互花米草枯落物對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后對底棲動物生境及自身生長的影響，設置試驗觀察克氏原螯蝦在混入互花米草和蘆葦的枯落物的土壤基質中的生存狀態及對微生境的偏好，并增設添加EM菌干預以提高生態利用價值。結果表明，螯蝦對不同土壤基質的選擇存在時空格局變化。對于微生境選擇，白天作為對照的清水組選擇量最高。夜晚時，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量增長率也顯著提高，但存活率仍低于空白對照的純泥土基質。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象。鑒于試驗中互花米草枯落物及其快速腐解產生的累積效應，未來將進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底棲動物的生存環境，提高生境土壤的競爭力。

關鍵詞：互花米草;枯落物;棲息地生境;克氏原螯蝦;底棲動物

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

互花米草（Spartina alterniflora）屬多年生C4草本植物，原產于美洲大西洋西海岸以及墨西哥灣 [1]，我國上個世紀引入后迅速蔓延，目前已成為我國海岸灘涂濕地生態系統最主要的外來植物之一 [2]。江蘇沿海于1980年引進互花米草 [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、江蘇省首項自然遺產，所以對鹽城濱海灘涂濕地生態系統的功能提升及適應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，對土著植物蘆葦（Phragmites australis）、底棲動物 [5]及濕地生態系統食物網結構 [6]均具有很大影響。植物群落凈第一生產力的大部分是以枯落物的形式進入食物鏈 [7]。以往研究大多是研究植物殘體的流入對土壤微生境理化性質的改變，而本次研究以底棲動物對棲息地選擇及生長為指標，探究在腐屑食物鏈方面植物殘體對底棲動物的影響，并進行適當干預，以期提升灘涂生態系統功能。

前期調查發現，克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）為鹽城濱海灘涂常見的優勢底棲動物之一 [8]，克氏原螯蝦原是外來物種，但是經過多年繁育養殖，已成為我國重要的經濟水生動物。本次研究觀察克氏原螯蝦對混入互花米草和蘆葦枯落物的土壤基質的選擇偏好，并嘗試在互花米草的土壤基質中添加EM菌，對比克氏原螯蝦在不同土壤基質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利用價值，改善土壤微生境的生存環境，從而為生態治理和濕地生態系統的保護與恢復提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料準備

試驗時間：2019年10月;試驗地點：江蘇鹽城國家級珍禽自然保護區內;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研究所養殖基地提供。

1.2 材料處理

1.2.1 土壤基質制備 （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3 d，待其完全消化，選取體格健壯、活動能力強的個體待用。

1.3 試驗設計

1.3.1 土壤基底選擇偏好試驗 （1）4盒為1個試驗裝置（圖2），分別為清水、泥土、蘆葦和互花米草（圖2），每個盒中的基底量以壓實后占盒容積的 1/2 為標準，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個盒子周圍形成屏障，防止克氏原螯蝦爬出實驗裝置。固定攝像機位置，保證各組都在監控范圍內且視野清晰。

（2）取120尾克氏原螯蝦，雌雄各半。每個實驗裝置中放置1尾克氏原螯蝦。采用點取樣法記錄克氏原螯蝦在24 h內0：00、04：00、08：00、12：00、16：00及20：00這6個時間點所處底泥類型。即完成前期克氏原螯蝦對基底選擇偏好試驗。

（3）前期試驗完成觀察后，將克氏原螯蝦取出，實驗裝置靜置半個月后（蘆葦和互花米草基質已經發黑），重復步驟（2）。即完成后期克氏原螯蝦對基底選擇偏好試驗。

1.3.2 存活率及體質量增長率試驗 設置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量。每組隨機放置30尾，雌雄各半。每天觀察，記錄死亡情況。8周后，對克氏原螯蝦再次稱體質量。

1.4 數據處理

試驗結果以“平均值±標準差”表示，利用SPSS 26.0統計分析，采用卡方檢驗對選擇偏好進行檢驗，采用單因子方差分析進行方差分析，顯著水平為P<0.05，極顯著水平為P<0.01。

2 結果與分析

2.1 克氏原螯蝦對不同基底的選擇偏好

表1為前期不同時刻克氏原螯蝦對不同基底的選擇量;表2為后期不同時刻克氏原螯蝦對不同基底的選擇量，根據表1、表2繪制圖3，即前后期克氏原螯蝦對不同土壤基底的選擇差別。由圖3可知，克氏原螯蝦對不同土壤基質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，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結果，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 體質量增長 由表4可知，體質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，但體質量總平均增長與其他3組無異，泥土組的體質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克氏原螯蝦選擇偏好的不同影響 為貼近自然狀態，設置了晝夜完整的觀察試驗，結果表明，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等的試驗證實，成年叉肢螯蝦更趨向于躲進清澈的隱蔽所 [9]。而Antonelli等研究進一步表示，影響克氏原螯蝦選擇的主導因素是黑暗 [10]。克氏原螯蝦喜陰懼光，白天放棄游蕩，藏匿于隱蔽所，夜晚攀爬活動 [8]，所以夜間的選擇更能體現克氏原螯蝦對不同基底的偏好。

前期夜間克氏原螯蝦選擇互花米草組的數量明顯高于蘆葦組（圖1-b），表現出對互花米草枯落物基底的相對喜愛。可能是因為相比蘆葦，克氏原螯蝦在前期傾向取食互花米草基底中的營養物質。陳慧麗等研究發現與蘆葦莖稈相比，互花米草的氮濃度顯著較高 [11]。氮含量越多，營養價值越高，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等研究發現，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]。互花米草枯落物作為食物鏈中基礎食物資源，能支撐更多數量的底棲動物，也側面證明了它的生態利用價值。

靜置半個月以后，土壤基底已經開始發黑，克氏原螯蝦對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。侯貫云等認為枯落物分解的第一個月為快速失重階段，主要損失大量的可溶性有機質（DOM）和非木質素的碳水化合物 [13]。互花米草枯落物在分解中自身流失了大量的營養成分 [14]，所以試驗后期克氏原螯蝦減少對互花米草的取食，從而降低了對其基底的選擇，通常認為枯落物的分解速率與枯落物的氮含量呈正相關關系 [15]。氮含量受限，土壤中微生物量就會受到限制，從而減緩了調落物的分解速率。所以相似生境下，互花米草枯落物的分解速率高于蘆葦。這也證實了試驗后期相比蘆葦，互花米草損失了更多營養物質，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素含量限制了自身分解速率和營養元素的釋放 [16]，所以蘆葦基底成分及微生境變化很小。

3.1.2 枯落物腐解前后對克氏原螯蝦生存環境的影響 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勢。本試驗采用的土壤均為光灘鹽堿土，為模擬野外自然狀態，并未對采集土樣做殺菌消毒、高溫烘干等處理，所以土壤中會摻雜根系等少量自然雜質作為營養來源，這也是前期夜間土壤基質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，對周圍基底的影響自然相對較小 [17]，所以試驗前后期選擇率均不高。前期泥土組依靠土壤基質中殘留的雜質，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為半個月的腐解，基底中缺氧，土壤生存環境嚴重惡化，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營造厭氧環境，引發缺氧的結論 [18]等一致。

3.2 添加EM菌的互花米草枯落物對克氏原螯蝦生長的改善

互花米草比蘆葦有較高的生產力，而且入侵面積廣，與其治理，不如利用。在灘涂生態系統中枯落物的分解速率強烈影響了底棲食物網的能量流動過程。互花米草枯落物提供的高生產力直接增加了基礎食物資源的數量，進而通過營養級聯作用在次級代謝過程中支撐了更多底棲動物，然而進一步的分解導致土壤中生存環境隨之惡化。EM菌能加快植物秸稈的發酵，改良土壤 [19]，還能凈化養殖水體 [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，釋放出更多養分到土壤系統中，再經食物鏈傳遞給消費者，克氏原螯蝦通過攝食提高了自身體質量。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的土壤的還原性環境，這也為進一步研究提出了新的課題。

4 結論

綜上所述，底棲動物克氏原螯蝦對棲息基底的選擇存在時空格局變化。互花米草枯落物作為食物鏈的基礎食物提供者，因其營養含量高，在前期備受克氏原螯蝦青睞，后期因大量腐解導致生境土壤惡化，不利于克氏原螯蝦生存。互花米草枯落物添加EM菌后，提高了生存率，改善了生境生存條件。未來將繼續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，改善底棲動物的生存環境，提高生境土壤的競爭力，增加其生態利用價值，以用代治。

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