互花米草枯落物對(duì)克氏原螯蝦的微生境選擇及生長的影響

張婧怡 王愛兵 黃成 劉茂松

摘要：為探究枯落物流入濱海灘涂系統(tǒng)后對(duì)底棲動(dòng)物生境及自身生長的影響，設(shè)置試驗(yàn)觀察克氏原螯蝦在混入互花米草和蘆葦?shù)目萋湮锏耐寥阑|(zhì)中的生存狀態(tài)及對(duì)微生境的偏好，并增設(shè)添加EM菌干預(yù)以提高生態(tài)利用價(jià)值。結(jié)果表明，螯蝦對(duì)不同土壤基質(zhì)的選擇存在時(shí)空格局變化。對(duì)于微生境選擇，白天作為對(duì)照的清水組選擇量最高。夜晚時(shí)，互花米草組和泥土組選擇量顯著最高;2周后日間的選擇量無顯著變化且夜晚的泥土組選擇量仍最高，但互花米草組選擇量大幅下降，明顯低于蘆葦組，提示互花米草枯落物的腐解改變了生境土壤狀況。在存活率方面，添加EM菌的互花米草組的克氏原螯蝦8周后的存活率顯著高于蘆葦組和單互花米草組，雌性克氏原螯蝦的體質(zhì)量增長率也顯著提高，但存活率仍低于空白對(duì)照的純泥土基質(zhì)。一定程度上證明EM菌能部分改善腐解所造成的生境惡化現(xiàn)象。鑒于試驗(yàn)中互花米草枯落物及其快速腐解產(chǎn)生的累積效應(yīng)，未來將進(jìn)一步探索更加有效的微生物制劑加快互花米草腐解，改善互花米草生長區(qū)底棲動(dòng)物的生存環(huán)境，提高生境土壤的競爭力。

關(guān)鍵詞：互花米草;枯落物;棲息地生境;克氏原螯蝦;底棲動(dòng)物

中圖分類號(hào)： S966.12 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2021）09-0201-05

互花米草（Spartina alterniflora）屬多年生C4草本植物，原產(chǎn)于美洲大西洋西海岸以及墨西哥灣 [1]，我國上個(gè)世紀(jì)引入后迅速蔓延，目前已成為我國海岸灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)最主要的外來植物之一 [2]。江蘇沿海于1980年引進(jìn)互花米草 [3]，沿海超過410 km的海岸線分布著寬度超過4 km的互花米草沼澤 [4]，已形成入侵種群。本次試驗(yàn)樣地位于江蘇鹽城濱海濕地（32°34′ N～34°28′ N、119°48′ E～120°56′ E），是列入《世界遺產(chǎn)名錄》的中國黃（渤）海候鳥棲息地，同樣也是全球第二塊潮間帶濕地遺產(chǎn)、江蘇省首項(xiàng)自然遺產(chǎn)，所以對(duì)鹽城濱海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能提升及適應(yīng)性管理的研究有重大意義。

近年來，互花米草在鹽城濱海鹽沼中快速入侵，對(duì)土著植物蘆葦（Phragmites australis）、底棲動(dòng)物 [5]及濕地生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu) [6]均具有很大影響。植物群落凈第一生產(chǎn)力的大部分是以枯落物的形式進(jìn)入食物鏈 [7]。以往研究大多是研究植物殘?bào)w的流入對(duì)土壤微生境理化性質(zhì)的改變，而本次研究以底棲動(dòng)物對(duì)棲息地選擇及生長為指標(biāo)，探究在腐屑食物鏈方面植物殘?bào)w對(duì)底棲動(dòng)物的影響，并進(jìn)行適當(dāng)干預(yù)，以期提升灘涂生態(tài)系統(tǒng)功能。

前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）為鹽城濱海灘涂常見的優(yōu)勢底棲動(dòng)物之一 [8]，克氏原螯蝦原是外來物種，但是經(jīng)過多年繁育養(yǎng)殖，已成為我國重要的經(jīng)濟(jì)水生動(dòng)物。本次研究觀察克氏原螯蝦對(duì)混入互花米草和蘆葦枯落物的土壤基質(zhì)的選擇偏好，并嘗試在互花米草的土壤基質(zhì)中添加EM菌，對(duì)比克氏原螯蝦在不同土壤基質(zhì)中存活和生長情況等方面的影響，試圖提高互花米草的生態(tài)利用價(jià)值，改善土壤微生境的生存環(huán)境，從而為生態(tài)治理和濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與恢復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料準(zhǔn)備

試驗(yàn)時(shí)間：2019年10月;試驗(yàn)地點(diǎn)：江蘇鹽城國家級(jí)珍禽自然保護(hù)區(qū)內(nèi);材料收集：收集互花米草和蘆葦枯落物，帶回后晾干脫水;收集淤泥，帶回后干燥處理;克氏原螯蝦及市售EM菌原液由江蘇省淡水水產(chǎn)研究所養(yǎng)殖基地提供。

1.2 材料處理

1.2.1 土壤基質(zhì)制備 （1）將互花米草和蘆葦枯落物打碎至粉末;干燥后的鹽堿土按照草土比 1 ∶ 24 比例均勻混合，加入清水靜置24 h;EM菌按照說明書中1 ∶ 10的比例稀釋備用。

（2）將純泥土、蘆葦+泥土、互花米草+泥土、互花米草+EM菌+泥土 4 種類型底泥分裝到飼養(yǎng)盒（圖1）中備用。

1.2.2 克氏原螯蝦處理 將克氏原螯蝦放入1%氯化鈉溶液中浸洗1 min，消毒后再用清水浸洗1次。靜養(yǎng)3 d，待其完全消化，選取體格健壯、活動(dòng)能力強(qiáng)的個(gè)體待用。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 土壤基底選擇偏好試驗(yàn) （1）4盒為1個(gè)試驗(yàn)裝置（圖2），分別為清水、泥土、蘆葦和互花米草（圖2），每個(gè)盒中的基底量以壓實(shí)后占盒容積的 1/2 為標(biāo)準(zhǔn)，清水組中放入小石塊，同樣也是占盒容積的1/2。將4種基底緊密擺放，采用軟玻璃圍在4個(gè)盒子周圍形成屏障，防止克氏原螯蝦爬出實(shí)驗(yàn)裝置。固定攝像機(jī)位置，保證各組都在監(jiān)控范圍內(nèi)且視野清晰。

（2）取120尾克氏原螯蝦，雌雄各半。每個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中放置1尾克氏原螯蝦。采用點(diǎn)取樣法記錄克氏原螯蝦在24 h內(nèi)0：00、04：00、08：00、12：00、16：00及20：00這6個(gè)時(shí)間點(diǎn)所處底泥類型。即完成前期克氏原螯蝦對(duì)基底選擇偏好試驗(yàn)。

（3）前期試驗(yàn)完成觀察后，將克氏原螯蝦取出，實(shí)驗(yàn)裝置靜置半個(gè)月后（蘆葦和互花米草基質(zhì)已經(jīng)發(fā)黑），重復(fù)步驟（2）。即完成后期克氏原螯蝦對(duì)基底選擇偏好試驗(yàn)。

1.3.2 存活率及體質(zhì)量增長率試驗(yàn) 設(shè)置4種基底，分別為泥土組、蘆葦組、互花米草組及EM菌+互花米草組。記錄120尾克氏原螯蝦的初始體質(zhì)量。每組隨機(jī)放置30尾，雌雄各半。每天觀察，記錄死亡情況。8周后，對(duì)克氏原螯蝦再次稱體質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，利用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析，采用卡方檢驗(yàn)對(duì)選擇偏好進(jìn)行檢驗(yàn)，采用單因子方差分析進(jìn)行方差分析，顯著水平為P<0.05，極顯著水平為P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 克氏原螯蝦對(duì)不同基底的選擇偏好

表1為前期不同時(shí)刻克氏原螯蝦對(duì)不同基底的選擇量;表2為后期不同時(shí)刻克氏原螯蝦對(duì)不同基底的選擇量，根據(jù)表1、表2繪制圖3，即前后期克氏原螯蝦對(duì)不同土壤基底的選擇差別。由圖3可知，克氏原螯蝦對(duì)不同土壤基質(zhì)的選擇存在明顯晝夜差異。白天清水組選擇量顯著高于其他組，其他3組間無差異。夜晚時(shí)，前期互花米草組和泥土組顯著高于蘆葦組和清水組;后期泥土組選擇量仍然顯著最高，互花米草組大幅下降，明顯低于蘆葦組和清水組。

2.2 不同基底對(duì)克氏原螯蝦的影響

2.2.1 存活率 由表3可知，各組存活百分比及卡方檢驗(yàn)結(jié)果，泥土組顯著高于其他3組，蘆葦組和互花米草組無異，加入EM菌后的互花米草組顯著高于蘆葦組和互花米草組。

2.2.2 體質(zhì)量增長 由表4可知，體質(zhì)量增長量及其顯著性，雄性克氏原螯蝦中，泥土組的增長量顯著高于其他3組（P<0.05）;雌性克氏原螯蝦中，加入EM菌的組顯著高于其他組，但體質(zhì)量總平均增長與其他3組無異，泥土組的體質(zhì)量總平均增長顯著高于互花米草組和蘆葦組（P<0.05）。

3 討論

3.1 不同基底對(duì)克氏原螯蝦選擇偏好的影響

3.1.1 互花米草和蘆葦枯落物基底對(duì)克氏原螯蝦選擇偏好的不同影響 為貼近自然狀態(tài)，設(shè)置了晝夜完整的觀察試驗(yàn)，結(jié)果表明，克氏原螯蝦的選擇偏好存在明顯晝夜差異。無論是前后期，白天克氏原螯蝦總在清水基底中最多（圖1-a）。Alberstadt等的試驗(yàn)證實(shí)，成年叉肢螯蝦更趨向于躲進(jìn)清澈的隱蔽所 [9]。而Antonelli等研究進(jìn)一步表示，影響克氏原螯蝦選擇的主導(dǎo)因素是黑暗 [10]?？耸显r喜陰懼光，白天放棄游蕩，藏匿于隱蔽所，夜晚攀爬活動(dòng) [8]，所以夜間的選擇更能體現(xiàn)克氏原螯蝦對(duì)不同基底的偏好。

前期夜間克氏原螯蝦選擇互花米草組的數(shù)量明顯高于蘆葦組（圖1-b），表現(xiàn)出對(duì)互花米草枯落物基底的相對(duì)喜愛?？赡苁且?yàn)橄啾忍J葦，克氏原螯蝦在前期傾向取食互花米草基底中的營養(yǎng)物質(zhì)。陳慧麗等研究發(fā)現(xiàn)與蘆葦莖稈相比，互花米草的氮濃度顯著較高 [11]。氮含量越多，營養(yǎng)價(jià)值越高，而蘆葦中含有更多不易被消化利用的粗纖維，口感較差，所以前期互花米草的枯落物更受克氏原螯蝦歡迎。類似的Ju等研究發(fā)現(xiàn)，由于與本土群落間生長特性的差異，互花米草的入侵有可能改變本土食草昆蟲的飲食和豐度 [12]?；セ撞菘萋湮镒鳛槭澄镦溨谢A(chǔ)食物資源，能支撐更多數(shù)量的底棲動(dòng)物，也側(cè)面證明了它的生態(tài)利用價(jià)值。

靜置半個(gè)月以后，土壤基底已經(jīng)開始發(fā)黑，克氏原螯蝦對(duì)互花米草的選擇率大幅下降，顯著低于蘆葦（圖1-b），說明枯落物的腐解改變了克氏原螯蝦的選擇。侯貫云等認(rèn)為枯落物分解的第一個(gè)月為快速失重階段，主要損失大量的可溶性有機(jī)質(zhì)（DOM）和非木質(zhì)素的碳水化合物 [13]?；セ撞菘萋湮镌诜纸庵凶陨砹魇Я舜罅康臓I養(yǎng)成分 [14]，所以試驗(yàn)后期克氏原螯蝦減少對(duì)互花米草的取食，從而降低了對(duì)其基底的選擇，通常認(rèn)為枯落物的分解速率與枯落物的氮含量呈正相關(guān)關(guān)系 [15]。氮含量受限，土壤中微生物量就會(huì)受到限制，從而減緩了調(diào)落物的分解速率。所以相似生境下，互花米草枯落物的分解速率高于蘆葦。這也證實(shí)了試驗(yàn)后期相比蘆葦，互花米草損失了更多營養(yǎng)物質(zhì)，所以克氏原螯蝦的選擇率顯著低于蘆葦組。而克氏原螯蝦前后期對(duì)蘆葦枯落物基底的選擇率變化不大，猜測原因是蘆葦枯落物的高木質(zhì)素含量限制了自身分解速率和營養(yǎng)元素的釋放 [16]，所以蘆葦基底成分及微生境變化很小。

3.1.2 枯落物腐解前后對(duì)克氏原螯蝦生存環(huán)境的影響 克氏原螯蝦在夜晚選擇偏好（圖1-b）中，泥土基底占有明顯優(yōu)勢。本試驗(yàn)采用的土壤均為光灘鹽堿土，為模擬野外自然狀態(tài)，并未對(duì)采集土樣做殺菌消毒、高溫烘干等處理，所以土壤中會(huì)摻雜根系等少量自然雜質(zhì)作為營養(yǎng)來源，這也是前期夜間土壤基質(zhì)的選擇率均高于清水組的原因。蘆葦枯落物的高纖維含量影響了口感，加之分解速率較慢，對(duì)周圍基底的影響自然相對(duì)較小 [17]，所以試驗(yàn)前后期選擇率均不高。前期泥土組依靠土壤基質(zhì)中殘留的雜質(zhì)，選擇率與互花米草組沒有明顯差異。后期互花米草枯落物因?yàn)榘雮€(gè)月的腐解，基底中缺氧，土壤生存環(huán)境嚴(yán)重惡化，所以互花米草組克氏原螯蝦選擇率顯著低于泥土組。這與葉春等研究得出植物腐爛分解會(huì)營造厭氧環(huán)境，引發(fā)缺氧的結(jié)論 [18]等一致。

3.2 添加EM菌的互花米草枯落物對(duì)克氏原螯蝦生長的改善

互花米草比蘆葦有較高的生產(chǎn)力，而且入侵面積廣，與其治理，不如利用。在灘涂生態(tài)系統(tǒng)中枯落物的分解速率強(qiáng)烈影響了底棲食物網(wǎng)的能量流動(dòng)過程。互花米草枯落物提供的高生產(chǎn)力直接增加了基礎(chǔ)食物資源的數(shù)量，進(jìn)而通過營養(yǎng)級(jí)聯(lián)作用在次級(jí)代謝過程中支撐了更多底棲動(dòng)物，然而進(jìn)一步的分解導(dǎo)致土壤中生存環(huán)境隨之惡化。EM菌能加快植物秸稈的發(fā)酵，改良土壤 [19]，還能凈化養(yǎng)殖水體 [20]。本次研究嘗試添加EM菌來改善土壤狀況，提高克氏原螯蝦生長情況。常見的市售EM菌的有效成分主要為乳酸菌、光合菌、酵母菌，無毒無害，并且具有凈化的功能。添加EM菌的互花米草基底中克氏原螯蝦8周后的存活率顯著高于蘆葦基底和互花米草基底（表3），雌性克氏原螯蝦的體質(zhì)量增長率也顯著最高（表4）。證明相比于單一的植物枯落物基底，添加EM菌后的確對(duì)土壤狀況有所改善，提高了生存率，也加快了互花米草的分解，釋放出更多養(yǎng)分到土壤系統(tǒng)中，再經(jīng)食物鏈傳遞給消費(fèi)者，克氏原螯蝦通過攝食提高了自身體質(zhì)量。但是存活率仍低于泥土組（表3），說明EM菌的使用并未完全解決因互花米草枯落物腐解而引發(fā)的土壤的還原性環(huán)境，這也為進(jìn)一步研究提出了新的課題。

4 結(jié)論

綜上所述，底棲動(dòng)物克氏原螯蝦對(duì)棲息基底的選擇存在時(shí)空格局變化?；セ撞菘萋湮镒鳛槭澄镦湹幕A(chǔ)食物提供者，因其營養(yǎng)含量高，在前期備受克氏原螯蝦青睞，后期因大量腐解導(dǎo)致生境土壤惡化，不利于克氏原螯蝦生存?；セ撞菘萋湮锾砑覧M菌后，提高了生存率，改善了生境生存條件。未來將繼續(xù)探索更加有效的微生物制劑來加快互花米草枯落物的腐解，改善底棲動(dòng)物的生存環(huán)境，提高生境土壤的競爭力，增加其生態(tài)利用價(jià)值，以用代治。

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