一種灘涂沉積物采集、原位生態(tài)模擬裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種灘涂沉積物采集、原位生態(tài)模擬裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]灘涂包括海灘、河灘和湖灘，指水陸交界處有時被水淹，有時不被水淹的灘地。灘涂是人類活動對水體，特別是海洋，影響最直接也是最嚴重的地方，例如:沿海灘涂養(yǎng)殖對海灘造成嚴重的富營養(yǎng)化污染。此外，陸地產(chǎn)生的廢水、廢渣，甚至海運產(chǎn)生的污染物對海灘也有重要影響。
[0003]由于灘涂時淹、時不淹的特性，造成灘涂中溶解氧、氧化還原電位等環(huán)境理化因子周期性變化，使得各種微生物都能在灘涂中生存，灘涂沉積物微生物種群多樣性非常高，這些微生物具有多種代謝特性，能夠降解許多污染物。由于灘涂中環(huán)境因素隨沉積物的深度影響很大，使不同生理特性的微生物占據(jù)不同的深度，所以灘涂沉積物中微生物種群、數(shù)量呈現(xiàn)垂直分布特性。同深度的微生物間存在競爭、共生、捕食等種間、種內(nèi)關(guān)系，不同深度的微生物間也存在著間接的影響，例如:表層好氧菌消耗氧氣，使得底層厭氧菌免受氧氣的毒害。
[0004]為了研宄灘涂沉積物中與深度有關(guān)的污染物分布情況、微生物代謝特性以及微生物間的相互關(guān)系，需要采集不同深度的沉積物樣品，并且采樣時要避免不同深度沉積物之間的互混，此外，底層厭氧沉積物要盡量減少接觸空氣。為更加受控地研宄灘涂沉積物中物質(zhì)轉(zhuǎn)換、微生物代謝特性，需要實驗室模擬原位生態(tài)條件。上文提到，灘涂沉積物具有顯著的深度特性，原位生態(tài)模擬時需要保持沉積物原本的深度，應(yīng)盡量少地改變沉積物間的相對位置。
[0005]目前，國內(nèi)外已經(jīng)研制開發(fā)了多種沉積物采樣裝置，如:重力采樣器、活塞式采樣器、連桿式采樣器、冷凍式采樣器以及鉆進式采樣器等。這些采樣裝置雖然可以用于灘涂沉積物的采集，然而存在樣品易流失、泥層易互混等問題，更嚴重的問題是，若要對沉積物進行生態(tài)模擬試驗，需要將樣品轉(zhuǎn)移至生態(tài)模擬裝置內(nèi)，在轉(zhuǎn)移過程中，改變了沉積物的分層特性，并使底層沉積物接觸了空氣。所以，為方便而有效地研宄灘涂沉積物內(nèi)微生物的特性，設(shè)計一種新型的集樣品采集和生態(tài)模擬為一體的工具很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中灘涂沉積物采樣管與生態(tài)模擬柱分離導(dǎo)致生態(tài)模擬結(jié)果易受樣品互混、空氣接觸等因素影響的不足，提供一種灘涂沉積物采集、原位生態(tài)模擬裝置及其方法。
[0007]灘涂沉積物采集、原位生態(tài)模擬裝置包括灘涂沉積物采集裝置、灘涂沉積物原位生態(tài)模擬裝置，灘涂沉積物采集裝置包括采樣/模擬管、鼠夾式采樣頭、帶提手采樣管蓋、普通采樣管蓋、第一硅膠密封墊片、第二硅膠密封墊片、提手；其中，鼠夾式采樣頭包括環(huán)形空腔、左三角形卡扣槽、右三角形卡扣槽、左弧形夾環(huán)、右弧形夾環(huán)、前復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧、后復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧、左彈簧片、右彈簧片、左觸發(fā)板、右觸發(fā)板、左布罩和右布罩，鼠夾式采樣頭上部內(nèi)側(cè)攻有內(nèi)螺紋，下部中間開有環(huán)形空腔，下部左外壁開有左三角形卡扣槽，下部右外壁開有右三角形卡扣槽，環(huán)形空腔內(nèi)裝有左布罩和右布罩，左布罩上端固定于環(huán)形空腔的頂部，下端連有左弧形夾環(huán)，右布罩上端固定于環(huán)形空腔的頂部，下端連有右弧形夾環(huán)，左弧形夾環(huán)和右弧形夾環(huán)之間連接有前復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧和后復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧，左弧形夾環(huán)左上端固定有左彈簧片，左彈簧片上端連有左觸發(fā)板，右弧形夾環(huán)右上端固定有右彈簧片，右彈簧片上端連有右觸發(fā)板；帶提手采樣管蓋上端設(shè)有提手，內(nèi)壁攻有內(nèi)螺紋，內(nèi)部墊有第一硅膠密封墊片；普通采樣管蓋內(nèi)壁攻有內(nèi)螺紋，內(nèi)部墊有第二硅膠密封墊片；灘涂沉積物原位生態(tài)模擬裝置包括采樣/模擬管、模擬管頂蓋和陀螺形模擬管底座，模擬管頂蓋包括上覆水取樣管、氣體取樣管和第一硅膠密封圈，陀螺形模擬管底座包括模擬管底座進液口、模擬管底座出液口、不銹鋼穿孔板、濾膜和第二硅膠密封圈；灘涂沉積物采集裝置和灘涂沉積物原位生態(tài)模擬裝置共用采樣/模擬管，采樣/模擬管上下兩端外側(cè)攻有外螺紋；模擬管頂蓋上插有上覆水取樣管和氣體取樣管，內(nèi)壁攻有內(nèi)螺紋，內(nèi)部墊有第一硅膠密封圈；陀螺形模擬管底座上部內(nèi)壁攻有內(nèi)螺紋，中間設(shè)有不銹鋼穿孔板，不銹鋼穿孔板上墊有濾膜和第二硅膠密封圈，不銹鋼穿孔板將陀螺形模擬管底座分割成上、下兩部分，下部分的下端設(shè)有模擬管底座進液口，右上端設(shè)有模擬管底座出液口。
[0008]所述的米樣/模擬管為圓筒形，外徑為20?100mm，壁厚為4?8mm，長度為200?2000mm，材質(zhì)為亞克力。所述的鼠夾式采樣頭主體為圓筒形，其內(nèi)徑與采樣/模擬管外徑的差值為I?3_，壁厚為5?15_，長度為50?150_，材質(zhì)為不銹鋼。所述的環(huán)形空腔為圓筒形，與鼠夾式采樣頭主體為同心圓筒，空腔厚度為3?9mm，長度與鼠夾式采樣頭主體長度的比值為0.3?0.5:1。所述的左弧形夾環(huán)和右弧形夾環(huán)整體為弧形，弧度為150?160°，縱截面為等腰直角三角形，直角邊長與鼠夾式采樣頭主體厚度的比值為1.1?1.2:1o所述的左彈簧片和右彈簧片為方形，長度為10?15_，寬度為8?12mm;左觸發(fā)板和右觸發(fā)板也為方形，長度為20?40mm，寬度為8?12mm。所述的陀螺形模擬管底座上部為圓筒形，內(nèi)徑與采樣/模擬管外徑的差值為I?3mm，壁厚為2?4mm，長度為15?30mm ;下部的上段為圓筒形，內(nèi)徑與上部圓筒內(nèi)徑的比值為0.7?0.9:1，壁厚為2?4mm，長度為20?10mm ;下部的下段為圓錐形殼體，側(cè)邊母線與軸線的夾角為30?60°。
[0009]灘涂沉積物采集、原位生態(tài)模擬方法是:首先，采樣/模擬管下端螺紋處擰上鼠夾式采樣頭，鼠夾式采樣頭朝下，將采樣/模擬管豎直插入泥灘沉積物至指定深度，固定采樣/模擬管，并在上端螺紋處擰上帶提手采樣管蓋，將采樣/模擬管水平繞自身中心軸旋轉(zhuǎn)45?90°，利用提手往上拔采樣/模擬管，此時，周圍沉積物對左觸發(fā)板和右觸發(fā)板的向下阻力使左彈簧片和右彈簧片往外側(cè)彎曲，左三角形卡扣槽和右三角形卡扣槽處的卡扣被打開，左弧形夾環(huán)和右弧形夾環(huán)在前復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧和后復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧的作用力下合攏，使鼠夾式采樣頭關(guān)閉，將采樣/模擬管從沉積物中拔出，完成采樣；然后，擰下鼠夾式采樣頭，換上普通采樣管蓋，將采樣/模擬管豎直放置，運輸至實驗室；最后，取下帶提手采樣管蓋，加入硝酸鹽和硫酸鹽污染的上覆水，換上模擬管頂蓋，取下普通采樣管蓋，換上陀螺形模擬管底座，在陀螺形模擬管底座內(nèi)灌入含銨鹽、甲烷污染物的下層水，豎直安置在20°C的恒溫室內(nèi)，模擬原位沉積物對污染物的降解情況，從而研宄灘涂沉積物中微生物的代謝特性和相互關(guān)系。
[0010]發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:I)灘涂沉積物采樣管與生態(tài)模擬柱合二為一，避免了樣品互混、空氣接觸等因素對原位生態(tài)模擬產(chǎn)生不利影響；2)設(shè)計鼠夾式的采樣頭，采樣時，利用杠桿原理促動觸發(fā)板，使采樣頭下端封閉，避免拔采樣管時樣品流失；3)拔采樣管前，裝上帶提手采樣管蓋，利用大氣壓持留樣品，避免樣品從采樣頭縫隙流失；4)設(shè)計陀螺形模擬管底座，用于模擬銨鹽、甲烷等由下往上擴散的污染物降解情況。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的灘涂沉積物采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的灘涂沉積物原位生態(tài)模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的普通采樣管蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4(a)是本發(fā)明的鼠夾式采樣頭采樣前的剖面圖；
圖4(b)是本發(fā)明的鼠夾式采樣頭采樣前的俯視圖；
圖5是本發(fā)明的鼠夾式采樣頭采樣后的示意圖；
圖中:采樣/模擬管1、鼠夾式采樣頭2、帶提手采樣管蓋3、普通采樣管蓋4、模擬管頂蓋5、陀螺形模擬管底座6、第一硅膠密封墊片7、第二硅膠密封墊片8、上覆水取樣管9、氣體取樣管10、第一硅膠密封圈11、環(huán)形空腔12、左三角形卡扣槽13、右三角形卡扣槽14、左弧形夾環(huán)15、右弧形夾環(huán)16、前復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧17、后復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧18、左彈簧片19、右彈簧片20、左觸發(fā)板21、右觸發(fā)板22、左布罩23、右布罩24、模擬管底座進液口 25、模擬管底座出液口 26、不銹鋼穿孔板27、濾膜28、第二硅膠密封圈29、提手30。
【具體實施方式】
[0012]如圖所示，灘涂沉積物采集、原位生態(tài)模擬裝置包括灘涂沉積物采集裝置、灘涂沉積物原位生態(tài)模擬裝置，灘涂沉積物采集裝置包括采樣/模擬管1、鼠夾式采樣頭2、帶提手采樣管蓋3、普通采樣管蓋4、第一硅膠密封墊片7、第二硅膠密封墊片8、提手30 ;其中，鼠夾式采樣頭2包括環(huán)形空腔12、左三角形卡扣槽13、右三角形卡扣槽14、左弧形夾環(huán)15、右弧形夾環(huán)16、前復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧17、后復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧18、左彈簧片19、右彈簧片20、左觸發(fā)板21、右觸發(fā)板22、左布罩23和右布罩24，鼠夾式采樣頭2上部內(nèi)側(cè)攻有內(nèi)螺紋，下部中間開有環(huán)形空腔12，下部左外壁開有左三角形卡扣槽13，下部右外壁開有右三角形卡扣槽14，環(huán)形空腔12內(nèi)裝有左布罩23和右布罩24，左布罩23上端固定于環(huán)形空腔12的頂部，下端連有左弧形夾環(huán)15，右布罩24上端固定于環(huán)形空腔12的頂部，下端連有右弧形夾環(huán)16，左弧形夾環(huán)15和右弧形夾環(huán)16之間連接有前復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧17和后復(fù)位扭轉(zhuǎn)彈簧18，左弧形夾環(huán)15左上端固定有左彈費片19，左彈費片19上端連有左觸發(fā)板21，右弧形夾環(huán)16右上端固定有右彈簧片20，右彈簧片20上端連有右觸發(fā)板22 ;帶提手采樣管蓋3上端設(shè)有提手30，內(nèi)壁攻有內(nèi)螺紋，內(nèi)部墊有第一硅膠密封墊片7 ;普通采樣管蓋4內(nèi)壁攻有內(nèi)螺紋，內(nèi)部墊有第二硅膠密封墊片8 ;灘涂沉積物原位生態(tài)模擬裝置包括采樣/模擬管1、模擬管頂蓋5和陀螺形模擬管底座6，模擬管頂蓋5包括上覆水取樣管9、氣體取樣管10和第一硅膠密封圈11，陀螺形模擬管底座6包括模擬管底座進液口 25、模擬管底座出液口 26、不銹鋼穿孔板27、濾膜28和第二硅膠密封圈29 ;灘涂沉積物采集裝置和灘涂沉積物原位