CN112568150A

CN112568150A - 用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置及测定方法

Info

Publication number: CN112568150A
Application number: CN202011440155.9A
Authority: CN
Inventors: 王岩
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2021-03-30

Abstract

本发明属于水生生态与环境技术领域，具体涉及用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置及测定方法。包括进水系统、呼吸室系统、出水系统和微流水系统；所述进水系统、呼吸室系统和出水系统用于测定水生动物游泳能力；所述呼吸室系统和微流水系统用于测定水生动物的耗氧率和排氨率。本发明能够同时测定多种或多个水生动物的游泳能力、耗氧率和排氨率，也能够结合测定动物游泳前、后的耗氧率和排氨率；也能够在现场条件下测定多种或多个动物的游泳能力、耗氧率和排氨率，或结合测定动物游泳前、后的耗氧率和排氨率，具有简易和方便使用的特点。

Description

用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置及测定方法

技术领域

本发明属于水生生态、环境和水产养殖技术领域，具体涉及用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置及测定方法。

背景技术

大型水生动物，如鱼类、虾类、蟹类、贝类、头足类和爬行类动物不仅具有重要的经济价值，同时也是反映水生生物多样性和环境状况的重要指示生物。其中，鱼类、虾类和头足类等具有逆水长距离运动的能力，称为游泳动物；蟹类、贝类和爬行类动物称为底栖动物。水流是影响水生动物自然分布和环境选择的重要因素，确定大型水生动物游泳能力对于了解其自然分布和建立人工养殖条件具有重要指导作用，是水生生态学研究、渔业资源评价和水产养殖管理中常用的技术手段。此外，鱼类、虾类、蟹类、贝类、头足类和爬行类动物摄食、生长和代谢与环境条件存在密切的关系，由于耗氧率和排氨率反映了个体的代谢强度，因此测定鱼类、虾类、蟹类、贝类、头足类和爬行类动物的耗氧率和排氨率是水生动物生物能量学、营养学和养殖学研究中常用的手段。

目前，测定大型水生动物游泳能力和代谢强度需分别在不同的实验装置中进行，通常利用专门设计的流体水槽系统测定鱼类等大型水生动物的游泳能力，利用专门设计的呼吸仪系统来测定鱼类、虾类、蟹类和贝类的耗氧率和排氨率。然而，上述流体水槽系统和呼吸仪系统往往需要固定安装在特定的实验室中使用，占用空间较大、结构复杂、价格较高；测试动物需经过长时间运输后在实验室内暂养一段时间后才能用于实验，与自然环境下的生理状态差异较大。另外，现有的装置难以同时测定多个水生动物个体的游泳能力。尽管利用简易组装的玻璃水瓶(玻璃锥形瓶或广口瓶)可在野外条件下测定大型水生动物的耗氧率和排氨率，但玻璃容器存在携带不方便、容易损坏、现场组装麻烦且性能不稳定的问题。因此，水生生物学、环境科学、渔业和水产养殖研究中需要一种可在现场条件下方便使用的、可同时测量多个大型水生动物个体游泳能力和代谢强度的实验装置。

如申请号为CN201822043056.1的中国实用新型专利所述的鱼类暂养、游泳行为观测与游泳能力测试结构，包括供水系统，其进水端与水源连接，供水系统的出水端连接游泳能力测试区，该区包括透明通道，其靠供水系统端设有稳流格栅，透明通道内间隔设有至少两个红外监测系统，所述游泳能力测试区的下游为游泳行为观测与暂养区，该区包括上游的进水渠和下游的出水渠，周围设有墙体，内部设有浅滩区和深潭区，出水渠上游设闸门和拦鱼网。虽然以河道水为水源，使得其结构内的环境更贴近天然环境，可以用于测试野生鱼，还可以解决鱼类游泳能力测试流速环境单一、空间狭小仅用于个体试验的问题，可应用于鱼类群体游泳能力与行为观测，但是不足之处在于所述结构无法用于对水生动物的代谢强度进行测量。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，测定大型水生动物游泳能力和代谢强度需分别在不同的实验装置中进行，且存在占用空间较大、结构复杂、价格较高、携带不方便、容易损坏、现场组装麻烦以及性能不稳定的问题，提供了一种简易的、方便使用的、可在原位条件下进行测量的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置及测定方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置，包括进水系统、呼吸室系统、出水系统和微流水系统；所述进水系统与呼吸室系统连接，所述微流水系统与呼吸室系统连接，所述呼吸室系统与出水系统连接；所述进水系统、呼吸室系统和出水系统用于测定水生动物游泳能力；所述呼吸室系统和微流水系统用于测定水生动物的耗氧率和排氨率；所述呼吸室系统包括进水阀门、进水采样阀、呼吸室、出水采样阀、出水阀门和流速仪；所述进水阀门、进水采样阀、呼吸室、出水采样阀和出水阀门依次连接；所述进水阀门和出水阀门用于控制测定水生动物游泳能力时，呼吸室的进水量；所述进水采样阀和出水采样阀用于控制测定水生动物耗氧率和排氨率时，进入呼吸室的微流水流速；所述流速仪用于测定经过呼吸室水流的速度。

作为优选，所述呼吸室包括异形进水管、快速活接接头、透明有机玻璃管、异形出水管；所述异形进水管、快速活接接头、透明有机玻璃管、异形出水管依次连接；所述异形进水管与进水采样阀连接，所述异形出水管与出水采样阀连接；所述快速活接接头用于打开呼吸室取放实验的水生动物。

作为优选，所述进水系统包括潜水泵、进水管和进水管快速活接接头；所述潜水泵、进水管和进水管快速活接接头依次连接；所述进水管快速活接接头与进水阀门连接。

作为优选，所述出水系统包括出水管快速活接接头和出水管；所述出水管快速活接接头和出水管依次连接；所述出水管快速活接接头与流速仪连接。

作为优选，所述微流水系统包括微型水泵和微流水管道；所述微流水管道包括微流水进水管和微流水出水管，所述微流水进水管一端与微型水泵连接，微流水进水管另一端与进水采样阀连接；所述微流水出水管与出水采样阀连接。

作为优选，本发明还包括循环水槽，所述循环水槽与出水管连接。

本发明还提供了用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的测定方法，包括以下步骤：

游泳能力的测定：

S1，关闭呼吸室系统的进水阀门、出水阀门、进水采样阀和出水采样阀，旋开进水管快速活接接头和出水管快速活接接头，将呼吸室系统取下，垂直竖立；

S2，旋转快速活接接头打开呼吸室，将水生动物放入呼吸室内的透明有机玻璃管中，旋转快速活接接头关闭呼吸室；旋上进水管快速活接接头和出水管快速活接接头，将呼吸室系统分别与进水系统和出水系统连接；

S3，启动潜水泵，使水生动物逆水流游动，打开进水阀门和出水阀门调节流速，直至水生动物不能长时间顶流游动时，记录下流速仪上显示的数据，确定对应水生动物的最大可持续游泳能力；

耗氧率和排氨率的测定：

S4，关闭呼吸室系统的进水阀门、出水阀门、进水采样阀和出水采样阀，旋开进水管快速活接接头和出水管快速活接接头，将呼吸室系统取下，垂直竖立；

S5，旋转快速活接接头打开呼吸室，将水生动物放入呼吸室内的透明有机玻璃管中，旋转快速活接接头关闭呼吸室；

S6，启动微型水泵，打开进水采样阀门和出水阀门，排出呼吸室内空气；关闭出水阀门并打开出水采样阀门，调节微流水流速；定期在进水采样阀和出水采样阀采集水样，测定进水口和出水口处的溶解氧和氨氮含量。

作为优选，用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的测定方法，还包括以下步骤：

S7，测定实验结束后，关闭呼吸室系统的进水阀门、出水阀门、进水采样阀和出水采样阀，旋开进水管快速活接接头和出水管快速活接接头，将呼吸室系统取下，垂直竖立；旋转快速活接接头打开呼吸室，将水生动物从透明有机玻璃管中取出；排出呼吸室中的水并清洗呼吸室，以待下一次实验使用。

作为优选，本发明中所述的水生动物包括鱼类、虾类、蟹类、贝类、头足类和爬行类动物。

本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明设计制造的装置可以在实验室内同时测定多种或多个水生动物的游泳能力、耗氧率和排氨率，也能够结合测定动物游泳前、后的耗氧率和排氨率；也能够在现场条件下测定多种或多个动物的游泳能力、耗氧率和排氨率，或结合测定动物游泳前、后的耗氧率和排氨率，现场条件指实验动物分布的任意天然水体和人工水体，包括池塘、湖泊、河流、水库、湿地和海洋；(2)本发明中的呼吸室可根据需要水平或垂直悬挂在水中，或安放在水槽或空气中，适用性强；(3)本发明方法能够应用于水域生态学、水生生物资源管理和水产养殖研究，尤其是作为分析经济水生动物，如鱼类、虾类、蟹类、贝类、头足类和爬行类动物代谢强度的工具。

附图说明

图1为本发明中用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的一种结构示意图；

图2为本发明用于测定水生动物游泳能力的一种结构示意图；

图3为本发明用于测定水生动物耗氧率和排氨率的一种结构示意图。

图中：进水系统1、呼吸室系统2、出水系统3、微流水系统4、进水阀门5、进水采样阀6、呼吸室7、出水采样阀8、出水阀门9、异形进水管701、快速活接接头702、透明有机玻璃管703、异形出水管704、潜水泵101、进水管102、进水管快速活接接头103、出水管快速活接接头301、出水管302、微型水泵401、微流水进水管402、微流水出水管403、循环水槽10、进水水样11、出水水样12。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例1：

如图1所示的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置，包括进水系统1、两个呼吸室系统2、出水系统3和微流水系统4；所述进水系统与两个呼吸室系统连接，所述微流水系统与两个呼吸室系统连接，所述两个呼吸室系统与出水系统连接；所述进水系统、呼吸室系统和出水系统用于测定水生动物游泳能力；所述呼吸室系统和微流水系统用于测定水生动物的耗氧率和排氨率。

如图2所示，其中，所述呼吸室系统包括进水阀门5、进水采样阀6、呼吸室7、出水采样阀8、出水阀门9和流速仪；所述进水阀门、进水采样阀、呼吸室、出水采样阀和出水阀门依次连接；所述进水阀门和出水阀门用于控制测定水生动物游泳能力时，呼吸室的进水量；所述进水采样阀和出水采样阀用于控制测定水生动物耗氧率和排氨率时，进入呼吸室的微流水流速；所述流速仪用于测定经过呼吸室水流的速度。具体的，进水阀门和出水阀门连接水管的外径为50cm；进水采样阀和出水采样阀连接水管的外径为20cm。

进一步的，所述呼吸室包括异形进水管701、快速活接接头702、透明有机玻璃管703、异形出水管704；所述异形进水管、快速活接接头、透明有机玻璃管、异形出水管依次连接；所述异形进水管与进水采样阀连接，所述异形出水管与出水采样阀连接；所述快速活接接头用于打开呼吸室取放实验的水生动物。异形进水管的管径变化为50cm至110cm；快速活接接头和透明有机玻璃管的管径为110cm；异形出水管的管径变化为110cm至50cm。呼吸室管道外径110cm，长500cm，呼吸室容积为5L。

进一步的，进水系统包括潜水泵101、进水管102和进水管快速活接接头103；所述潜水泵、进水管和进水管快速活接接头依次连接；所述进水管快速活接接头与进水阀门连接。潜水泵用来泵水进行游泳能力的测定，潜水泵的功率可根据每个呼吸室内设定的流速和所进行测试的呼吸室的数目来确定。进水管快速活接接头将进水管和每个呼吸室连接起来。进水管的外径为75cm，经过异形直接转换后管道外径减小为50cm。进水管连接进水阀门的管道外径为50cm。

进一步的，所述出水系统包括出水管快速活接接头301和出水管302；所述出水管快速活接接头和出水管依次连接；所述出水管快速活接接头与流速仪连接。每一个呼吸室出水管连接出水阀门的管道外径为50cm。总出水管外径为75cm。

另外，本发明还包括循环水槽10，所述循环水槽与出水管连接，循环水槽容积可根据每个呼吸室内设定的流速和所进行测试的呼吸室的数目来确定。

如图3所示，微流水系统包括微型水泵401和微流水管道；所述微流水管道包括微流水进水管402和微流水出水管403，所述微流水进水管一端与微型水泵连接，微流水进水管另一端与进水采样阀连接；所述微流水出水管与出水采样阀连接。微型水泵用来实现呼吸室微流水进行耗氧率和排氨率的测定。微流水管道外径为20cm，通过三通连接采样阀。采样阀连接水管的外径为20cm。

图2和图3中，箭头所指示的方向为水流动的方向。

基于实施例1，本发明还提供了用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的测定方法，包括以下步骤：

游泳能力的测定，如图2所示：

耗氧率和排氨率的测定，如图3所示：

S6，启动微型水泵，打开进水采样阀门和出水阀门，排出呼吸室内空气；关闭出水阀门并打开出水采样阀门，调节微流水流速；定期在进水采样阀和出水采样阀分别采集进水水样11和出水水样12，测定进水口和出水口处的溶解氧和氨氮含量。

用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的测定方法，还包括以下步骤：

所述测定方法中的水生动物可采用包括鱼类、虾类、蟹类、贝类、头足类和爬行类动物。

在进行上述测定方法前，还需要做如下准备工作：

设计并加工制造用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的各个组成部分，包括进水系统(潜水泵、进水管、进水管快速活接接头)、呼吸室系统(进水阀门、进水采样阀、呼吸室、出水采样阀、出水阀门、流速仪)、出水系统(出水管快速活接接头、出水管)、微流水系统(微型水泵、微流水管道)；

将装置各部分运送至网箱，根据实验设计图纸安装组合，可采用PVC胶水连接各个组成部分；其中，将每个呼吸室水平悬挂在网箱中。

本发明设计制造的装置可以在实验室内同时测定多种或多个水生动物的游泳能力、耗氧率和排氨率，也能够结合测定动物游泳前、后的耗氧率和排氨率；也能够在现场条件下测定多种或多个动物的游泳能力、耗氧率和排氨率，或结合测定动物游泳前、后的耗氧率和排氨率，现场条件指实验动物分布的任意天然水体和人工水体，包括池塘、湖泊、河流、水库、湿地和海洋；本发明中的呼吸室可根据需要水平或垂直悬挂在水中，或安放在水槽或空气中，适用性强；本发明方法能够应用于水域生态学研究和水生生物资源管理，尤其是作为分析经济水生动物。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置，其特征在于，包括进水系统、呼吸室系统、出水系统和微流水系统；所述进水系统与呼吸室系统连接，所述微流水系统与呼吸室系统连接，所述呼吸室系统与出水系统连接；所述进水系统、呼吸室系统和出水系统用于测定水生动物游泳能力；所述呼吸室系统和微流水系统用于测定水生动物的耗氧率和排氨率；所述呼吸室系统包括进水阀门、进水采样阀、呼吸室、出水采样阀、出水阀门和流速仪；所述进水阀门、进水采样阀、呼吸室、出水采样阀和出水阀门依次连接；所述进水阀门和出水阀门用于控制测定水生动物游泳能力时，呼吸室的进水量；所述进水采样阀和出水采样阀用于控制测定水生动物耗氧率和排氨率时，进入呼吸室的微流水流速；所述流速仪用于测定经过呼吸室水流的速度。

2.根据权利要求1所述的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置，其特征在于，所述呼吸室包括异形进水管、快速活接接头、透明有机玻璃管、异形出水管；所述异形进水管、快速活接接头、透明有机玻璃管、异形出水管依次连接；所述异形进水管与进水采样阀连接，所述异形出水管与出水采样阀连接；所述快速活接接头用于打开呼吸室取放实验的水生动物。

3.根据权利要求2所述的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置，其特征在于，所述进水系统包括潜水泵、进水管和进水管快速活接接头；所述潜水泵、进水管和进水管快速活接接头依次连接；所述进水管快速活接接头与进水阀门连接。

4.根据权利要求3所述的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置，其特征在于，所述出水系统包括出水管快速活接接头和出水管；所述出水管快速活接接头和出水管依次连接；所述出水管快速活接接头与流速仪连接。

5.根据权利要求4所述的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置，其特征在于，所述微流水系统包括微型水泵和微流水管道；所述微流水管道包括微流水进水管和微流水出水管，所述微流水进水管一端与微型水泵连接，微流水进水管另一端与进水采样阀连接；所述微流水出水管与出水采样阀连接。

6.根据权利要求4所述的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置，其特征在于，还包括循环水槽，所述循环水槽与出水管连接。

7.基于权利要求5所述的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

游泳能力的测定：

耗氧率和排氨率的测定：

8.根据权利要求7所述的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的测定方法，其特征在于，还包括以下步骤：

9.根据权利要求7或8所述的用于测定水生动物游泳能力、耗氧率和排氨率的装置的测定方法，其特征在于，所述水生动物包括鱼类、虾类、蟹类、贝类、头足类和爬行类动物。