一种以水生生物氨熵为指标进行水质监测的方法技术

本发明专利技术涉及水质监测技术领域，具体涉及一种以水生生物氨熵为指标进行水质监测的方法。所述方法包括以下步骤：(1)水生生物耗氧率的测定；(2)水样中氨氮含量的测定及水生生物氨氮排泄率的计算；(3)水生生物氨熵的计算。本发明专利技术利用水生生物的氨熵对水质进行监测，可直接、准确地反应出水质的变化情况，并且对氨熵测定计算方法简单，易于实现对水质的实时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种以水生生物氨熵为指标进行水质监测的方法
本专利技术涉及水质监测
，具体涉及一种以水生生物氨熵为指标进行水质监测的方法。
技术介绍
随着经济社会的快速发展，以及工业化城市化进程的加快，日益频繁的人类活动加剧了江河湖泊的污染。水生生物作为水生态环境中的重要组成部分。目前，为了实现对水环境的监测目的，通常利用水生生物群落结构的变化以及指示水生生物的生理、生化状况的变化能够直接反映水环境变化对于生物影响和危害程度。其目的是通过对水体环境变化进行定量分析，使得人们全面、及时地掌握被监测水环境的变化情况，从而进一步进行水环境的污染治理。水生生物监测是指基于生物学原理，利用指示生物对环境污染所产生的反应，实现对环境污染的综合监测，是水环境监测的重要组成部分。该技术是充分应用了生物在收到外界胁迫后细胞生理、生化、生长，以及种群数量、群落及生态系统的变化等。水生物种中氨氮的排泄主要在鳃中完成。水生生物通过鳃中的水流获取水中的氧气并排出含氮废物。淡水动物，如硬骨鱼和水生两栖动物，主要排泄氨。研究表明，淡水骨鱼氨排泄的主要途径是氨气向下扩散到鳃上皮细胞从血液到水的分压梯度(PNH3)。然而，在大多数情况下，水生生物可以控制总血浆氨浓度以及鳃边界层水的血浆pH和pH值，以确保足够的氨排泄。氨排泄可以防止生物酸中毒，并有助于生物体保存钠。由于高毒性，氨对养鱼场构成了巨大威胁。因此，有必要研究水生生物的氨氮排泄率(AE)。由于来自淡水鱼的大部分氮是氨的形式，因此通过测量氨排泄率可以获得合理的蛋白质降解模式。根据标准代谢理论，氨排泄可能与氧消耗有关。氧耗率(OC)和氨氮排泄率的综合分析可以指示呼吸与代谢底物(碳水化合物和脂质)和氨基酸脱氨作用之间的关系。通过氨商(AQ)可以了解鱼蛋白的典型成分和代谢。基于对鱼蛋白的典型组分和代谢的理解，NQ的值为0.27，表明代谢底物是完全蛋白质。在水质监测中，若只通过耗氧率或氨氮排泄率对水质进行监测，数据波动大，无法很好的观察到水生生物的生理指标变化。因此亟需一种稳定的、可直接反应水质变化的监测指标以及对水质进行监测的方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是，提供一种以水生生物氨熵作为指标进行水质监测的方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术第一个方面，提供水生生物氨熵在水质监测中的应用。在正常情况下，生物的氨熵出于稳定状态，当生物受到胁迫时，氨熵会出现大的波动，这个变化特征有利于实现生物的实时在线预警系统。并且，利用氨熵进行监测可以评估生物的代谢底物变化。本专利技术第二个方面，提供一种以水生生物氨熵为指标监测水质的方法，包括以下步骤：(1)水生生物耗氧率的测定；(2)水样中氨氮含量的测定及水生生物氨氮排泄率的计算；(3)水生生物氨熵的计算。优选地，步骤(1)水生生物耗氧率的测定方法包括：接收水生生物新陈代谢测定仪器测定水中的氧气浓度，采用带权重的至少三个奇数个斜率的平均值计算氧气浓度随时间变化的斜率；选择接收的氧气浓度数据计算耗氧率时使用的数据量范围；根据氧气浓度随时间变化的斜率和数据量范围的函数，计算一次测量时间内的氧气浓度和时间的平均斜率；根据一次测量时间内的氧气浓度和时间的平均斜率、在水中的水生生物体积、重量以及水生生物新陈代谢测定仪器的呼吸室体积的函数计算水生生物耗氧率VO2。优选地，步骤(1)水生生物耗氧率的测定方法中，权重值根据计算斜率的平均值的个数确定，当个数n为2i+1时，权重的个数为i，且权重值为以i为首项递减1的递减序列。本专利技术采用加权重的方式进行计算，确保了耗氧率计算的精确。优选地，步骤(1)水生生物耗氧率的测定方法中，根据接收水生生物新陈代谢测定仪器测定水中的氧气浓度的采样时间间隔、一次测量时间和CircFraction参数的函数计算选择接收的氧气浓度数据计算耗氧率时使用的数据量范围。优选地，步骤(2)水样中氨氮含量的测定方法包括：水质自动取样器对水质进行取样，采用Nessler比色法测定水样中氨氮含量。进一步优选地，步骤(2)水样中氨氮含量的测定方法，具体为：(i)使用两个容量为10ml的试管，一个用纯水填满，另一个用水样品填满，将两种水加入反应管中；(ii)向每个管中加入1毫升N3试剂；(iii)向步骤(ii)每个管中继续加入1毫升N2试剂；(iv)将步骤(iii)每个试管静置10分钟后摇匀，然后比色读数，计算氨氮含量。优选地，步骤(2)水生生物氨氮排泄率的计算方法，采用以下式进行计算：其中VN是生物的氨氮排泄率，DNi是每2小时水体的氨氮浓度，DN0表示纯水的氨氮浓度，V表示水箱体积，m为生物的质量，t是实验时间。优选地，步骤(3)水生生物氨熵的计算方法，采用下式进行计算：其中，AQ是水生生物氨熵，VN是生物的氨氮排泄率，VO2是水生生物耗氧率。本专利技术第三个方面，提供一种以水生生物氨熵为指标监测水质的系统，包括水生生物新陈代谢测定仪器和终端设备；所述水生生物新陈代谢测定仪器采集水生生物新陈代谢测定仪器测定水中的氧气浓度，并传输至所述终端设备；所述终端设备，采用互联网终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各项指令，计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行一种水生生物氨熵的计算方法：接收水生生物新陈代谢测定仪器测定水中的氧气浓度，采用带权重的至少三个奇数个斜率的平均值计算氧气浓度随时间变化的斜率；选择接收的氧气浓度数据计算耗氧率时使用的数据量范围；根据氧气浓度随时间变化的斜率和数据量范围的函数，计算一次测量时间内的氧气浓度和时间的平均斜率；根据一次测量时间内的氧气浓度和时间的平均斜率、在水中的水生生物体积、重量以及水生生物新陈代谢测定仪器的呼吸室体积的函数计算水生生物耗氧率VO2；接受水生生物新陈代谢测定仪器测定水中的氨氮浓度，采用下式计算氨氮排泄率VN：其中VN是生物的氨氮排泄率，DNi是每2小时水体的氨氮浓度，DN0表示纯水的氨氮浓度，V表示水箱体积，m为生物的质量，t是实验时间；根据计算得到的水生生物耗氧率VO2和氨氮排泄率VN，采用下式计算水生生物氨熵AQ：其中，AQ是水生生物氨熵，VN是生物的氨氮排泄率，VO2是水生生物耗氧率。在不同的环境下，水生生物的新陈代谢状况不同，尤其是耗氧率和氨氮怕泄率会受到很大的影响。利用氨熵不但可评估生物的代谢底物变化，本专利技术意外发现，在正常情况下，生物的氨熵出于稳定状态，当生物受到胁迫时，氨熵会出现大的波动，而这个变化特征有利于实现生物的实时在线预警系统。因此以水生生物氨熵为指标对水质进行监测，可直接、准确地反应出水质的变化，从而克服了水质监测需分析多种指标，在线检测复杂，检测时间久等缺陷。本专利技术取得的有益效果：(1)本专利技术利用水生生物的氨熵对水质进行监测，可直接、准确地反应出水质的变化情况，并且对氨熵测定计算方法简单，易于实现对水质的实时监测。(2)本专利技术采用水生生物新陈代谢测定仪器采集氨氮、氧等新陈代谢指标，可连续、实时的在线检测，所得实验数据准确、稳定；本专利技术采用加权重的方式进行计算，确保了耗氧率计算的精确；由此可知，本专利技术方法测定得到的生物氨熵数据准确，具有极高的实用价值。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水生生物氨熵在水质监测中的应用。

【技术特征摘要】
1.水生生物氨熵在水质监测中的应用。2.一种以水生生物氨熵为指标监测水质的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)水生生物耗氧率的测定；(2)水样中氨氮含量的测定及水生生物氨氮排泄率的计算；(3)水生生物氨熵的计算。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)水生生物耗氧率的测定方法包括：S1.接收水生生物新陈代谢测定仪器测定水中的氧气浓度，采用带权重的至少三个奇数个斜率的平均值计算氧气浓度随时间变化的斜率；S2.选择接收的氧气浓度数据计算耗氧率时使用的数据量范围；S3.根据氧气浓度随时间变化的斜率和数据量范围的函数，计算一次测量时间内的氧气浓度和时间的平均斜率；S4.根据一次测量时间内的氧气浓度和时间的平均斜率、在水中的水生生物体积、重量以及水生生物新陈代谢测定仪器的呼吸室体积的函数计算水生生物耗氧率VO2。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)水生生物耗氧率的测定方法中，权重值根据计算斜率的平均值的个数确定，当个数n为2i+1时，权重的个数为i，且权重值为以i为首项递减1的递减序列。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)水生生物耗氧率的测定方法中，根据接收水生生物新陈代谢测定仪器测定水中的氧气浓度的采样时间间隔、一次测量时间和CircFraction参数的函数计算选择接收的氧气浓度数据计算耗氧率时使用的数据量范围。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)水样中氨氮含量的测定方法包括：水质自动取样器对水质进行取样，采用Nessler比色法测定水样中氨氮含量。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)水样中氨氮含量的测定方法，具体为：(i)使用两个容量为10ml的试管，一个用纯水填满，另一个用水样品填满，将两种水加入反应管中；(ii)向每个管中加入1毫升N3试剂；(iii)向步骤(ii)每个管中继续加入1毫升N2试剂；(iv)将步骤(iii)每个试管静置10...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宗明，马静纯，乔琳琳，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37