本实用新型专利技术公开了一种海洋净群落生产力和呼吸速率原位培养装置，装置包括透明培养箱、全黑培养箱、多参数水质仪、电源和数据采集模块，透明培养箱和全黑培养箱侧壁相同位置各固定有一溶解氧传感器、一出水管和一波浪能驱动的搅拌叶片装置；电源模块为多参数水质仪、抽水齿轮泵、溶解氧传感器提供电力；数据采集模块采集多参数传感器、溶解氧传感器、抽水泵工作数据。本实用新型专利技术由于采用了以上的技术方案，可以进行海洋原位净群落生产力和呼吸速率观测，数据准确可靠，可连续进行数月测定，且适用海域广泛。目前尚无针对该参数的产品，该设计可填补海洋化学相关领域空白，推动海洋生物地球化学过程研究和渔业资源调查技术的发展。
【技术实现步骤摘要】
海洋净群落生产力和呼吸速率原位培养装置
本技术属于海水自动观测
，适用于海洋中集成多种传感器进行连续观测而设计的培养装置，具体涉及一种海洋净群落生产力和呼吸速率原位培养装置。
技术介绍
海洋生态系统群落内物质和能量的平衡由生物群落总初级生产(Grossprimaryproduction，GPP)和呼吸作用(ecosystemrespiration，R)所支持，这两个过程之间的差异即群落净生产力(netcommunityproduction，NCP，NCP＝GPP－R)，常通过有机碳或溶解氧的生产或消耗速率来表示。NCP是衡量生态系统中群落GPP和R之间平衡的有效标准，可判断生态系统内是有机质净生产还是净消耗，评估生态系统的营养状态，计算碳的收支平衡，这对理解海洋碳的固定或转化途径，甚至渔业资源评估有重要意义。同时，利用NCP还可以判断生态系统是净消耗CO2还是净释放CO2，并估算其通量大小，这对研究海洋酸化、气候变化等命题有重要指示意义。因此，准确测定NCP和R是研究海洋生态系统新陈代谢过程的关键。NCP和R测定主要有原位培养和模型估算法，模型估算法是在一定假设条件下，利用已有模型结合实测数据进行估算的方法。显然现场原位培养是一种高准确度直接测定方法。但传统培养方法是在海洋中不同层位布放预先充满海水样品的黑白培养瓶，根据培养开始和结束时间间隔内溶解氧变化差异进行计算。每次布放只能测一次数据，耗时耗力。且溶解氧结果常需回收至实验室后滴定测量，数据因环境改变而难以控制，误差来源难以解释。随着海洋科学研究的发展和渔业资源的日益重视，迫切需要一种准确可靠、连续测定、适用海域广泛的海洋净群落生产力和呼吸速率自动观测装置。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，克服现有培养方法的不足，填补国内净群落生产力和呼吸速率原位测定的空白，本技术提供一种在海洋特定层位自动连续观测装置，结构简单、维护方便、适用海域广泛，可用于定点布放，也可以漂浮使用。为了达到上述的目的，本技术采用了以下的技术方案：本技术提供一种海洋净群落生产力和呼吸速率原位培养装置，包括透明培养箱(白箱)、全黑培养箱(黑箱)，传感器，电源和数据采集模块等，各单元可依次固定于不锈钢支架上，利用浮球和重块悬停或锚定于特定水层。透明培养箱和全黑培养箱为圆柱体，上下放置。培养箱壁固定有波浪能驱动的搅拌叶片装置、溶解氧传感器、单向阀、三通水管等。培养箱下方为电机和传感器单元，包括多参数水质仪，抽水泵(齿轮泵)，电源和数据采集模块。其中多参数水质仪可测参数包括温度、盐度、深度、溶解氧、光合辐照度等，用于实时观测海水环境变化；抽水泵用于定时更换两个培养箱内水样；电源和数据采集模块用于提供电力和数据传输存储等，可根据需要增加声通讯、GPRS传输、铱星通讯等方式实时传输至岸基实验室。实际测量时，抽水泵工作使周围海水通过单向阀进入白箱和黑箱，待完全充满所需海水样品后，抽水泵停止工作。多参数水质仪和培养箱溶解氧传感器持续记录海水参数，同时波浪驱动搅拌叶片使培养箱内海水混合均匀。培养特定时间后(如3小时)，各传感器数据读取至数采模块。所述白箱和黑箱依次上下放置并固定为一个整体。白箱模拟海洋真光层内环境(海水内有光照的水层)，利用特定时间间隔内溶解氧浓度变化计算净群落生产力。黑箱去除光照影响，利用特定时间间隔内溶解氧浓度变化计算呼吸速率。在白箱和黑箱侧壁相同位置各固定有一溶解氧传感器，用于持续记录培养箱内溶解氧变化。在白箱和黑箱侧壁相同位置各固定有一出水管，通过三通阀与抽水泵连接，用于抽取周围海水。同时在白箱上盖和黑箱底盖各固定有一单向阀，只允许海水进入箱体，防止培养时和外界水体交换，保持恒定培养环境。所述电源和数据采集模块外部为压力仓，可根据水深需要采取不同材料用于电子元件的密封防水。内部包括电源模块、数据采集电路等。电源模块为多参数传感器、抽水齿轮泵、溶解氧传感器提供电力，数据采集模块采集多参数传感器、溶解氧传感器、抽水泵工作数据。作为优选的：在白箱和黑箱侧壁相同位置各固定有一波浪能搅拌装置，当海水潮汐运动时，驱动外部叶片转动，带动轴承转动从而使内部叶片被动转动，达到搅拌目的。同时由于整个装置随波浪摆动，也会保证培养箱内部水体搅拌均匀。作为优选的：白箱和黑箱可采用无生物毒性的聚碳酸酯材料，内壁厚约1cm，并且隔绝热量，减少培养海水和周围环境的热量交换，以保证数据质量。作为优选的：培养箱壁应保证1cm左右厚度，以减少与周围热量交换。同时黑箱应完全保证无光以使数据准确。作为优选的：培养箱放置在海洋真光层内，可同时获得NCP(白箱)和R(黑箱)，且NCP≠R；若培养箱放置在海洋无光层，则应NCP＝R。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术由于采用了以上的技术方案，可以进行海洋原位净群落生产力和呼吸速率观测，数据准确可靠，可连续进行数月测定，且适用海域广泛。目前尚无针对该参数的产品，该设计可填补海洋化学相关领域空白，推动海洋生物地球化学过程研究和渔业资源调查技术的发展。附图说明图1是本技术的结构示意图；附图标注：1、搅拌装置；2、三通水管；3、水管；4、抽水泵；5、多参数传感器(多参数水质仪)；6、单向阀门；7、透明培养箱(白箱)；8、溶解氧传感器；9、电缆；10、全黑培养箱(黑箱)；11、电源和数据采集模块。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式做一个详细的说明。如图1所示，本技术提供一种海洋净群落生产力和呼吸速率原位培养装置实施例。如图1所示：装置上部为培养箱，包括白箱7和黑箱10，其体积和形状一致并依次上下放置，相对位置固定；装置下部放置有多参数传感器5，电源和数据采集模块11，抽水泵4；搅拌装置1分别位于白箱7和黑箱10侧壁相同位置；单向阀门6位于白箱7顶盖一侧，另一单向阀门6位于黑箱10底盖一侧；溶解氧传感器8位于白箱7和黑箱10另一侧壁相同位置；在白箱7和黑箱10侧壁固定有三通水管2，通过水管3与抽水泵4连接，用于抽取周围海水；同时在白箱7上盖和黑箱10底盖各固定有一单向阀6，抽水泵工作时只允许海水单向进入箱体，防止培养时和外界水体交换，保持恒定培养环境。电源和数据采集模块11通过电缆9分别和多参数传感器5、抽水泵4、溶解氧传感器8相连接，为其提供电力同时采集数据。具体使用过程中：装置整体利用浮球和重块构成锚系，置于海水特定层位中。实际测量时，根据白箱7和黑箱10容积V(m3)和抽水泵4流速v(m3/s)，设置抽水泵4工作时长为t(s)(t>V/v)，保证培养箱内完全充满新鲜海水样品。抽水泵4工作时，原白箱7和黑箱10内海水通过三通水管2排出，同时周围海水通过单向阀6持续进入白箱7和黑箱10，待完全充满所需海水样品后，抽水泵4停止工作，此时白箱7和黑箱10内海水样品与外界没有交换，培养开始。溶解氧传感器8记录此时溶解氧浓度，白箱7内起始溶解氧浓度为DOW0(mmolm-3)，黑箱10内起始溶解氧浓度为DOB0(mmolm-3)。同时多参数传感器5保持每60s记录一次水环境参数：温度、盐度、深度、溶解氧、光合辐照度，提供基础环境参数变化以便分析研究，波浪驱动搅拌装置1的叶片使白箱7和黑箱10内海水持本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海洋净群落生产力和呼吸速率原位培养装置，其特征在于包括：透明培养箱、全黑培养箱、多参数水质仪、电源和数据采集模块，所述的透明培养箱和全黑培养箱大小和形状相同，透明培养箱和全黑培养箱侧壁相同位置各固定有一溶解氧传感器、一出水管和一波浪能驱动的搅拌叶片装置；透明培养箱和全黑培养箱为上下放置并固定为一个整体，透明培养箱位于全黑培养箱之上；所述的两个出水管通过三通阀与抽水泵连接；所述的透明培养箱上盖和全黑培养箱底盖各设置有一单向阀，单向阀只允许海水进入箱体；所述的电源和数据采集模块电源模块、数据采集电路，电源和数据采集模块至于压力仓内；电源模块为多参数水质仪、抽水齿轮泵、溶解氧传感器提供电力；数据采集模块采集多参数传感器、溶解氧传感器、抽水泵工作数据。
【技术特征摘要】
1.一种海洋净群落生产力和呼吸速率原位培养装置，其特征在于包括：透明培养箱、全黑培养箱、多参数水质仪、电源和数据采集模块，所述的透明培养箱和全黑培养箱大小和形状相同，透明培养箱和全黑培养箱侧壁相同位置各固定有一溶解氧传感器、一出水管和一波浪能驱动的搅拌叶片装置；透明培养箱和全黑培养箱为上下放置并固定为一个整体，透明培养箱位于全黑培养箱之上；所述的两个出水管通过三通阀与抽水泵连接；所述的透明培养箱上盖和全黑培养箱底盖各设置有一单向阀，单向阀只允许海水进入箱体；所述的电源和数据采集模块电源模块、数据采集电路，电源和数据采集模块至于压力仓内；电源模块为多参数水质仪、抽水齿轮泵、溶解氧传感器提供电力；数据采集模块采集多参数传感器、溶解氧传...
【专利技术属性】
技术研发人员：王奎，陈建芳，张异凡，
申请(专利权)人：国家海洋局第二海洋研究所，
类型：新型
国别省市：浙江,33
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