CN105432528A - 一种小型水生动物野外环境试验系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型水生动物野外环境试验系统，包括支架、固定在支架上的养殖箱，养殖箱侧面为带有多个孔洞的材质，顶部和底部均为连续材质，养殖箱内设有投喂导管，采用该系统进行试验的方法为：根据试验需要，将该系统置于试验水域，支架的高度方向与水深方向一致，在养殖箱中养殖小型水生动物；通过投喂导管对水生动物进行喂食，通过摄影装置记录水生动物的行为特征，并持续一个试验周期；然后统计小型水生动物存活数量，采集小型水生动物活体样品，并采用液氮速冷冻样品并带回检测试验水域的水体及沉积物对小型水生动物的毒性效应的影响。与现有技术相比，本发明能够实现原位水体不同时间、空间层面对试验动物行为和生理效应的影响进行研究。
Description
技术领域
本发明属于环境监测领域，涉及一种小型水生动物野外环境试验系统与方法，尤其是涉及一种小型水生动物野外环境长期暴露试验与行为变化在线观测系统与方法。
背景技术
目前在世界各地，来源于生活污水和工业废水排放、大气沉降、农药面源污染等污染物造成水体发生不同程度的污染。水体污染物中包括重金属如铅、汞、镉等，持久性有机污染物如有机氯农药、多氯联苯和多溴联苯醚等多种物质，其中大多污染物具有对多种生物致死、致畸和致癌的“三致效应”以及环境雌激素效应。因此，水体污染物的毒理学研究在全世界范围内受到广泛关注并已经开展了大量的工作。处于不同水域以及同一水域不同时空层面，例如表层水体、中层水体和底层水体以及沉积物中的某一污染物或者多种污染物的浓度水平存在差异。然而，目前研究某一水域的水体和沉积物对水生生物的生态毒理效应研究方法主要通过采集研究水域水生生物样品带回室内进行分析，或者采集研究水域不同空间层面水样和沉积物样品带回试验室后经浓缩等方法处理，再使用细胞、微生物或动物等进行室内试验研究其生理响应。其方法主要缺点是采集样品生物时，由于活体生物存在自主移动能力，采集到的样品(例如鱼类)可能来自其它水域；采集到的水环境样品特别是沉积物样品容易发生空间差异层面的交互影响，例如采集水底表层沉积物时被上层水稀释。而相应的原位监测试验方法比较少见，特别是缺乏一种在同一试验位点不同空间层面开展野外环境长期暴露与行为变化在线观测试验装置与方法，从而研究评价表层水体、底层水体以及表层沉积物对试验动物的行为变化和毒性效应。
中国专利CN103535206A公开了一种水体原位试验装置，其包括：原位试验装置框架，所述原位试验装置框架为可并联扩展的长方体或正方体构造；深度调节组件，所述深度调节组件安装在所述原位试验装置的顶部，所述深度调节组件具有长度可调节的连接带；试验培养单元，所述试验培养单元连接在所述连接带上。此原位试验装置监测不同水梯度下沉水植物的生长及其对沉积物释放的影响，同时研究大型底栖动物(河蚬)对铜的生物富集作用。但是没有在实验过程中对生物进行喂食，不能实现水生动物的长期暴露研究。且深度调节组件安装在所述原位试验装置的顶部，通过手摇式纤维尺的尺带连接试验培养单元，不能起到抗击较大风浪的固定作用，因此，此装置只适用于风浪和水流较小的湖湾。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够实现原位水体不同时间、空间层面对试验生物行为和生理效应的影响进行研究的小型水生动物野外环境试验系统与方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种小型水生动物野外环境试验系统，包括支架、固定在支架上的养殖箱，所述的养殖箱侧面为带有多个孔洞的材质，顶部和底部均为连续材质，养殖箱内设有投喂导管。
所述的养殖箱顶部设有摄影装置，所述的摄影装置与接收终端无线连接。
所述的养殖箱侧面的孔洞的最低处到养殖箱内部底面的距离为养殖箱侧面高度的1/100～1/5。
所述的投喂导管紧邻养殖箱内侧壁伸入养殖箱内部，且管口位于侧面孔洞的最低处与养殖箱内部底面之间。
固定在支架上同一高度处的多个养殖箱形成一个实验组，该系统包括多个实验组，分别位于支架上的不同高度处。
所述的养殖箱通过螺栓固定在支架上。
支架沿高度方向设有多个孔洞，养殖箱侧面设有螺孔，养殖箱通过穿过养殖箱侧面螺孔和支架孔洞的螺栓固定在支架上。可根据试验需要，通过将养殖箱侧面螺孔与支架上相应高度的孔洞配合，调节养殖箱在支架上的高度。
所述的支架底部设有用于插入水体底部沉积物的支脚。所述的支架上沿高度方向设有标尺。
一种采用所述的小型水生动物野外环境试验系统进行试验的方法，包括以下步骤：
(1)根据试验需要，将该系统置于试验水域，支架的高度方向与水深方向一致，在该系统的养殖箱中养殖小型水生动物；
(2)通过投喂导管对水生动物进行喂食，通过摄影装置记录水生动物的行为特征，并持续一个试验周期；
(3)一个试验周期后统计小型水生动物存活数量，采集小型水生动物活体样品，并采用液氮速冷冻样品并带回检测试验水域的水体及沉积物对小型水生动物的毒性效应的影响。
所述的一个试验周期为4～8周。
所述的小型水生动物为同一生活背景的小型水生生物；所述的养殖箱侧面的孔洞小于小型水生动物的个体大小。
本发明采用同一生活背景的小型水生生物，例如某一试验室培育的模式生物斑马鱼或者该水域本土鱼等进行试验。
试验时，如果需要对水生动物进行长期暴露试验与行为变化的在线观测，可以根据需要设置所需个数的实验组，每个实验组设置所需个数的养殖箱，将水生动物养殖在各个养殖箱中，然后将各实验组的养殖箱固定在支架的相应高度上，放入所需的位点的水体中，各实验组便置于水体的不同层面，底部的支脚插入水底的沉积物中从而将该系统固定。试验过程中，通过投喂导管对养殖箱中的水生动物进行喂养，期间通过摄影装置记录水生动物的行为特征，一个试验周期后，统计水生动物存活数量，采集水生动物活体样本，采用液氮速冻样品带回实验室，检测有机物在水生生物体内的生物富集作用，并分析在酶学水平产生的毒性效应等。
当需要在水体同一位点不同层面对水生动物进行长期暴露试验与行为变化的在线观测时，只需要一套上述系统即可；当需要在水体不同位点不同层面对水生动物进行长期暴露试验与行为变化的在线观测时，分别在相应的位点设置上述该系统即可。
试验时，通过在不同时间进行试验，将不同时间的试验结果比较，得到不同时间水体的不同层面对小型水生动物的影响的数据。
本发明将养殖箱设置在支架上，在指甲上的位置通过沿支架高度方向设置的标尺确定，可以使各实验组在水体不同层面中的位置更加精确。
养殖箱的实际尺寸、每个实验组含有的养殖箱的数量和各实验组之间的间距可以根据水深和具体实验要求调整。
本发明适用于：(1)研究水体中不同位点和空间层面的水体和沉积物对水生动物的毒性效应的影响，确保试验结果更加科学；(2)水环境长时间的毒性暴露，比较不同月份或季节的环境样品的毒性大小；(3)诊断流域生态系统健康方面，通过观察水生动物的生长状况直观准确地判定流域生态系统健康状况，对于预防流域污染事故发生、保障流域生态系统健康具有非常重要的现实意义。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)能够实现原位水体不同时间、空间层面对试验生物行为和生理效应的影响进行研究。
(2)样品采用液氮速冷冻样品并带回，为以后的分析检测赢得了较长时间。
(3)养殖箱侧面开有孔洞，可以使得养殖箱内的水体与养殖箱外同一层面的水体充分交换，使得试验结果质量更高。养殖箱侧面孔洞的最低处距离养殖箱内部底面有一段距离，投喂导管紧邻养殖箱内侧壁伸入养殖箱内部，且管口位于侧面孔洞的最低处与养殖箱内部底面之间，从而可以防止饵料冲失，再加上通过摄影装置记录水生动物的行为特征，可以有效控制及调节试验周期，更好的监测水环境中污染物对水生动物的行为影响以及毒性效应。
(4)养殖箱通过螺栓直接固定于支架上，整体结构强度高，抗击风浪能力较强。
(5)摄影装置固定在养殖箱的顶部，可以对水生动物的行为特征进行在线观测。而且将摄影装置与位于地面的接收终端无线连接，可在岸上同步观测到水生动物的行为特征，以规避水域突发状况对水生动物实验产生的影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1为第一实验组，2为第二实验组，3为第三实验组，4为养殖箱，5为养殖箱侧面孔洞，6为投喂导管，7为摄影装置，8为支架，9为支脚，10为水体表面，11为水底沉积物。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种小型水生动物野外环境试验系统，包括支架8和固定在支架8上的养殖箱4，养殖箱4采用长50cm×宽50cm×高30cm有机玻璃制作，如图1所示，根据试验需要，该系统设置在水体的同一位点的不同深度设置第一实验组1、第二实验组2和第三实验组3共三个实验组，每个实验组包括三个养殖箱4，一个实验组的三个养殖箱4设置在水体同一位点的同一层面，各实验组设置在水体同一位点的不同层面，其中第一实验组1设置在表层水体层(水体表面10以下5范围内)，第三实验组3设置在水体底部沉积层(水体底部沉积物11表面以上0.5m范围内)，第二实验组2设置在中层水体层(水体表层10以下5米至水体底部沉积物11表面以上0.5m的范围)，养殖箱4的侧面设有多个养殖箱侧面孔洞5，顶部和底部均为连续材质，养殖箱侧面孔洞5的最低处位于养殖箱内部底面的上方2cm，养殖箱4内设有投喂导管6，投喂导管6紧邻养殖箱4内侧壁伸入养殖箱4内部，且管口位于养殖箱侧面孔洞5的最低处与养殖箱4内部底面之间，本实施例中管口与养殖箱4内部底面之间的距离为1cm。养殖箱4顶部设有摄影装置7，摄影装置7为带存储数字水下摄影机，与位于地面的接收终端无线连接，记录水生动物的行为特征。第一实验组1、第二实验组2和第三实验组3设置在支架8的不同高度处，支架8沿高度方向设置有多个孔洞，养殖箱4侧面设有螺孔，养殖箱4通过穿过养殖箱侧面螺孔和支架8孔洞的螺栓固定在支架8上，同一个实验组的养殖箱4固定在支架8的同一高度上，支架8底部设置支脚9，支脚9插入水体底部沉积物11中。
将上述系统用于水体同一位点的不同水体层面对水生动物的毒性研究：通过以下步骤实现：
(1)在需要研究的水体的位点设置该系统，在该系统的每个养殖箱4中养殖试验室培育的模式生物斑马鱼，保证养殖箱侧面孔洞5小于试验室培育的模式生物斑马鱼的个体大小；
(2)通过投喂导管对试验室培育的模式生物斑马鱼进行喂食，通过摄影装置记录水生动物的行为特征，以八周为一个试验周期，并持续一个试验周期；
(3)一个试验周期后统计水生动物存活数量，采集水生动物活体样品，并采用液氮速冷冻样品并带回试验室，检测有机物在水生生物体内的生物富集作用，并分析在酶学水平产生的毒性效应等。
实施例2
本实施例的小型水生动物野外环境在线观测系统与实施例1中的基本相同，本实施例将该系统用于排污口附近与远离排污口水域两个不同水体位点的不同水体层面对水生动物的毒性研究，通过以下步骤实现：
(1)在排污口附近与远离排污口水域分别设置一套该系统，在该系统的每个养殖箱4中养殖试验室培育的模式生物斑马鱼，保证养殖箱侧面孔洞5小于试验室培育的模式生物斑马鱼的个体大小；
(2)通过投喂导管对试验室培育的模式生物斑马鱼进行喂食，通过摄影装置记录水生动物的行为特征，以八周为一个试验周期，并持续一个试验周期；
(3)一个试验周期后统计水生动物存活数量，采集水生动物活体样品，并采用液氮速冷冻样品并带回试验室，检测有机物在水生生物体内的生物富集作用，并分析在酶学水平产生的毒性效应等。
实施例3
本实施例的小型水生动物野外环境在线观测系统与实施例1中的基本相同，将该系统用于不同季节水体同一位点的不同水体层面对水生动物的毒性研究：通过以下步骤实现：
(1)每个季节在需要研究的水体的位点设置该系统，在该系统的每个养殖箱4中养殖试验室培育的模式生物斑马鱼，保证养殖箱侧面孔洞5小于试验室培育的模式生物斑马鱼的个体大小；
(2)通过投喂导管对试验室培育的模式生物斑马鱼进行喂食，通过摄影装置记录水生动物的行为特征，以八周为一个试验周期，并持续一个试验周期；
(3)一个试验周期后统计水生动物存活数量，采集水生动物活体样品，并采用液氮速冷冻样品并带回试验室，检测有机物在水生生物体内的生物富集作用，并分析在酶学水平产生的毒性效应等。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例的养殖箱4采用长100cm×宽100cm×高100cm有机玻璃制作，养殖箱侧面孔洞5的最低处位于养殖箱4内部底面的上方1cm。投喂导管6的管口与养殖箱4内部底面之间的距离为0.7cm。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例的养殖箱4采用长30cm×宽30cm×高15cm有机玻璃制作，养殖箱侧面孔洞5的最低处位于养殖箱4内部底面的上方3cm。投喂导管6的管口与养殖箱4内部底面之间的距离为1cm。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例进行试验时以四周为一个试验周期。
Claims (10)
1.一种小型水生动物野外环境试验系统，其特征在于，包括支架、固定在支架上的养殖箱，所述的养殖箱侧面为带有多个孔洞的材质，顶部和底部均为连续材质，养殖箱内设有投喂导管。
2.根据权利要求1所述的一种小型水生动物野外环境试验系统，其特征在于，所述的养殖箱顶部设有摄影装置，所述的摄影装置与接收终端无线连接。
3.根据权利要求1所述的一种小型水生动物野外环境试验系统，其特征在于，所述的养殖箱侧面的孔洞的最低处到养殖箱内部底面的距离为养殖箱侧面高度的1/100～1/5。
4.根据权利要求3所述的一种小型水生动物野外环境试验系统，其特征在于，所述的投喂导管紧邻养殖箱内侧壁伸入养殖箱内部，且管口位于侧面孔洞的最低处与养殖箱内部底面之间。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种小型水生动物野外环境试验系统，其特征在于，固定在支架上同一高度处的多个养殖箱形成一个实验组，该系统包括多个实验组，分别位于支架上的不同高度处。
6.根据权利要求5所述的一种小型水生动物野外环境试验系统，其特征在于，所述的养殖箱通过螺栓固定在支架上。
7.根据权利要求1或6所述的一种小型水生动物野外环境试验系统，其特征在于，所述的支架底部设有用于插入水体底部沉积物的支脚，所述的支架上沿高度方向设有标尺。
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的小型水生动物野外环境试验系统进行试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据试验需要，将该系统置于试验水域，支架的高度方向与水深方向一致，在该系统的养殖箱中养殖小型水生动物；
(2)通过投喂导管对水生动物进行喂食，通过摄影装置记录水生动物的行为特征，并持续一个试验周期；
(3)一个试验周期后统计小型水生动物存活数量，采集小型水生动物活体样品，并采用液氮速冷冻样品并带回检测试验水域的水体及沉积物对小型水生动物的毒性效应的影响。
9.根据权利要求8所述的一种采用所述的小型水生动物野外环境试验系统进行试验的方法，其特征在于，所述的一个试验周期为4～8周。
10.根据权利要求8所述的一种采用所述的小型水生动物野外环境试验系统进行试验的方法，其特征在于，所述的小型水生动物为同一生活背景的小型水生动物；所述的养殖箱侧面的孔洞小于小型水生动物的个体大小。
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2015
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