一種原位自動富集浮游植物定性采樣裝置的設(shè)計及應(yīng)用

孫大明

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

浮游植物是指在水中以浮游生活的微小植物，通常指浮游藻類。藻類分布很廣、數(shù)量極多，在整個生態(tài)系統(tǒng)中占有非常重要的地位，此外藻類還與人類的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，具有重要的漁業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和藥用價值[1-2]。但隨著環(huán)境的改變，大量含有氮、磷的工業(yè)廢水和生活污水被排放到水體中，導(dǎo)致許多湖泊、水庫、河流等水體富營養(yǎng)化，嚴(yán)重時產(chǎn)生水華現(xiàn)象，對水資源、水環(huán)境與水生態(tài)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[3-5]。目前，藻類監(jiān)測已經(jīng)成為水生態(tài)監(jiān)測的一個重要組成部分。

目前，市場上的浮游植物定性采樣裝置在使用時往往存在以下缺點(diǎn)：需要大量人力，實(shí)際操作時，整個采樣網(wǎng)要全部浸入水體，極大地消耗了采樣人員的體力；按照標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)方法采集的過水體積存在較大差異，即使是定性分析，其結(jié)果也會有偏差；受限于浮游植物網(wǎng)伸縮桿的長度，對藻類監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生影響；采樣裝置離水體較近，連續(xù)長時間的用力循環(huán)拖動，易發(fā)生墜水意外；易于損壞，耗材成本高[6-9]。

為了解決上述定性采樣裝置存在的問題，本文設(shè)計了一種原位自動富集浮游植物定性采樣裝置，并應(yīng)用該裝置對大連地區(qū)8月的5座水庫進(jìn)行采樣分析，獲得了滿意的結(jié)果。

1 原位自動富集定性采集裝置設(shè)計

1.1 設(shè)計原理

《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(SL 733—2016)中規(guī)定，浮游植物定性樣品采集應(yīng)使用25號浮游生物網(wǎng)，其孔徑為64μm。生物網(wǎng)的應(yīng)用原理是將浮游生物網(wǎng)不斷在水中做“∞”形巡回拖動約3～5min，通過生物網(wǎng)截留，使浮游植物不斷富集[7]。

在原位自動富集浮游植物定性采樣裝置設(shè)計中，依據(jù)定性樣品采集的原理，將25號浮游生物網(wǎng)固定在采樣管末端，通過蠕動泵將水中的浮游植物多次通過生物網(wǎng)而被截留富集。整個富集過程不需要巡回拖動生物網(wǎng)，并且采樣管位置固定，達(dá)到了原位自動富集采樣效果。

1.2 設(shè)計思路

為節(jié)省人力，提高自動化程度，采用蠕動泵抽水，蠕動泵上設(shè)有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的功能，可有效控制和計算通過的水樣體積。蠕動泵的動力源來自電瓶，實(shí)驗室充滿電后，保證在野外可以連續(xù)作業(yè)3h以上。選用伸縮桿支撐采樣管，伸縮桿可根據(jù)需要設(shè)計為4～6節(jié)，伸長時可達(dá)到3～5m，收縮后約80cm，便于攜帶。伸縮桿前端設(shè)有下沉桿，保證采樣管達(dá)到指定采樣深度；伸縮桿后端設(shè)有支架，方便采樣人員控制，實(shí)現(xiàn)原位自動采樣。采樣管的末端綁上25號篩絹，材質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)方法中浮游生物網(wǎng)相同。

1.3 結(jié)構(gòu)組成

原位自動富集浮游植物定性采集裝置見圖1。蠕動泵由電瓶提供能量，采樣管穿過伸縮桿，通過蠕動泵，一端插入水中 ，另一端綁上篩絹。

圖1 原位自動富集浮游植物定性采集裝置設(shè)計圖

1.4 實(shí)際操作

a.樣品采集時，首先打開蠕動泵，先對采樣管進(jìn)行清洗。

b.調(diào)整采樣桿和下沉桿，確定采樣位置，然后在采樣管末端綁上25號篩絹，控制轉(zhuǎn)速和時間，使水體通過采樣管，濾過篩絹進(jìn)行排出。

c.蠕動泵停止后，取下篩絹，用洗瓶進(jìn)行反洗，收集反洗液至定性樣品瓶，篩絹每次采樣后進(jìn)行更換。

2 實(shí)驗方法比對

利用原位自動富集定性采樣裝置與傳統(tǒng)常規(guī)采樣方式對大連地區(qū)8月的5座水庫藻類定性樣品進(jìn)行采樣，收集定性樣品體積控制在30～40mL，利用萊卡DM2000正置顯微鏡進(jìn)行鏡檢。采用標(biāo)準(zhǔn)方法鑒別藻類種屬[10]，兩種采樣方式獲得的藻類種群結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢種群見表1。

表1 原位自動富集定性采樣轉(zhuǎn)置與常規(guī)生物網(wǎng)采樣監(jiān)測結(jié)果對比

從表中1可以看出，利用原位自動富集浮游植物定性采集裝置獲得的水樣定性分析結(jié)果與傳統(tǒng)常規(guī)方法相比，浮游藻類的群落結(jié)構(gòu)基本一致，結(jié)果在誤差允許范圍之內(nèi)，同時兩種裝置所得到的浮游植物優(yōu)勢種群相同，這表明本文設(shè)計的原位自動富集浮游植物定性采樣裝置對水中浮游植物的定性采樣檢測結(jié)果準(zhǔn)確度高，具備實(shí)施可行性。此外該裝置與常規(guī)裝置相比還有以下優(yōu)勢：

a.自動化操作。操作人員只需啟動蠕動泵，水中的藻類便可逐漸富集在篩絹上，再對篩絹進(jìn)行反洗就可以收集到藻類定性樣品。實(shí)現(xiàn)了自動化采樣，大大減少了人為操作。

b.樣品統(tǒng)一性高。由于采用機(jī)械進(jìn)行采樣，蠕動泵的轉(zhuǎn)速和時間確定，可以保證采集的每個樣品所經(jīng)過的過水體積是一致的，保證了富集在篩絹上藻類的統(tǒng)一性。

c.采樣位置更精確。該裝置中用于支撐采樣管的伸縮桿最大可伸長至5m，前端還設(shè)有下沉桿，采樣管進(jìn)水口固定在下沉桿上，便于采樣位置達(dá)到指定深度。

d.操作安全。取消了操作人員擺動采樣桿的過程，消除了操作的安全隱患。

e.降低成本。為保證采集樣品的準(zhǔn)確性，需每次更換新的篩絹，但是只需大概5cm×5cm大小的篩絹，用料約是原方法生物網(wǎng)的1/100，減少了消耗。電瓶可循環(huán)充電，所需能源少。

3 結(jié) 語

浮游植物作為水生態(tài)監(jiān)測的重要指標(biāo)，是生態(tài)文明建設(shè)的一項重要的基礎(chǔ)性工作。當(dāng)前浮游植物監(jiān)測越來越受到各部門的重視，面對日益增加的浮游植物監(jiān)測任務(wù)，需不斷提高監(jiān)測效率。本文通過設(shè)計一種原位自動富集浮游植物定性采樣裝置，在確保實(shí)驗結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了藻類定性采樣的自動化、安全化和節(jié)約化，極大地提高了檢測人員的工作效率。本裝置的設(shè)計開發(fā)不僅提高了浮游植物監(jiān)測實(shí)驗人員的工作效率，還在保障供水，服務(wù)水資源的監(jiān)督、管理及保護(hù)等方面具有廣泛而深遠(yuǎn)的意義。