CN109238775A - 一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置及应用 - Google Patents
一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置及应用，所述装置包括位于水面上的泡沫塑料盘，以及位于水面下的支撑连接装置、鱼类养殖装置、采样装置。本发明包括三种被动采样器和鱼类培养装置，其中鱼类培养装置可保证在长期检测中维持鱼类的生存环境，保持鱼类存活率，将本装置应用到集中式饮用水源地水质安全评价中，利用“化学指标+生物指标+微生物指标”相耦合的方式，评估污染物的长期累积效应，更能接近生物暴露环境的实际状况，尤其在突发环境污染事件时，可对当时背景及长期环境变化，提供评估的佐证，增加环境污染判定的可信度，对环境污染案件可发挥事前监测、早期预警及事后污染追踪等效能。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置及应用。
背景技术
饮用水安全是关系民生与稳定的重要问题，是一个国家和地区发展水平和生活质量的重要标志。随着《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)在全国范围的全面实行，饮用水安全问题再次成为社会舆论的热点。江苏省早在2008年1 月就颁布了《江苏省人民代表大会常务委员会关于加强饮用水源地保护的决定》，2009年3月又出台了针对农村集中式生活饮用水的《江苏省农村集中式生活饮用水卫生监测管理办法》，不断加强对饮用水安全工作的监管力度。
随着经济社会的快速发展，饮用水安全问题依旧不容乐观，虽然饮用水中有机毒物浓度普遍较低，但由于人将终其一生暴露于此，了解饮用水中污染物的存在水平及危害，以及防治措施势在必行。
因此目前我国环境监测系统更多采用基于一定频率的瞬间样品了解水质状况，需要花费较多时间和财力来采集、处理大体积的水样，采样代表性问题引起注意，另外这些方法测定的是水中溶解态以及附着在颗粒物上的吸附态的“全量”，而其中溶解态有机污染物才是直接可生物利用的。没有区分形态(溶解态或者吸附态)，没有关注低浓度水平下有机毒物对生物产生的效应以及长期富集危害，需要在今后的工作中进一步完善。
被动式采样技术是一种能摸拟生物活在含化学污染物的环境下采样，既简单、不费电、又不危害生态的采样技术，可大范围、长时间的执行环境监测的采样，并有效掌握环境污染的变化趋势。
主要包括SPMD、POLICS、DGT三种技术：
(1)SPMD主体结构包括薄长带状的聚乙烯膜或其他非极性低密度的聚合物膜(low-density polyethylene，LDPE，壁厚70～90μm)制成的套筒，套筒内装有一层薄层状的大分子量(>600Da)中性脂(如三油酸甘油酯)。SPMD允许水中溶解态的非极性/弱极性分子以被动扩散方式通过聚合物膜微孔进入装置内，并逐渐与中性脂结合，而那些附着在水中颗粒上以及与溶解态有机碳(如腐殖酸) 相结合的污染物，由于其体积的限制就无法进入SPMD内。进入SPMD中的有机污染物可以定量地用有机溶剂振摇、微波辅助、超声辅助、加速溶剂萃取辅助等手段透析分离，然后采用包括渗透凝胶色谱等手段净化，从而实现对环境中的有机污染物进行时间累加性的采集和定量。
(2)POCIS(Polar Organic Chemical Integrative Sampler)半透膜采样设备模拟水生生物呼吸暴露系统，采集水中水溶性(极性或亲水性)有机物质，可应用于毒性评估及毒性确认评估(Toxicity identification evaluation,TIE)。
(3)DGT(薄膜扩散梯度技术)，DGT装置简单，可以在一定时间范围内设定富集取样时间，可多元素同时富集，并可以在富集时间内随本体溶液中金属离子浓度的波动，提供累积量和平均浓度值，尤其适用于浓度波动较大的痕量系统的总量分析和痕量系统的原位富集。
由此可见，三种被动式采样技术在理化检测方面各有优势，但是三种技术均在微生物群落分析、微生物测试和生物富集方面有所欠缺，微型生物群落在水生态系统中客观存在，在生物组建水平中，群落水平高于种和种群水平，因而在群落水平上的生物监测和毒性试验比种和种群水平更具有环境真实性，为环境管理部门提供符合客观环境的结构和功能参数，作出科学的判断。而微生物测试主要是对水体中各种潜在的致病微生物进行分析，用于测试分析自然水体及饮用水的微生物安全性。生物富集是通过提供于体内生物富集性污染物的含量，来表征河流中污染的程度及对食鱼类动物和人类产生的影响。
鉴于此，现需要一种能够应用于集中式饮用水源地水质安全评价，评估污染物的长期累积效应，更能接近生物暴露环境的实际状况的采样装置，尤其能够在突发状况时，可对当时背景及长期环境变化，提供评估的佐证，增加环境污染判定的可信度，对环境污染案件可发挥事前监测、早期预警及事后污染追踪等效能。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本发明提供一种可同时监测生物群落调查、鱼类毒性试验、微生物测试及鱼组织污染物残留分析的原位被动采样装置。
本发明的技术方案为：一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，包括上位单元和下位单元，
所述上位单元包括漂浮与水面上的泡沫塑料盘，位于所述泡沫塑料盘上的支架，支架通过螺栓可拆卸固定泡沫塑料盘上，以及所述支架上的供电装置、微控器、抽吸泵和自动投料箱，所述供电装置分别为抽吸泵和自动投料箱进行供电，所述微控器用于对抽吸泵和自动投料箱进行定时开关控制；
所述下位单元包括支撑连接装置、鱼类养殖装置、采样装置，所述支撑连接装置包括中心柱、连接杆、输料管、塑料软管，所述中心柱的上表面通过2-4条缆绳连接至所述泡沫塑料盘的下底面，中心柱内部设有纵向的贯穿通道，所述塑料软管下端与所述贯穿通道上端通过螺纹连接，上端向上延伸并贯穿泡沫塑料盘，通过歧管分别与抽吸泵的出口和自动投料箱的出口相连，所述输料管上端与贯穿通道的下端口通过螺纹连接，输料管的中下部设有外螺纹，所述连接杆共三个，连接杆的近端分别与中心柱的侧壁通过螺栓可拆卸连接，
所述鱼类养殖装置包括鱼箱主体和鱼箱盖，所述鱼箱盖与鱼箱主体通过螺纹连接为球形结构，鱼箱盖的顶部设有螺纹孔，螺纹孔的周围设有若干通孔，所述螺纹孔与输料管的外螺纹适配连接，并且使输料管的末端延伸至鱼箱主体内部，鱼箱主体的内部放置有鱼苗，一般选择鲤鱼苗，
所述采样装置包括第一固定架、第二固定架、第三固定架，所述第一固定架、第二固定架、第三固定架的顶部分别通过锁扣一一对应连接在三个连接杆的远端，其中，第一固定架内放置有薄膜扩散梯度被动采样器，第二固定架内放置有半透膜被动采样器，第三固定架内放置有极性有机化合物整合采样器。
进一步地，所述供电装置包括蓄电池、逆变器和太阳能电池板，所述太阳能电池板斜置在所述支架的顶部，所述逆变器连接在太阳能电池板与蓄电池之间，用于将直流电转变为交流电，蓄电池将存储的交流电提供给用电装置。
进一步地，所述泡沫塑料盘的材质为PFU，一方面可以提供浮力，另一方面PFU浸泡水中，曝露一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU 内，挤出的水样能代表该水体中的微型生物群落。该方法称为PFU微型生物群落监测方法(简称PFU法)，是应用泡沫塑料块作为人工基质收集水体中的微型生物群落，测定该群落结构与功能的各种参数，以评价水质。此外，用室内毒性试验方法，以预报工业废水和化学品对受纳水体中微型生物群落的毒性强度，为制定其安全浓度和最高允许浓度提出群落级水平的基准。
进一步地，所述中心柱的底部内嵌有若干LED灯，用于为鱼苗在试验期间提供充足的光照。
更进一步地，所述中心柱与泡沫塑料盘之间设有与所述缆绳并列的防水电缆，所述防水电缆向上与所述蓄电池、微控器电性连接，向下为所述LED灯供电。防水电缆的稳定性好，可长期在水中工作。
进一步地，所述鱼箱主体的底部设有网孔，网孔上铺设有填料层，所述填料层上种植有水生植物，填料层为粒径为0.5-1cm的陶粒。
进一步地，所述鱼箱主体的侧壁上开设有若干条交错的条纹槽，便于鱼箱主体内部水与外部水互相进行交换。
更进一步地，所述鱼类养殖装置还包括集水槽，所述集水槽的内底部通过连杆与所述鱼箱主体底部固定连接，且集水槽的上沿高于所述条纹槽的最高位置，集水槽用于存水，在检测前和检测后需要保持一定的水量保证鱼的生存。
本发明还提供了一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置的应用，所述采样装置用于对饮用水源进行原位生物监测，生物监测内容包括生物群落、毒性试验、微生物测试、鱼组织的污染物残留。
本发明的工作方法包括以下步骤：
(1)组装装置：将所述支架的底脚通过螺栓连接在所述泡沫塑料盘的上表面，支架上安装有蓄满电的蓄电池、逆变器、太阳能电池板、微控器、抽吸泵以及装有充足饲料的自动投料箱，将塑料软管的下端通过螺纹接头与中心柱的贯穿通道上端连接，塑料软管的上端贯穿泡沫塑料盘，并通过歧管分别与抽吸泵、自动投料箱的出口相接；与中心柱底部的LED灯相连的防水电缆向上贯穿泡沫塑料盘，连接至蓄电池和微控器，用于定时控制LED灯的开关和照明时长；将2-4 条缆绳栓系在中心柱与泡沫塑料盘之间。中心柱的侧壁上设有三个夹板槽，三个连接杆的上端分别与三个夹板槽通过螺栓连接，连接杆与中心柱的夹角均为 30-45度，然后再将第一固定架、第二固定架、第三固定架通过锁扣分别连接在三个连接杆的下端，薄膜扩散梯度被动采样器、半透膜被动采样器、极性有机化合物整合采样器分别通过固定卡件依次固定在第一固定架、第二固定架、第三固定架内。在鱼箱主体内底部铺设填料层并种植水生植物，装入清水和4-6条鲤鱼苗，将鱼箱盖旋盖在鱼箱主体上，一并带至检测地，到达检测地后，将鱼箱主体的清水倒出，换上少量待检测水，通过鱼箱盖的螺纹孔与贯穿通道连通的输料管连接。
(2)检测方法：将整个装置放入检测水源内，泡沫塑料盘漂浮在水面上，并通过吊绳进行固定，由微控器控制抽吸泵每间隔3-5h对鱼箱主体内部曝气 30-40min，为鲤鱼供氧，同时可加快水流循环；每间隔12-24h由微控器控制自动投料箱向鱼箱主体内部定量输送饲料，同时抽吸泵开启，通过气流辅助将饲料输送，防止发生堵塞；由微控器控制LED灯每天对鱼箱主体补光5-6h，30天后取出装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明包括三种被动采样器和鱼类培养装置，其中鱼类培养装置可保证在长期检测中维持鱼类的生存环境，保持鱼类存活率。本发明的泡沫塑料盘的材质采用PFU，一方面可以提供浮力，另一方面PFU浸泡水中，曝露一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU 内，挤出的水样能代表该水体中的微型生物群落。此外，PFU可相当于是一种生物膜，时间长了之后上面会附着很多微生物，通过DNA提取、qPCR或高通量测序等技术，可以用以研究饮用水水体微生物生态学。将本装置应用到集中式饮用水源地水质安全评价中，可评估污染物的长期累积效应，更接近生物暴露环境的实际状况，尤其在突发状况时，可对当时背景及长期环境变化，提供评估的佐证，增加环境污染判定的可信度，对环境污染案件可发挥事前监测、早期预警及事后污染追踪等效能。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的鱼箱盖与鱼箱主体的分体结构示意图；
图3是本发明实施例中太湖河口区表层水水体门水平优势细菌类群；
图4是本发明实施例中太湖河口区表层水水体属水平细菌群落结构。
其中，1-泡沫塑料盘、2-支架、3-供电装置、31-蓄电池、32-逆变器、33-太阳能电池板、4-微控器、5-抽吸泵、6-自动投料箱、7-支撑连接装置、71-中心柱、 710-贯穿通道、72-连接杆、73-输料管、74-塑料软管、75-LED灯、8-鱼类养殖装置、81-鱼箱主体、82-鱼箱盖、83-螺纹孔、84-通孔、85-鱼苗、86-网孔、87- 填料层、88-水生植物、89-条纹槽、810-集水槽、811-连杆、9-采样装置、91-第一固定架、92-第二固定架、93-第三固定架、94-锁扣、95-薄膜扩散梯度被动采样器、96-半透膜被动采样器、97-极性有机化合物整合采样器、10-缆绳、11-歧管、12-防水电缆。
具体实施方式
如图1所示，一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，包括上位单元和下位单元，上位单元包括漂浮与水面上的泡沫塑料盘1，其中，泡沫塑料盘1的材质为PFU，一方面可以提供浮力，另一方面PFU浸泡水中，曝露一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU内，挤出的水样能代表该水体中的微型生物群落。PFU亦可作为生物膜，待时间长了之后上面会附着很多微生物，通过DNA提取、qPCR和高通量测序等技术，可以用以研究饮用水水体微生物生态学。位于泡沫塑料盘1上的支架2，支架2通过螺栓可拆卸固定泡沫塑料盘1上，以及支架2上的供电装置3、微控器4、抽吸泵5和自动投料箱 6，供电装置3分别为抽吸泵5和自动投料箱6进行供电，微控器4用于对抽吸泵5和自动投料箱6进行定时开关控制；供电装置3包括蓄电池31、逆变器32 和太阳能电池板33，太阳能电池板33斜置在支架2的顶部，逆变器32连接在太阳能电池板33与蓄电池31之间，用于将直流电转变为交流电，蓄电池31将存储的交流电提供给用电装置。
如图1所示，下位单元包括支撑连接装置7、鱼类养殖装置8、采样装置9，支撑连接装置7包括中心柱71、连接杆72、输料管73、塑料软管74，中心柱 71的上表面通过2条缆绳10连接至泡沫塑料盘1的下底面，如图1所示，中心柱71的底部内嵌有若干LED灯75，用于为鱼苗在试验期间提供充足的光照。中心柱71与泡沫塑料盘1之间设有与缆绳10并列的防水电缆12，防水电缆12 向上与蓄电池31、微控器4电性连接，向下为LED灯75供电。防水电缆12的稳定性好，可长期在水中工作。中心柱71内部设有纵向的贯穿通道710，塑料软管74下端与贯穿通道710上端通过螺纹连接，上端向上延伸并贯穿泡沫塑料盘1，通过歧管11分别与抽吸泵5的出口和自动投料箱6的出口相连，输料管 73上端与贯穿通道710的下端口通过螺纹连接，输料管73的中下部设有外螺纹，连接杆72共三个，连接杆72的近端分别与中心柱71的侧壁通过螺栓可拆卸连接。
如图1-2所示，鱼类养殖装置8包括鱼箱主体81和鱼箱盖82，鱼箱盖82 与鱼箱主体81通过螺纹连接为球形结构，鱼箱盖82的顶部设有螺纹孔83，螺纹孔83的周围设有若干通孔84，螺纹孔83与输料管73的外螺纹适配连接，并且使输料管73的末端延伸至鱼箱主体81内部，鱼箱主体81的内部放置有鱼苗 85，一般选择鲤鱼苗，如图1所示，鱼箱主体81的底部设有网孔86，网孔86 上铺设有填料层87，填料层87上种植有水生植物88，填料层87为粒径为1cm 的陶粒。鱼箱主体81的侧壁上开设有若干条交错的条纹槽89，便于鱼箱主体81 内部水与外部水互相进行交换。鱼类养殖装置8还包括集水槽810，集水槽810 的内底部通过连杆811与鱼箱主体81底部固定连接，且集水槽810的上沿高于条纹槽89的最高位置，集水槽810用于存水，在检测前和检测后需要保持一定的水量保证鱼的生存。
如图1所示，采样装置9包括第一固定架91、第二固定架92、第三固定架 93，第一固定架91、第二固定架92、第三固定架93的顶部分别通过锁扣94一一对应连接在三个连接杆72的远端，其中，第一固定架91内放置有薄膜扩散梯度被动采样器95，第二固定架92内放置有半透膜被动采样器96，第三固定架 93内放置有极性有机化合物整合采样器97。采样装置用于对饮用水源进行原位生物监测，生物监测内容包括生物群落、毒性试验、微生物测试、鱼组织的污染物残留。
利用本装置对江苏省常州市魏村水厂集水井进行检测，检测周期为30天。
本实施例的工作方法包括以下步骤：
(1)组装装置：将支架2的底脚通过螺栓连接在泡沫塑料盘1的上表面，支架2上安装有蓄满电的蓄电池31、逆变器32、太阳能电池板33、微控器4、抽吸泵5以及装有充足饲料的自动投料箱6，将塑料软管74的下端通过螺纹接头与中心柱71的贯穿通道710上端连接，塑料软管74的上端贯穿泡沫塑料盘1，并通过歧管11分别与抽吸泵5、自动投料箱6的出口相接；与中心柱71底部的 LED灯75相连的防水电缆12向上贯穿泡沫塑料盘1，连接至蓄电池31和微控器4，用于定时控制LED灯75的开关和照明时长；将2条缆绳10栓系在中心柱71与泡沫塑料盘1之间。中心柱71的侧壁上设有三个夹板槽，三个连接杆 72的上端分别与三个夹板槽通过螺栓连接，连接杆72与中心柱71的夹角均为 30度，然后再将第一固定架91、第二固定架92、第三固定架93通过锁扣94分别连接在三个连接杆72的下端，薄膜扩散梯度被动采样器95、半透膜被动采样器96、极性有机化合物整合采样器97分别通过固定卡件依次固定在第一固定架 91、第二固定架92、第三固定架93内。在鱼箱主体81内底部铺设填料层87并种植水生植物88，装入清水和4条鲤鱼苗，将鱼箱盖82旋盖在鱼箱主体81上，一并带至检测地，到达检测地后，将鱼箱主体81的清水倒出，换上少量待检测水，通过鱼箱盖82的螺纹孔83与贯穿通道710连通的输料管73连接。
(2)样品采集：将整个装置放入检测水源内，泡沫塑料盘1漂浮在水面上，并通过吊绳进行固定，利用泡沫塑料盘1对太湖河口区3个表层水体点位(DB1、 DB2、DB3)进行长时间(30天)的采样，PFU材质的泡沫塑料盘1充当生物膜进行表层水体微生物的富集，待PFU表面富集一定的微生物量，将泡沫塑料盘所用材质PFU充当生物膜进行表层水体微生物的富集，由微控器4控制抽吸泵5每间隔4h对鱼箱主体81内部曝气35min，为鲤鱼供氧，同时可加快水流循环；每间隔12h由微控器4控制自动投料箱6向鱼箱主体81内部定量输送饲料，同时抽吸泵5开启，通过气流辅助将饲料输送，防止发生堵塞；由微控器4 控制LED灯75每天对鱼箱主体81补光5h，30天后取出装置。
试验例1：研究水体微生物群落结构
(1)DNA提取：用无菌水冲洗泡沫塑料盘1表层，冲洗下来的水样用于 DNA的提取。按照Omega Water DNA Kit说明书步骤，提取冲洗水样品DNA，完成DNA提取后用NanoDrop2000超微量蛋白质核酸分析仪测定提取出的DNA 浓度和纯度后置于-20℃中保存，用于后续的PCR扩增。
(2)PCR扩增：将提取好的DNA产物使用16S rDNA V4区引物(515F/806R) 进行PCR扩增。PCR扩增体系总计20μL，含4μL的5X FastPfu缓冲液，2μL 的dNTPs(2.5mmol·L-1)，0.8μL的正向引物(5μmol·L-1)，0.8μL的反向引物(5μmol·L-1)，0.4μL的FastPfu聚合酶，10ng的DNA模板，补超纯水至20μL。PCR扩增过程：95℃预变性2min，95℃变性30s，55℃退火温度下反应30s，72℃延伸90s，共25个循环，最后72℃下延伸10min。PCR产物使用ρ＝2％的琼脂糖凝胶进行电泳检测，对目的条带使用Qiagen Gel Extraction Kit回收试剂盒回收产物。
(3)高通量测序：纯化后的产物经Hiseq PE250平台进行高通量测序和分析。使用DNA PCR-Free样品制备试剂盒建库试剂盒进行文库构建，构建好的文库使用Qubit@2.0荧光计和Agilent Bioanalyzer 2100系统评估测序文库质量。
(4)数据分析：根据Uparse软件进行操作分类单元(OTU)划分，将具有≥97％相似性的序列配给相同的OTU，筛选每个OTU的代表序对比Silva数据库进行物种注释分析(设定阈值为0.8～1)。为了研究不同OTU的系统发育关系，以及不同样本中优势种的差异，使用Muscle软件进行多序列比对。
实验结果分析：通过该采样装置对太湖河口区表层水体进行长时间的富集采样，经高通量测序可用于研究水体微生物群落结构。由图3可以看出，太湖表层水体中优势细菌类群有变形菌门(Proteobacteria，34.24％)、蓝藻门(Cyanobacteria， 30.06％)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae，7.85％)、异常球菌-栖热菌门 (Deinococcus-Thermus，14.22％)和酸杆菌门(Acidobacteria，1.12％)，其余细菌类群相对丰度均低于1％。经过该装置对太湖河口区表层水体的长期监测，可以看出Proteobacteria和Cyanobacteria为该区域水体细菌群落中最具优势的两大类群，而Cyanobacteria的高丰度值得引起关注。
按照细菌群落结构对太湖河口区表层水体进行划分，图4为其属水平细菌群落结构谱图，可以看出3个采样点间优势细菌属丰度有所差异，其中相对丰度较高的细菌类群为微囊藻属(Microcystis，22.12％)、奇异球菌属(Deinococcus， 14.18％)、不动杆菌属(Acinetobacter，7.32％)、产卟啉杆菌属(Porphyrobacter， 5.63％)，其余细菌属相对丰度均低于5％。其中Microcystis为3个采样点丰度最高的细菌类群，且有67.59的Microcystis均被鉴定为铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa，14.96％)，而Microcystisaeruginosa是富营养化淡水中的有害藻类，可形成有毒蓝藻水华，危害水生生物。
试验例2：研究有机毒物(以PAHs为例)浓度现状和潜在风险。
通过本装置在魏村水源地的为期30天的原位监测，了解典型饮用水源地有机毒物(以PAHs为例)浓度现状和潜在风险。
实验结果分析：魏村水厂集水井SPMDs富集到的溶解态多环芳烃(PAHs) 中，以芘、荧蒽和菲的检出频次最高，萘和苯并[b]荧蒽偶有检出，检出样品中 SPMD中富集的16种PAHs总含量介于91ng/g SPMD～2196ng/g SPMD之间；推算水中16种PAHs的时间加权平均浓度和在0.7～6.5ng/L之间。SPMDs技术采样时间在30天左右，其结果具有较好的时间代表性，灵敏度高，且与生物可利用性相关。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，其特征在于，包括上位单元和下位单元，
所述上位单元包括漂浮于水面上的泡沫塑料盘(1)，位于所述泡沫塑料盘(1)上的支架(2)，以及所述支架(2)上的供电装置(3)、微控器(4)、抽吸泵(5)和自动投料箱(6)，所述供电装置(3)分别为抽吸泵(5)和自动投料箱(6)进行供电，所述微控器(4)用于对抽吸泵(5)和自动投料箱(6)进行定时开关控制；
所述下位单元包括支撑连接装置(7)、鱼类养殖装置(8)、采样装置(9)，所述支撑连接装置(7)包括中心柱(71)、连接杆(72)、输料管(73)、塑料软管(74)，所述中心柱(71)的上表面通过若干缆绳(10)连接至所述泡沫塑料盘(1)的下底面，中心柱(71)内部设有纵向的贯穿通道(710)，所述塑料软管(74)下端与所述贯穿通道(710)上端通过螺纹连接，上端向上延伸并贯穿泡沫塑料盘(1)，通过歧管(11)分别与抽吸泵(5)的出口和自动投料箱(6)的出口相连，所述输料管(73)上端与贯穿通道(710)的下端口通过螺纹连接，输料管(73)的中下部设有外螺纹，所述连接杆(72)共三个，连接杆(72)的近端分别与中心柱(71)的侧壁可拆卸连接，
所述鱼类养殖装置(8)包括鱼箱主体(81)和鱼箱盖(82)，所述鱼箱盖(82)与鱼箱主体(81)通过螺纹连接为球形结构，鱼箱盖(82)的顶部设有螺纹孔(83)，螺纹孔(83)的周围设有若干通孔(84)，所述螺纹孔(83)与输料管(73)的外螺纹适配连接，并且使输料管(73)的末端延伸至鱼箱主体(81)内部，鱼箱主体(81)的内部放置有鱼苗(85)，
所述采样装置(9)包括第一固定架(91)、第二固定架(92)、第三固定架(93)，所述第一固定架(91)、第二固定架(92)、第三固定架(93)的顶部分别通过锁扣(94)一一对应连接在三个连接杆(72)的远端，其中，第一固定架(91)内放置有薄膜扩散梯度被动采样器(95)，第二固定架(92)内放置有半透膜被动采样器(96)，第三固定架(93)内放置有极性有机化合物整合采样器(97)。
2.如权利要求1所述的一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，其特征在于，所述供电装置(3)包括蓄电池(31)、逆变器(32)和太阳能电池板(33)，所述太阳能电池板(33)斜置在所述支架(2)的顶部，所述逆变器(32)连接在太阳能电池板(33)与蓄电池(31)之间，用于将直流电转变为交流电，蓄电池(31)将存储的交流电提供给用电装置。
3.如权利要求1所述的一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，其特征在于，所述泡沫塑料盘(1)的材质为PFU。
4.如权利要求2所述的一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，其特征在于，所述中心柱(71)的底部内嵌有若干LED灯(75)。
5.如权利要求4所述的一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，其特征在于，所述中心柱(71)与泡沫塑料盘(1)之间设有与所述缆绳(10)并列的防水电缆(12)，所述防水电缆(12)向上与所述蓄电池(31)、微控器(4)电性连接，向下为所述LED灯(75)供电。
6.如权利要求1所述的一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，其特征在于，所述鱼箱主体(81)的底部设有网孔(86)，网孔(86)上铺设有填料层(87)，所述填料层(87)上种植有水生植物(88)。
7.如权利要求1所述的一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置，其特征在于，所述鱼箱主体(81)的侧壁上开设有若干条交错的条纹槽(89)。
8.如权利要求1-8任意一项所述的一种基于理化和生物耦合监测的原位被动采样装置的应用，其特征在于，所述采样装置用于对饮用水源进行原位生物监测，生物监测内容包括生物群落、毒性试验、微生物测试、鱼组织的污染物残留。
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