、外套和内脏囊。一般情况下，钉螺的外形如图1所示，近似呈圆锥形。通常根据无因次数ψ(ψ=螺高/螺径)的大小将钉螺划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ 级(图2)，该值在一定程度上反映了钉螺在水中运动时受到水的阻力的大小[2]。将无因次数ψ<2的钉螺称为I级钉螺，一般为幼螺；将无因次数ψ界于2～2.5的钉螺称为II级钉螺，一般为中螺；将无因次数ψ>2.5的钉螺称为Ⅲ 级钉螺，一般为大螺。

钉螺为雌雄异体，卵生，整年都可以交配，交配最盛时期为春季4—5月份，严寒和酷暑则大大减少甚至停止。螺卵必须在水中或者潮湿的泥面才能孵化，失去泥皮的螺卵不能孵化，孵化的时间长短与温度有关，温度13 ℃时需30～40 d，23 ℃时需20 d。孵化的钉螺生长速度与食物、环境温度等有较大的关系，在食物丰富、气候适宜的情况下，幼螺一般2个月即可发育成成螺，在较冷区域则需要3～5个月甚至更久。

2.2 钉螺生存环境及影响因素

目前研究认为对钉螺的生存和扩散造成影响的环境因素主要有：水、维度、温度、高程、水位、表层土壤和植被[9-10]。梁幼生等[11]通过钉螺放养的方法，根据现场试验，认为钉螺在33°15′N以北的地区较难存活。洪青标等[12]、杭德荣等[13]研究发现，钉螺螺卵的发育、耗氧量、酶的活性等都与温度有关，温度过高或者过低都不利于钉螺的生存、繁殖和寿命。最适宜钉螺生存的温度为20～30 ℃[14]。有研究认为全球气候逐年变暖有利于钉螺越冬,减少死亡率,提高钉螺的密度，并增大钉螺向北扩散的风险[15]。土壤的理化性质，如pH、营养盐含量、温度、含水率等也会影响钉螺的生长[16-17]。通常采用洲滩水淹天数和显露天数来表征水位变化特征，研究表明洲滩水淹天数216～113 d、显露天数149～252 d的条件适宜钉螺的生存和繁殖[18-19]。郑盛邦等[20]通过对比分析洞庭湖有螺洲滩和钉螺自然消亡洲滩各环境因素的差别，得出影响钉螺分布的主要因素是洲滩的高程、土壤理化性质和大气温度。张旭东等[21]选取安徽省怀宁县有螺洲滩作为典型研究区域，采用现场观测的方法，得到洲滩地下水位与钉螺分布的关系，认为钉螺的密度和地下水位呈抛物线相关性，与洲滩植被的高度和种群盖度呈现正相关。吴刚等[22]选取长江中下游滩地主要植被类型作为代表性洲滩植被，根据现场试验，分析了植被高度、盖度和钉螺密度的关系。钉螺的生存和扩散与水的关系非常密切，幼螺喜在水中生活，成螺一般在潮湿而食物丰富的地方生活，既不完全喜水也不喜干旱的陆地，其栖息地主要位于水流缓慢、时而有水时而无水的洲滩或者湿地区域[23]。

2.3 钉螺迁移扩散方式

野外观测及模型试验表明，钉螺的迁移扩散方式主要有以下几种。

(1)自主爬行：钉螺的自主爬行主要通过腹足在地面或者河床表面慢慢行走得以完成，其自主爬行能力和范围有限。根据实际观察发现,一只健壮的成年钉螺,在适宜的环境下每昼夜只能爬8 m远。促使钉螺爬行的原因主要是逃避不利环境、觅食、寻偶或产卵[24]。

(2)悬移质形式迁移：当水流流速相对较大时，螺龄较小的钉螺由于吸附力较小而容易随水流起动，从而以悬移质形式随水流迁移扩散。通常根据无因次数ψ的大小将钉螺划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。试验观测表明,在可冲性床面上，当流速>0.3 m/s时，Ⅰ级钉螺能以悬移方式扩散，而Ⅱ级、Ⅲ级钉螺则由于吸附力较大，不易随水流起动，因此不能以悬移方式迁移[25]。

(3)推移质形式迁移：在水深流速都不太大的条件下，沉入水底的钉螺常以推移质形式，同力学特性与其相似的泥沙颗粒一起滚动、跳跃、走走停停向下游运动。根据模型试验和现场观测，当水流流速>0.6 m/s时，钉螺即可以推移质形式发生迁移。

(4)水面输送：水面输送分为3种情况，①水深、流速较大的水域(如H>1 m，U>1 m/s)，钉螺很难成活，但它们可以主动吸附于漂浮物上，借助漂浮物进行远距离的迁移；②被动受载迁移，钉螺可能分布于具有孔洞、夹层、缝隙的漂浮物中，从而随着漂浮物挟带迁移；③倒挂悬浮于水面迁移，钉螺可以将自身倒挂悬浮于水面进行漂流。

据有关试验和调查，以上4种迁移扩散方式中，随漂浮物迁移是钉螺完成远距离迁移的主要方式[26-27]，迁移距离可达50 km以上[28]。

2.4 水利工程对钉螺及血吸虫病扩散的影响

水利工程对钉螺及血吸虫病扩散的影响主要通过以下2种方式：一是水利工程实施后，改变了河道洲滩环境，如硬化护坡、开挖隔离沟等工程通过改变土壤含水率、植被覆盖率、水位等，从而干扰钉螺的滋生、繁殖；二是水利工程的实施影响钉螺在水中迁移扩散，该影响有可能是促进钉螺的扩散，如水系连通工程、引调水工程等，从而扩大了有螺面积，增加血吸虫病感染的风险，另外有些水利工程的实施也有可能起到阻止钉螺扩散的作用，如涵闸、沉螺池等。不过，值得注意的是，有些水利工程对钉螺及血吸虫病扩散的影响并不是单方面的，而是具有综合影响，如三峡工程的实施，一方面随着水库蓄水，使得库区洲滩水淹情况发生变化，并影响植被生长，从而改变了洲滩的环境，干扰钉螺的滋生和繁殖；另一方面，由于水库的调蓄作用，导致库区下游的水文情势发生较大变化，从而也在一定程度上影响了钉螺的迁移和扩散。不同水利工程对钉螺及血吸虫病扩散可能产生不同的影响，有些水利工程可以降低钉螺及血吸虫病扩散风险，而有些水利工程却会增加钉螺及血吸虫病扩散风险[29]。下面按照对钉螺迁移扩散的影响机制分类论述水利工程对钉螺及血吸虫病扩散的影响。

2.4.1 影响钉螺生存环境的水利工程

影响钉螺生存环境的水利工程主要是指水利工程实施后，改变了河道洲滩环境，如抬洲降滩、硬化护坡、开挖隔离沟等工程通过改变土壤含水率、植被覆盖率、水位等，从而干扰钉螺的滋生、繁殖的水利工程。罗志红等[30]选取典型疫区作为研究区域，调查洲滩的植被覆盖、钉螺分布特征、土壤含水率、温度等，进行纵向回顾性比较，分析湖区外洲环境变化对钉螺分布的影响，结果表明结合水利护堤工程和外洲种植可改造环境，对钉螺和血吸虫病的防控起到很好的效果；何亚平等[31]通过室内试验和野外调查，分析了典型研究区域不同土地类型的钉螺数量和空间分布特征，结果显示不同的土地类型之间活螺密度存在较大的差异。张世清等[32]通过现场观测发现，沟渠硬化措施在工程实施早期能起到较好的灭螺效果，但是随着工程投入使用时间的增加，其灭螺效果则很大程度上取决于工程的维护管理，如清淤及除草等；魏望远等[33]发现隔离沟措施能够很好地降低洲滩的活螺密度和感染螺的密度；刘年猛等[34]对比分析洲滩各措施的防灭螺效果，发现抬洲降滩、翻耕垦种的灭螺效果相比其他措施较持久和彻底。

2.4.2 影响钉螺迁移的水利工程

该类水利工程主要通过2种方式影响钉螺的迁移扩散：一是由于钉螺大范围及远距离的迁移主要依赖于水流，有些水利工程实施后，导致相应河段的水文情势发生改变，从而间接影响钉螺的迁移扩散，如引调水工程、平垸行洪、河湖连通等工程；二是通过工程实施从而形成物理障碍，直接阻断钉螺的迁移，如涵闸、沉螺池等。潘庆燊等[35]认为长江中下游洲滩的钉螺尚未完全控制，沿江修建灌溉闸和船闸等水工建筑物会导致钉螺向堤内渠系扩散。朱红等[36]认为在引江济汉水利工程区的引水、输水、供水及航运等存在引起钉螺或增加血吸虫病传播的风险。长江流域是我国血吸虫病的主要流行区，该区域内大多数河湖连通工程均存在导致钉螺和血吸虫病扩散的风险，如长江干流与武汉大东湖水网连通工程、石首江豚保护区天鹅洲故道与长江干流连通工程、武汉涨渡湖与长江干流的连通工程、常德城市景观水体与沅水连通工程。

2.4.3 同时影响钉螺的生存环境和迁移的水利工程

有些水利工程对钉螺及血吸虫病扩散的影响并不是单方面的，而是具有综合影响，如三峡工程的实施，一方面随着水库蓄水，使得库区洲滩水淹情况发生变化，并影响植被生长，从而改变了洲滩的环境，干扰钉螺的滋生和繁殖；另一方面，由于水库的调蓄作用，导致库区下游的水文情势发生较大变化，从而也在一定程度上影响了钉螺的迁移和扩散。三峡工程的应用导致相应河段水文条件的变化，这必将对钉螺及血吸虫病的扩散造成影响，其对钉螺及血吸虫病防控既有正面影响也有负面影响。

三峡工程的运行对钉螺及血吸虫病防控的正面影响主要表现在以下方面：①与三峡水库蓄水前相比，枯水期延长导致长江中下游、洞庭湖、鄱阳湖等区域洲滩钉螺密度呈逐年下降趋势；②由于三峡蓄水错峰，中下游河段溃堤或分洪的概率显著减少，从而明显降低了钉螺向垸内或堤内大面积扩散的风险；③三峡水库正常蓄水运行后，长江中下游河段及湖区春季部分洲滩提前淹水，从而抑制了钉螺的产卵行为以及螺卵胚胎的发育，因此能够大大降低洲滩的活螺密度[37-40]。

三峡水库正常蓄水运行后，对钉螺和血吸虫病防控造成的负面影响主要有：①三峡水库蓄水会导致江苏省秋季部分洲滩提前退水，从而使得人畜上滩时间提前[41]，继而增加人畜感染血吸虫病的风险；②湖滩草洲是区域内血吸虫病流行的重要条件[42]，三峡大坝的建设和运用，导致湖区泥沙淤积也相对减少，从而会引起洞庭湖部分芦苇滩退化、草场扩大、畜量增加，在一定程度上增加人畜感染血吸虫病的机会[43]；③三峡水库建成后，库区将形成许多洲滩，库区的生态环境条件将有利于血吸虫中间宿主钉螺的孳生，从而存在钉螺在库区滋生和血吸虫病传播的风险[15，44]。

2.5 钉螺水力学基础研究

武汉大学、长江科学院、三峡大学等单位针对钉螺的沉降和起动规律进行了深入的研究，摸清了钉螺在静水中和动水中的沉降速度及其数学表达，揭示了钉螺在不同河床介质条件下的起动流速，目前普遍认为钉螺的起动流速<0.2 m/s[45-47]。李凌云等[48]基于生态学理论，揭示了变化水位条件下钉螺在垂向上的分布与水位高程之间的关系，并在此基础上构建了钉螺垂向迁移与水位的响应模型，揭示了钉螺的垂向分布与水位变化的响应规律；马巍等[49]得出了水中钉螺的迁移规律，并给出了钉螺以推移质形式迁移和悬移质形式迁移时运动轨迹的数学描述，以及钉螺随漂浮物迁移时的主动吸附时间与漂浮物性质、水深、流速等变量的定量关系，这一研究成果的斩获实现了对钉螺迁移规律从定性认识到定量描述的突破。

3 水中钉螺迁移扩散研究展望

目前国内外学者基于野外调查结合遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)、定位系统(GPS)等方法，测绘血吸虫病的患病率和钉螺的分布情况等数据，并结合统计分析确定和预测钉螺适宜的栖息地，由于洪水、水资源开发等的影响而导致血吸虫病感染的风险，以及其他气候环境要素如大气温度、土壤湿度、土壤温度、pH等的变化对钉螺分布的影响[50]。但总结来看，这些成果多是对观测结果进行规律性总结分析，缺乏理论基础，成果适用范围有限。由于研究方法有限，研究问题复杂，钉螺对环境要素变化的适应机制、钉螺迁移扩散的机理等不是很明确，有待进一步系统深入的研究。综上，笔者认为以下几方面将是今后研究的重点：

(1)目前就不同生境条件下钉螺的密度资料多是依赖于血防工作人员一年一度的野外调查获取，该方法存在工作量大、调查结果误差大等缺点，因此建议近期可以展开钉螺对环境要素变化的适应机制、不同生境条件下钉螺密度的预测模型等方面的研究，实现钉螺密度的定量预测。

(2)目前对钉螺分布特征的研究以定性描述为主，如何准确预测钉螺随时间、空间分布规律这一问题一直没有得到很好的解决。因此建议近期可采用河流泥沙运动力学和生物学相结合的方法研究钉螺扩散机理，在此基础上构建钉螺迁移扩散预测模型，实现钉螺随时间、空间分布规律的准确预测。

(3)目前，血吸虫病流行的主要疫区位于长江中下游。随着长江经济带建设与长江大保护战略的提出，为加强长江经济带水资源综合利用、水生态修复及水环境保护，长江流域对河湖连通、引调水等水利工程的需求迫切。但长江流域是我国血吸虫病的主要流行区，该区域内大多数河湖连通、引调水工程均存在导致钉螺和血吸虫病扩散的风险。因此，建议近期展开相关水利工程中钉螺及血吸虫病扩散风险评估与防控研究，从而为相关工程的实施提供水安全评价指标和保障技术。

(4)随着国内血防工作的不断开展，全国疫情基本得到控制，血吸虫病流行程度持续下降、传染源数量不断减少，大部分重流行区的人群血吸虫感染率已从21世纪初的10%以上降至目前的1%以下，并持续处于低度流行的状态，原有的血吸虫病诊治、监测、预警等技术、方法与工具已不完全适应于当前的血防工作要求，更不能满足全面消除血吸虫病阶段的工作需求。有些学者将精准医学的理念引入我国血防工作，提出精准血防这一新的工作思路，这必将是今后重要的研究方向。相对于传统血防，精准血防最重要的因素可以概括为：精确、准时、个体化，其本质是因地制宜，因境施策，根据不同流域、不同环境、不同乡村的流行与传播特点，通过综合分析、系统评估和精确规划，制定并实施如“一村一策”、“一境一策”等靶点正确、目标清晰、效果明确的精准预防控制措施，更有效地控制血吸虫病在当地的传播，最终达到消除之目的。

4 结 语

近年来开展了大规模的血吸虫病防治和相关的研究工作并取得了显著的成果。但由于研究方法有限，研究问题复杂，目前针对钉螺迁移还有很多问题不太清楚，有待进一步系统深入的研究。钉螺的迁移对血吸虫病的蔓延起了根本性的作用，研究水中钉螺的迁移规律对控制血吸虫病流行极为重要，因此亟待进一步展开对该领域相关理论、方法和技术的研究。