CN112707487A - 一种人工海水碳酸盐系统调控方法 - Google Patents

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李富田
范佳乐
尚宇
姜乐乐
邱经民
苏天赐
张天芝
陈心怡
徐军田
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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Abstract

本发明公开了一种人工海水碳酸盐系统调控方法，该方法是通过向无碳人工海水中添加一定质量的NaHCO3及Na2CO3，调节人工海水的碳酸盐系统参数至目标值，模拟自然海域海水碳酸盐系统变化，便于开展环境变化生物学效应研究。其中NaHCO3及Na2CO3的加入量可以根据目标pH值以及人工海水的理论总碱度推算得出。本发明的调控方法简便易行，可以准确地模拟大气CO2浓度变化引起的海水碳酸盐系统参数的变化。特别是针对某些易受传统充气方法影响的一些生物来说，该调控手段是一种较理想的替代方法。本发明在调控人工海水碳酸盐系统方面具有显著的优势，所用材料简单易得，进一步解决了传统调控手段存在的问题。

Description

一种人工海水碳酸盐系统调控方法
技术领域
本发明涉及人工海水碳酸盐系统领域，具体为一种人工海水碳酸盐系统调控方法。
背景技术
环境变化及其生物学效应是近年来热点问题之一，尤其是大气CO2浓度变化引起的生物学效应问题一直是科学家关注的重点课题。在研究大气CO2浓度变化引起的海水碳酸盐系统变化时，野外研究因需要长时间序列的观测数据且难以重复等问题，开展起来有较大难度。因此，科学家一般采用实验室模拟的方法研究海水碳酸盐系统变化对生物的影响。在实验室模拟研究中，有几种常用的方法可用来调控海水碳酸盐系统参数的变化，如酸碱调控法或充气法等。向人工海水中加入酸或者碱调控海水碳酸盐系统是一种简便的方法，但是这种方法会改变海水总碱度，对于研究大气CO2浓度变化对钙化生物钙化速率的研究具有明显缺陷；充气法是一种常用的保持海水总碱度不变的方法，但是某些生物如部分甲藻、鞭毛藻会受到充气的扰动影响，不利于开展研究。本发明所涉及的人工海水碳酸盐系统调控方法简便易操作，可以用来替代传统的充气方法，且能保持海水总碱度不改变，准确地模拟因为环境变化引起的海水碳酸盐系统其它参数的变化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种人工海水碳酸盐系统调控方法，通过添加NaHCO3及Na2CO3至无碳人工海水中，调节海水碳酸盐系统参数至目标值，模拟自然海域海水碳酸盐系统变化。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种人工海水碳酸盐系统调控方法，根据目标海水pH值以及人工海水总碱度理论值，计算出所需要添加的NaHCO3及Na2CO3质量，能够准确模拟大气CO2浓度变化引起的海水碳酸盐系统参数的变化，具体步骤如下：
步骤一：配制无碳人工海水，根据培养基配方添加除NaHCO3外的其他化学药品至蒸馏水中，溶解完全后转移至密封容器中，注意容器顶空体积不能超过总体积的5％，此外，配置过程中的所有容器以及玻璃棒均需蒸馏水润洗3次以上；
步骤二：根据目标pH值计算所需向无碳人工海水中添加的NaHCO3及Na2CO3质量，利用可公开获取的CO2SYS程序，以及目标pH值，通过人工海水总碱度理论值计算出对应海水中溶解无机碳的总量以及NaHCO3和Na2CO3的贡献比例；
步骤三：根据计算质量，称量NaHCO3及Na2CO3，加入至无碳人工海水中，充分溶解，并混匀海水；
步骤四：取样验证，使用校准好的pH计测定调控好的海水pH值是否与目标值一致。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤一中的培养基是以Aquil培养基为例。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤一中的配制无碳人工海水，模拟海水碳酸盐系统参数变化可以覆盖自然海域海水的变化范围。
一种人工海水碳酸盐系统调控方法的应用，其用于模拟自然海域海水碳酸盐系统变化，开展环境变化生物学效应研究。
作为本发明的一种优选技术方案，其用于替代传统的人工海水调控方法。
本发明的有益效果是：
1、本发明在调控人工海水碳酸盐系统方面具有显著的优势，所用材料简单易得，进一步解决了传统调控手段存在的问题；
2、本发明所涉及的调控方法，可用于易受充气方法影响的部分甲藻及鞭毛藻的相关研究；
3、本发明所涉及的调控方法，在保持海水总碱度不变的情况下，可以准确地模拟由于大气CO2变化引起的海水碳酸盐系统的变化；
4、本发明的调控方法的工艺简单、成本低廉，安全环保，具有很高的推广价值。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明提供一种技术方案：一种人工海水碳酸盐系统调控方法，根据目标海水pH值以及人工海水总碱度理论值，计算出所需要添加的NaHCO3及Na2CO3质量，能够准确模拟大气CO2浓度变化引起的海水碳酸盐系统参数的变化，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：配制无碳人工海水，根据培养基配方添加除NaHCO3外的其他化学药品至蒸馏水中，溶解完全后转移至密封容器中，注意容器顶空体积不能超过总体积的5％，此外，配置过程中的所有容器以及玻璃棒均需蒸馏水润洗3次以上；
步骤二：根据目标pH值计算所需向无碳人工海水中添加的NaHCO3及Na2CO3质量，利用可公开获取的CO2SYS程序，以及目标pH值，通过人工海水总碱度理论值计算出对应海水中溶解无机碳的总量以及NaHCO3和Na2CO3的贡献比例；
步骤三：根据计算质量，称量NaHCO3及Na2CO3，加入至无碳人工海水中，充分溶解，并混匀海水；
步骤四：取样验证，使用校准好的pH计测定调控好的海水pH值是否与目标值一致。
所述步骤一中的培养基是以Aquil培养基为例。所述步骤一中的配制无碳人工海水，模拟海水碳酸盐系统参数变化可以覆盖自然海域海水的变化范围。
一种人工海水碳酸盐系统调控方法的应用，其用于模拟自然海域海水碳酸盐系统变化，开展环境变化生物学效应研究。
一种人工海水碳酸盐系统调控方法的应用，其用于替代传统的人工海水调控方法。
实施例1：
不同海水碳酸盐调控方法对典型硅藻威氏海链藻生长速率的影响：
(1)试验对象基本情况：
威氏海链藻作为一种典型的近岸硅藻，是研究环境变化生物学效应的模式生物之一，其存在形式一般为单细胞，具有硅质细胞壁，是一种常用的饵料微藻。在本试验中，威氏海链藻的培养温度为20℃，培养光强为150μmol photons m-2s-1，光周期设置为12h，所用培养基为f/2培养基；
(2)试验方案设计：
试验设2个处理，每个处理重复3次，培养瓶在培养箱中随机排列，试验处理组分为：
处理1：充气调控处理；
处理2：利用添加NaHCO3及Na2CO3调控处理；
具体调控方法：处理1通过气泵将室外空气(对应空气中CO2分压为400ppm，海水pH8.15左右)经过滤头过滤后通入培养瓶中，处理2采用本发明所涉及的调控方法。NaHCO3及Na2CO3的添加量采用如下公式计算：C(Na2CO3)+C(NaHCO3)＝目标DIC；2*C(Na2CO3)+C(NaHCO3)+K＝人工海水理论总碱度。其中C(Na2CO3)和C(NaHCO3)分别代表Na2CO3及NaHCO3在人工海水中的终浓度(μmol kg-1)；K代表海水中除HCO3 -及CO3 2-外其他离子贡献的总碱度(μmol kg-1)；人工海水理论总碱度按照2300μmol kg-1计算；目标DIC根据在CO2SYS中输入目标pH以及理论总碱度值计算得出。在此试验中处理2的目标pH设置为8.15。试验开始时将威氏海链藻接种至两种处理的人工海水培养基中半连续培养(每两天稀释一次)，培养7天左右，之后取样测定其细胞浓度，并计算生长速率。此外还取样测定人工海水培养基的pH以及总碱度，并进行比较。
(3)结果如下所示：
a)不同处理对人工海水pH及总碱度的影响；
培养结束后，取样测的处理1人工海水培养基pH为8.16±0.01，总碱度为2365±7μmol kg-1；处理2人工海水培养基pH为8.17±0.02，总碱度为2381±23μmol kg-1。经过统计分析，两种处理间海水pH及总碱度无显著差异。
b)不同处理对威氏海链藻生长速率的影响；
从试验硅藻生长速率上看，处理1中速率为1.53±0.03d-1，处理2速率为1.57±0.03d-1。经过统计分析，两种处理间威氏海链藻的生长速率无显著差异。
以上试验结果表明该发明所涉及的一种人工海水碳酸盐系统调控方法可以替代传统充气调控方法，保持海水总碱度不变，较好地模拟海水碳酸盐系统变化。
本发明在调控人工海水碳酸盐系统方面具有显著的优势，所用材料简单易得，进一步解决了传统调控手段存在的问题；本发明所涉及的调控方法，可用于易受充气方法影响的部分甲藻及鞭毛藻的相关研究；本发明所涉及的调控方法，在保持海水总碱度不变的情况下，可以准确地模拟由于大气CO2变化引起的海水碳酸盐系统的变化；本发明的调控方法的工艺简单、成本低廉，安全环保，具有很高的推广价值。
上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种人工海水碳酸盐系统调控方法，根据目标海水pH值以及人工海水总碱度理论值，计算出所需要添加的NaHCO3及Na2CO3质量，能够准确模拟大气CO2浓度变化引起的海水碳酸盐系统参数的变化，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：配制无碳人工海水，根据培养基配方添加除NaHCO3外的其他化学药品至蒸馏水中，溶解完全后转移至密封容器中，注意容器顶空体积不能超过总体积的5％，此外，配置过程中的所有容器以及玻璃棒均需蒸馏水润洗3次以上；
步骤二：根据目标pH值计算所需向无碳人工海水中添加的NaHCO3及Na2CO3质量，利用可公开获取的CO2SYS程序，以及目标pH值，通过人工海水总碱度理论值计算出对应海水中溶解无机碳的总量以及NaHCO3和Na2CO3的贡献比例；
步骤三：根据计算质量，称量NaHCO3及Na2CO3，加入至无碳人工海水中，充分溶解，并混匀海水；
步骤四：取样验证，使用校准好的pH计测定调控好的海水pH值是否与目标值一致。
2.根据权利要求1所述的一种人工海水碳酸盐系统调控方法，其特征在于：所述步骤一中的培养基是以Aquil培养基为例。
3.根据权利要求1所述的一种人工海水碳酸盐系统调控方法，其特征在于：所述步骤一中的配制无碳人工海水，模拟海水碳酸盐系统参数变化可以覆盖自然海域海水的变化范围。
4.根据权利要求1所述的一种人工海水碳酸盐系统调控方法的应用，其特征在于：其用于模拟自然海域海水碳酸盐系统变化，开展环境变化生物学效应研究。
5.根据权利要求4所述的一种人工海水碳酸盐系统调控方法的应用，其特征在于：其用于替代传统的人工海水调控方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106093326A (zh) * 2016-05-31 2016-11-09 中国海洋大学 一种近岸海水pH值的检测方法

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常思伟: "区分海洋酸化过程中二氧化碳分压上升和pH下降对束毛藻的影响及机理初探", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)基础科学辑》 *

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