CN207476683U - 一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置，包括鱼缸部分(1)、流量控制装置(2)和流量观测装置(3)，用水管(5)将三部分连接。有机玻璃隔板(7)将鱼缸分隔成两个水槽，可进行平行试验，阀门(4)控制每个水槽的流量。4片塑料材质的防护网(6)可根据不同试验要求自行更换。流量控制装置(2)由水泵、变压器和开关组成。流量观测装置(3)采用LZB转子流量计。本实用新型可以改装成鱼类栖息地模拟装置；本实用新型可以单独使用，也可以多组并联使用；可进行鱼类污染和流量暴露试验，明确水体污染物和流量对鱼类生理学指标的影响规律，进而明确不同水体污染程度下的适宜生态流量。本实用新型适用于环境科学与生态修复领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及生态恢复领域，特别涉及一种用于以鱼类为代表的水生生物对污染和流量的响应关系以及基于鱼类生理指标的适宜生态流量研究的装置。
背景技术
河流为鱼类生存提供了栖息的空间，同时还提供了满足鱼类生存和生长的环境因子，例如流速、水质、底质和水温等。鱼类是河流生态系统的顶级群落，其种群结构和栖息地特征能够直接反映水生态系统健康的总体状况。因此，鱼类通常被认为是河流生态恢复的重要保护目标。鱼类生存与河流流量、河水水质有直接的关系。河流流量是鱼类栖息地环境和生理生态行为的重要影响因子，河道流量、频率、持续时间、变化率等水文学参数对鱼类栖息地环境有重要的影响。同时也在一定程度上影响着鱼类代谢等生理过程。河流的水环境质量对鱼类生理生态行为意义重大。水体污染物对鱼类生理学过程有重要影响，污染严重时甚至威胁鱼类生存。在水资源总量匮乏和水体污染重双重压力下，以鱼类为代表的水生生物的对污染和流量的响应关系以及基于鱼类生理指标的适宜生态流量研究，可以为水系生态恢复提供科学依据。基于鱼类保护目标的适宜生态流量的研究方法大多建立在大量的野外调查和长序列水文数据基础上，且以水体污染较轻为基础，在污染严重的区域并不适用。例如海河流域存在水资源短缺和水体质量恶化的双重问题，水生态环境较为恶劣，长序列的水文和生态数据较为缺乏。为解决上述问题，设计了一种模拟符合研究区水量特点的实用新型装置，进行污染和流量双重胁迫对鱼类生理学指标影响的室内模拟试验，依据室内模拟试验结论，以鱼类生理学指标对流量的响应规律为依据可计算水系生态恢复的适宜生态流量。本实用新型可进行静水式的暴露试验，也可进行流水式的暴露试验。还可将多组本实用新型装置并联使用，可同时进行不同流速下的鱼类暴露试验，或同时进行不同鱼类暴露的试验，或同时进行同种不同生活史阶段的鱼类的暴露试验。
综上所述，明确鱼类在污染和流量双重胁迫下的生长和生理学变化规律，并以此为依据可研究基于鱼类保护目标的适宜生态流量，对流域或河流生态管理和恢复具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是模拟符合研究区水量特点，进行污染和流量双重胁迫对鱼类生理学指标影响的室内模拟试验，明确流量和污染胁迫对鱼类生理学指标影响的规律以及研究基于鱼类生理指标的适宜生态流量。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置由鱼缸部分(1)、流量控制装置(2)和流量观测装置(3)三个部分构成。用水管(5)将三部分连接，实现流速控制和用水的循环。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述鱼缸部分(1)采用有机玻璃(7mm)为材料，大小为1140mm×200mm×200mm(均指内径尺寸)。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述鱼缸正中间沿纵向添加有机玻璃隔板(7)，将缸内隔成两个水槽部分，以进行平行试验。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述水槽都有一个进水口，并用阀门(4)控制每个水槽中的流量。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述鱼缸两端70mm处放置4片可自由拆卸的塑料材质的防护网(6)，一方面实现布水作用，另一方面保护实验中鱼不会进入管道。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述塑料材质的防护网(6)，由卡槽固定，根据不同试验要求自行更换。当其中一个水槽进行静水试验时，出水口处的防护网可更换成同等大小的玻璃隔板。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述流量控制装置(2)包括水泵、变压器和开关。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述流量控制通过可调速微型水泵实现，当设计流量＜24L/min时采用2400W功率的水泵，设计流量≥24L/min时采用3600W功率的水泵。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述流量观测装置(3)使用LZB玻璃转子流量计，可以实时读取流量，搭配阀门(4)控制水流大小。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述两组或两组以上装置并联，可同时进行不同流速下的鱼类暴露试验，或同时进行不同鱼类的暴露试验，或同时进行同种但不同生活史阶段鱼类的暴露试验。
上述的适宜鱼类栖息地的生态监测装置，所述鱼缸底部铺设一层沉积物(8)，种植水生植物，可模拟鱼类生活的栖息地，在装置上部安装观测装置(9)并连接电脑(10)来记录鱼类不同生活史阶段的活动。
本实用新型具有如下优点：本实用新型结构简单、适用性强；与其他功能类似的装置相比成本低廉、操作容易、方便快捷；鱼缸内隔成两个水槽部分，可以进行平行试验；可进行室内模拟实验，占地空间小，适用于环境科学与生态修复领域。
附图说明
图1是装置示意图；
图2是装置俯视图(单位mm)；
图3是多组装置并联示意图；
图4鱼类栖息地模拟装置示意图。
具体实施方式
为进一步描述本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型装置作更详细说明。
本实用新型装置由鱼缸部分(1)、流量控制装置(2)和流量观测装置(3)三个部分构成。图1是本实用新型装置示意图，用水管(5)将三部分连接，实现流速控制和用水的循环。图2是装置俯视图，鱼缸部分(1)采用有机玻璃(7mm)为材料，大小为1140mm×200mm×200 mm(均指内径尺寸)。鱼缸正中间沿纵向添加有机玻璃隔板(7)，将缸内隔成两个水槽部分，以进行平行试验。每个水槽都有一个进水口，并用阀门(4)控制每个水槽中的流量。鱼缸出水口和入水口(鱼缸两端70mm)处放置可自由拆卸的塑料材质的防护网(6)，一方面实现布水作用，使水经过防护网后流速均匀分布，另一方面保护实验中鱼类不会进入水管(5)。当其中一个水槽进行静水试验时，出水口处的防护网可更换成同等大小的玻璃隔板。图3是多组装置并联示意图，将两组或两组以上本实用新型装置并联使用，可同时进行不同流速下的鱼类暴露试验，或同时进行不同鱼类的暴露试验，或同时进行同种但不同生活史阶段鱼类的暴露试验。本实用新型还可根据其它用途进行改装，例如在鱼缸底部铺设一层沉积物(8)，种植水生植物，可模拟鱼类生活的栖息地，在装置上部安装观测装置(9)并连接电脑(10) 来记录鱼类不同生活史阶段的活动。表1是本实用新型装置主要参数。设计流量为12、24、 36、48L/min(0.0002、0.0004、0.0006、0.0008m3/s)，当设计流量＜24L/min时采用2400W 功率的水泵，设计流量≥24L/min时采用3600W功率的水泵。
表1装置主要参数
【实施例】
以海河流域子牙河水系为研究区域，选取牛尾河和海河闸为采样点采集水样，以锦鲤为暴露鱼类，进行原位水样鱼类暴露的室内模拟试验。暴露的过程依次包含以下环节：
暴露浓度：本实施例中水样设置两个浓度组，高浓度组使用未经稀释的水样，低浓度组依据污染物浓度分析结果进行稀释。
流量梯度：本实施例中设置试验流量梯度为12(A)、24(B)、36(C)、48(D)L/min(0.0002、0.0004、0.0006、0.0008m3/s)。过水断面面积为0.001m2，因此流速梯度分别为0.01、 0.02、0.03、0.04m/s。
对照试验：本实施例中对照试验包括流量对照和浓度对照两组。浓度对照组采用事先准备的自来水(无污染，阳光下放置48h以达到除氯的效果)于12、24、36、48L/min流量下进行暴露；流量对照组即静水试验(0L/min)(对应编号O)。
鱼类暴露：本实施例中所有锦鲤在实验室环境下驯养一周，选择正常生活的作为试验样品。将各缸依据暴露浓度加入水样至水深10cm，打开水泵调节流量。为保持鱼缸中全过程使用小型氧气泵进行暴氧，将缸内溶解氧控制在5.00～7.00mg/L之间。每组10条锦鲤样品，于暴露前测定每条锦鲤的体长和体重。于暴露7天结束时统计全部样品体长和体重，随机捞取4条制备脑组织和内脏组织匀浆待测，剩余样品继续暴露。暴露14天完成后，统计剩余体长和体重，制备脑和内脏组织，对锦鲤抗氧化系统(过氧化氢酶CAT和超氧化物歧化酶活力 SOD)、神经传导能力(乙酰胆碱酯酶活力AChE)和污染代谢能力(谷胱甘肽-S-转移酶GST 和细胞色素酶活力EROD)进行测定。
通过以上试验，分析污染物浓度和流量对以上锦鲤生理学指标的影响规律，进而可以计算在现状水质和目标水质条件下，基于鱼类生理指标的适宜生态流量，计算结果如表2和表 3所示。
1鱼类对污染胁迫的响应
(1)鱼类抗氧化系统对污染的响应
污染胁迫在7天时对脑组织和内脏中CAT活力呈现诱导作用，14天时呈现抑制作用；对SOD活力呈现显著抑制。总体而言，污染对鱼类抗氧化酶活性存在抑制作用。
(2)鱼类神经系统对污染的响应(AChE)
各浓度组对锦鲤脑组织和内脏中AChE活力水平在整个暴露期内都表现出抑制作用，且抑制程度随污染物浓度的增加而增大，14天暴露结束和AChE活力水平较7天有所下降。
(3)锦鲤污染代谢指标对污染的响应
污染对脑组织GST活力表现诱导作用，对内脏GST活力作用不显著；对EROD活力有显著诱导作用，且诱导程度随污染物浓度增加而下降。总体而言，污染对鱼类体内污染代谢酶活力水平表现为诱导作用。
2鱼类对流量胁迫的响应
(1)鱼类抗氧化系统对流量的响应
流量对不同抗氧化酶活力呈现不同影响。流量对脑组织CAT活力作用不显著，内脏CAT 活力呈现一定诱导作用，24L/min流量下达最大值；48L/min流量对锦鲤脑组织和内脏SOD 活力存在显著抑制作用。
(2)鱼类神经系统对流量的响应(AChE)
锦鲤脑组织和内脏中AChE活力随流量增大呈现上升的规律，流量对脑组织和内脏中 AChE活力均表现为诱导作用。由于污染对AChE活力存在抑制作用，因此在水质较好时选择AChE活力为适宜流量计算依据。
(3)锦鲤污染代谢指标对流量的响应
流量对GST活力表现为诱导作用，36L/min流量下诱导程度最高；EROD活力随流量增大呈现先增后降的规律，48L/min略有抑制。流量对污染代谢酶活性有诱导作用；依据统计分析，GST活力对流量的响应更为敏感，因此在劣五类水质下选择GST活力为依据计算适宜流量。
3适宜生态流量
将实验室模拟实验结果应用于子牙河水系鱼类适宜生态流量计算，首先依据实验装置断面面积计算不同流量的对应流速，然后依据不同流速计算适宜生态流量。计算公式如下：
Q＝V×S
式中，Q为断面最佳流量(m3/s)，V为适宜流速(m/s)，S为断面面积(m2)。
(1)劣V类水质条件下适宜生态流量
依据暴露实验结果，当水质污染等级为劣V类时，选择GST活力水平最高的36L/min流量作为基于鱼类污染代谢能力的适宜生态流量计算标准。计算结果如下表：
表2基于鱼类污染代谢能力的适宜断面流量(m3)
(2)III类水质条件下适宜生态流量
依据暴露实验结果，选择反应鱼类神经传导能力的脑组织AChE活性最高的0.04m/s流速作为基于鱼类神经传导能力的适宜生态流量计算标准。计算结果如下表：
表3基于鱼类神经传导能力的适宜断面流量(m3)
依据模拟实验结果，以鱼类生理学指标对污染物浓度和流量的响应规律为依据，可明确子牙河水系生态恢复的适宜生态流量。
Claims (7)
1.一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置，其特征在于：装置由三部分构成：鱼缸部分(1)、流量控制装置(2)和流量观测装置(3)；所述的鱼缸部分(1)采用有机玻璃为材料，大小为1140mm×200mm×200mm，鱼缸正中间沿纵向添加有机玻璃隔板(7)，将鱼缸分隔成两个水槽，以进行平行试验；所述流量控制装置(2)包括水泵、变压器和开关，流量控制通过可调速微型水泵实现，当设计流量＜24L/min时采用2400W功率的水泵，设计流量≥24L/min时采用3600W功率的水泵；所述流量观测装置(3)使用LZB玻璃转子流量计，流量观测依靠不同量程的LZB转子流量计实现，可以实时读取流量，搭配阀门(4)控制水流大小。
2.如权利要求1所述的一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置，其特征在于：每个水槽都有一个进水口，并用阀门(4)控制每个水槽中的流量。
3.如权利要求1所述的一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置，其特征在于：所述鱼缸两端70mm处放置4片可自由拆卸的塑料材质的防护网(6)，一方面实现布水作用，另一方面保护实验中的鱼类不会进入水管(5)。
4.如权利要求3所述的一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置，其特征在于：所述防护网(6)由卡槽固定，根据不同试验要求自行更换；当其中一个水槽进行静水试验时，出水口处的防护网可更换成同等大小的玻璃隔板。
5.如权利要求1所述的一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置，其特征在于：用水管(5)将三部分连接，实现流速控制和用水的循环。
6.如权利要求1所述的一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置，其特征在于：将两组或两组以上本装置并联，可同时进行不同流速下的鱼类暴露试验，或同时进行不同鱼类的暴露试验，或同时进行同种但不同生活史阶段鱼类的暴露试验。
7.如权利要求1所述的一种适宜鱼类栖息地的生态监测装置，其特征在于：在鱼缸底部铺设一层沉积物(8)，种植水生植物，可模拟鱼类生活的栖息地，在装置上部安装观测装置(9)并连接电脑(10)来记录鱼类不同生活史阶段的活动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190621 Address after: 100875 No. 19 Xinjiekouwai Street, Haidian District, Beijing Patentee after: BEIJING NORMAL University Address before: 100875 No. 19 Xinjiekouwai Street, Haidian District, Beijing Co-patentee before: Bao Kun Patentee before: Liu Jingling Co-patentee before: Zhang Jing |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Addressee: Liu Jingling Document name: payment instructions |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180612 |
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