CN102735828A

CN102735828A - 一种测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统

Info

Publication number: CN102735828A
Application number: CN2012102070993A
Authority: CN
Inventors: 吴述园; 兰娜; 葛继稳; 张垲苡; 谢辉; 王志强
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明提供了一种测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统，至少包括样品单元、测量单元和控制单元，所述样品单元为光生物反应器，由玻璃罩、可旋转底座、底栖藻类生长基质、水循环装置、排气管构成，所述玻璃罩和可旋转底座由透明有机玻璃加工制成，玻璃罩为开口向下的半球形壳体，玻璃罩下端与可旋转底座通过螺纹旋转密闭连接，底栖藻类生长基质设置于玻璃罩与可旋转底座之间，玻璃罩与底栖藻类生长基质之间装有水样，所述测量单元为溶解氧传感器，溶解氧传感器的探头设置于玻璃罩内的水样中，所述控制单元包括控制面板以及设置于控制面板内的单片机和电源，单片机与溶解氧传感器连接。本发明与传统的系统相比，自动化程度更高，提高了工作效率。

Description

一种测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统

技术领域

本发明涉及一种初级生产力的测试系统，特别是一种河流底栖藻类初级生产力的测定系统。

背景技术

河流沿岸带的藻类通常包括底栖和浮游藻类，尽管它们的生活方式不同，但它们均处于食物链的始端，是沿岸带有机物质生产的主要贡献者，是反映水体渔业生产潜力的基本参数之一，而且藻类是用于监测水体富营养化状况的最佳监测生物，河流生态系统中浮游藻类的生产力要小于底栖藻类，因而底栖藻类初级生产力是较理想的监测指标。现有的藻类初级生产力测定方法有测氧法和测碳法两种，分别通过测量和计算藻类光合作用的产氧量以及合成有机碳的总量来表示初级生产力。

测氧法是通过测量透明的玻璃瓶(白瓶)和不透光的棕色玻璃瓶(黑瓶)内培养浮游植物的水样品中溶解氧浓度的变化来计算浮游植物光合作用速率，又称黑白瓶测氧法。在测量中，将含有浮游植物的水样注入3个玻璃瓶，包括用于浮游植物培养的透明白瓶和不透光黑瓶，另外一个是用于测定培养前溶解氧浓度的零时间瓶。在注入水样后，将零时间瓶中的溶解氧固定，等待回实验室测定；将用于浮游植物培养的黑瓶和白瓶系于绳索上放回原取水样处进行一段时间培养。然后将黑瓶和白瓶中溶解氧固定，再带回实验室测定培养后的溶解氧浓度，并根据培养前、后溶解氧浓度的变化计算由产氧量表示的光合作用速率。

测碳法是把一定数量的放射性碳¹⁴C加入到已知二氧化碳总浓度的水样品中，经过一段时间的培养后，过滤浮游植物并固定有机碳的含量，再带回实验室测定浮游植物细胞内有机碳¹⁴C的量，即可计算浮游植物通过光合作用合成有机碳的总量。测碳法又称碳¹⁴C示踪法。

上述测量浮游植物光合作用速率的测氧法和测碳法，具有相同的培养步骤，即需要在现场温度和光照条件下进行浮游植物的培养。在培养过程中监测人员不能离开现场，限制和降低了水样监测的工作效率。此两种方法的培养时间一般在2～24小时，即藻类密度大、营养盐丰富的水样和光照、温度适宜的天气条件下，培养时间可能短一些，否则培养时间要长一些。上述两种方法均不能做到连续实时检测，只能凭测量经验确定培养时间。为了有较好的测量精度，往往将培养时间设定得长一些，从而延长了测定时间。而且，上述方法均需要在现场培养，培养后将样品固定，再回实验室检测，检测仪器不能在现场使用，不能一次完成浮游植物光合作用速率的测量，测量操作复杂，自动化程度低，并且这两种方法仅适用于浮游藻类初级生产力测定，并不能完成河流底栖藻类初级生产力的测定，同时，野外试验中存在很多不可预期的问题，影响研究结果。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种操作简单、采集数据准确的一种测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统，至少包括样品单元、测量单元和控制单元，所述样品单元为光生物反应器，由玻璃罩、可旋转底座、底栖藻类生长基质、水循环装置、排气管构成，所述玻璃罩和可旋转底座由透明有机玻璃加工制成，玻璃罩为开口向下的半球形壳体，玻璃罩下端与可旋转底座通过螺纹旋转密闭连接，底栖藻类生长基质设置于玻璃罩与可旋转底座之间，玻璃罩与底栖藻类生长基质之间装有水样，所述水循环装置由出水口、输水管、水泵和进水口组成，出水口和进水口相对设置于玻璃罩的左右两侧并靠近底栖藻类生长基质的表面上，进水口与水泵连接，水泵通过输水管与出水口连接，所述测量单元为溶解氧传感器，溶解氧传感器的探头设置于玻璃罩内的水样中，用于测量光生物反应器内水体的溶解氧浓度，所述控制单元包括控制面板以及设置于控制面板内的单片机和电源，单片机与溶解氧传感器连接，水泵同时与单片机连接。

所述玻璃罩与可旋转底座之间形成空间的容积为1L～1.2L。

底栖藻类生长基质采用半径为7.5cm的圆形花岗岩石板。

排气管为采用橡胶制成的软管，设置于玻璃罩球面上端的中部，且排气管上安装有活动夹。

所述进水口与出水口距离底栖藻类生长基质表面的高度差为1～1.5cm。

本发明与现有技术相比，本发明提供的测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统具有以下优点：

1.本发明适用于河流中底栖藻类的初级生产力的测定，因为河流生态系统中浮游藻类的生产力要小于底栖藻类，因而底栖藻类初级生产力是较理想的监测指标。

2.本发明可以一次性完成测量，测量操作简单，自动化程度高，提高了光合作用速率测量的工作效率。

3.本发明能够在实验室直接培养藻类，通过野外投放底栖藻类生长基质，利用本发明装置将底栖藻类带回实验室培养，不需要在野外培养，节省了人力物力，也改善了实验环境。

附图说明

图1是本发明整体的结构示意图。

附图中：1-玻璃罩；2-可旋转底座；3-底栖藻类生长基质；4-出水口；5-输水管；6-水泵；7-进水口；8-排气管；9-溶解氧传感器；10-控制面板；11-电源；12-单片机；13-活动夹。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统作进一步说明。

一种测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统，如图1所示，至少包括样品单元、测量单元和控制单元，所述样品单元为光生物反应器，由玻璃罩1、可旋转底座2、底栖藻类生长基质3、水循环装置、排气管8构成，所述玻璃罩1和可旋转底座2由透明有机玻璃加工制成，玻璃罩1为开口向下的半球形壳体，玻璃罩1下端与可旋转底座2通过螺纹旋转密闭连接，底栖藻类生长基质3设置于玻璃罩1与可旋转底座2之间，玻璃罩1与底栖藻类生长基质3之间装有水样，所述水循环装置由出水口4、输水管5、水泵6和进水口7组成，出水口4和进水口7相对设置于玻璃罩1的左右两侧并靠近底栖藻类生长基质3的表面上，进水口7与水泵6连接，水泵6通过输水管5与出水口4连接，所述测量单元为溶解氧传感器9，溶解氧传感器9的探头设置于玻璃罩1内的水样中，用于测量光生物反应器内水体的溶解氧浓度，所述控制单元包括控制面板10以及设置于控制面板10内的单片机12和电源11，单片机12与溶解氧传感器9连接，水泵6同时与单片机12连接。

在本实施例中，玻璃罩1为半球形壳体，这样的外形设计可以使藻类吸收来自不同方向的光照，有利于藻类充分的生长，所述玻璃罩1与可旋转底座2之间形成空间的容积为1L～1.2L。底栖藻类生长基质3采用半径为7.5cm的圆形花岗岩石板，模拟底栖藻类的原位生长。排气管8为采用橡胶制成的软管，设置于玻璃罩1球面上端的中部，且排气管8上安装有活动夹13，活动夹可以限制进出空气的量，方便了实验的操作。考虑到河流的底部不是绝对意义上的平坦，水流会出现稍微的高低落差，所述进水口7与出水口4距离底栖藻类生长基质表面的高度差为1～1.5cm。

在实验过程中，首先选取野外样点，提前一个月投放本发明系统中的底栖藻类生长基质3到样点处，一个月后将底栖藻类生长基质3生长藻类面朝上放入光生物反应器中，充满原位水样，通过排气管8排掉反应器内空气，然后通过水循环装置模拟河流内的水流，还原底栖藻类的生长环境，而且在实验中，还能根据实际情况，通过单片机控制水泵的转速来调整水流的流速，以便得出更准确的实验数据，实验的具体操作如下：打开水泵6，待流速稳定后，在控制面板10中打开溶解氧传感器9的测量开关，并利用单片机12设置溶解氧传感器9每30秒自动测量一次，然后将测量五次的均值自动储存在单片机12中，作为初始溶解氧浓度。在24小时后，继续设置为每30秒自动测量一次，将测量五次的均值自动储存在单片机12中，作为终止溶解氧浓度。最后根据单片机12储存的初始和终止溶解氧浓度、光生物反应器装满河水时的河水体积、底栖藻类生长基质3的面积等数据计算单位面积底栖藻类的净初级生产力，计算公式如下：

单位面积底栖藻类的净初级生产力=（终止溶解氧量-初始溶解氧量）*光生物反应器装满河水时的河水体积/底栖藻类生长基质的面积

通过以上公式我们就可以得出河流藻类初级生产力。

本发明与传统的测定系统相比，能够通过水循环装置，模拟出河流内的水流，还原底栖藻类的生长环境，使实验的数据更加准确，并且能够充分反映出河流沿岸的底栖藻类的初级生产力，而且本发明系统的各单元系统通过单片机来控制完成，提高了系统整体的自动化程度，节省了人力，提高了工作效率。

Claims

1.一种测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统，至少包括样品单元、测量单元和控制单元，其特征在于：所述样品单元为光生物反应器，由玻璃罩、可旋转底座、底栖藻类生长基质、水循环装置、排气管构成，所述玻璃罩和可旋转底座由透明有机玻璃加工制成，玻璃罩为开口向下的半球形壳体，玻璃罩下端与可旋转底座通过螺纹旋转密闭连接，底栖藻类生长基质设置于玻璃罩与可旋转底座之间，玻璃罩与底栖藻类生长基质之间装有水样，所述水循环装置由出水口、输水管、水泵和进水口组成，出水口和进水口相对设置于玻璃罩的左右两侧并靠近底栖藻类生长基质的表面上，进水口与水泵连接，水泵通过输水管与出水口连接，所述测量单元为溶解氧传感器，溶解氧传感器的探头设置于玻璃罩内的水样中，用于测量光生物反应器内水体的溶解氧浓度，所述控制单元包括控制面板以及设置于控制面板内的单片机和电源，单片机与溶解氧传感器连接，水泵同时与单片机连接。

2.根据权利要求1所述的测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统，其特征在于：所述玻璃罩与可旋转底座之间形成空间的容积为1L～1.2L。

3.根据权利要求1所述的测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统，其特征在于：底栖藻类生长基质采用半径为7.5cm的圆形花岗岩石板。

4.根据权利要求1所述的测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统，其特征在于：排气管为采用橡胶制成的软管，设置于玻璃罩球面上端的中部，且排气管上安装有活动夹。

5.根据权利要求1所述的测定河流底栖藻类初级生产力的测试系统，其特征在于：所述进水口与出水口距离底栖藻类生长基质表面的高度差为1～1.5cm。