利用c-14示踪技术测定海洋初级生产力的模拟现场培养装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及浮游植物的培养装置，具体涉及一种利用C-14示踪技术测定海洋初级生产力的模拟现场培养装置。
【背景技术】
[0002]海洋初级生产力是指海洋中初级生产者(主要是浮游植物)通过光合作用或化学合成生产有机物的能力或速率，它是海洋生态系统中其他异养生物的生存基础，并从根本上影响着全球生物地球化学循环与气候变化。因此，海洋初级生产力的精确测试已成为各国研究活性有机体与无机碳库之间的碳循环、海洋固碳能力以及气候变化的重要枢纽。C-14同位素示踪法是目前为止最为经典与常用的初级生产力标准测试技术，由丹麦科学家Steemann Nielsen在1952年提出，因其精确度高、耗时短、费用低而迅速取代以往流行的黑白瓶测氧法，被海洋学家与湖沼学家广泛采用，目前已成为国际标准方法。该技术在实际操作中可分为两种方法:“原位”现场培养法和“模拟”现场培养法，前者要求将培养瓶在加入水样和C-14后放置在预定的水下深度，并且要求考察船抛锚等待4-6小时(或24小时以上)直至培养结束，所以难度高、耗时且费力；而后者则通过工程技术来模拟现场条件，从而实现模拟原位的培养过程。
[0003]以往虽然有一些“模拟”现场培养的技术方法，但这些技术存在如下几个方面的不足之处:
[0004](I)难以精确控制培养过程中的温度。海洋水体温度始终处于变化中，这不仅表现在大尺度的季节变化，还表现在一日内昼夜交替的周期变化。而且，海洋水体具有垂向立体维度，不同水深温度也不同。以往模拟培养技术在将水样取出后，就再也难以控制水体的温度变化，更无法将温度严格控制在水样原本所在的深度的温度。以往研究表明，温度对浮游植物初级生产力和光合作用碳同化系数影响极大，这势必导致C-14示踪结果的误差。
[0005](2)难以精确控制培养过程中的光照强度。光照是影响海洋初级生产力的关键因素，因为光照是浮游植物通过光合作用产生有机碳的原动力。以往部分模拟培养技术虽然采用了日光灯等模拟太阳光照条件，但往往难以精确控制器光照的强度，难以与水样原深度的光照强度统一起来；即使部分培养技术能调整日光灯光照强度，但由于不是完全密封的环境，导致周围自然光照对浮游植物产生难以预期的影响，进而导致测试结果的误差和不确定性。
[0006](3)难以模拟物理水动力环境。海洋水体时刻处于运动中，而这种物理运动对浮游植物初级生产力具有较大影响。以往模拟培养技术在把水样从深海中取出后，往往再也难以模拟浮游植物原本所具备的海洋动力环境。这必将使得所测初级生产力与真实结果有难以预期的偏差。
[0007](4)难以对C-14泄漏造成的放射性污染进行严格控制。以往培养技术在将C-14注射入培养瓶，以及培养过程中，乃至最后的过滤水样过程中都难以避免人为操作所导致的C-14泄漏和放射性污染。由于C-14是放射性同位素，且其半衰期长达5730年左右，这使得C-14有可能通过食物链传递给人类，进而影响人类健康。另一方面，由于培养时注入水样中的C-14浓度一般较大，如有泄漏，也容易污染考察船，难以清除；如果大批量的持久泄漏，也有可能导致海洋本底C-14含量的增高。
[0008]总之，以往技术难以完美模拟真实的现场环境，从而导致测量结果有所偏差和失误，且容易导致放射性污染。对现场环境的模拟包括对温度、光照强度、物理扰动等多个参数的完美再现，但以往技术方法往往仅能模拟其中的1-2个参数，难以将所有条件都严格控制;尤其在考察船有限空间和动荡环境下，对温度的严格控制、对物理扰动的精确再现及对光强度的严格模拟都遇到极大难度;此外，如何减少人为操作所导致的C-14泄漏和放射性污染;这都是以往多种技术难以攻克的难点。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型旨在提供一种“模拟”现场培养装置，以解决现有培养装置操作难度大、耗时长、操作要求高、易造成放射性污染等问题；同时，充分利用C-14示踪技术的高精度特点，完美解决在科学考察船上测定海洋初级生产力和开展相关科学实验的难题，为海洋科学调查和研究提供技术支撑。
[0010]—种利用C-14示踪技术测定海洋初级生产力的模拟现场培养装置，包括培养单元、温度及水流模拟控制单元、光照模拟控制单元;培养单元包括若干个培养瓶;温度及水流模拟控制单元包括水浴罩、循环水浴锅、培养瓶旋转支架，水浴罩为圆柱体形状，在圆柱体的沿中轴线处设置中央转轴，中央转轴外周设置培养瓶旋转支架，培养瓶固定于培养瓶旋转支架上，水浴罩上设置入水口和出水口，入水口和出水口分别与循环水浴锅连接;光照模拟控制单元包括光面板、日光灯管，日光灯管设置在光面板上，日光灯管连接电源，光照模拟控制单元设置在圆柱体形水浴罩的一个底面一侧。
[0011]所述培养瓶的数量为4-10个，可根据实际实验需要对培养瓶的数量进行调整，一般至少3个透明材质培养瓶，另外可包含1-3个外表涂黑或不透明玻璃材质的“黑”培养瓶用于做暗吸收校正，两种培养瓶可以交叉分布。
[0012]所述培养瓶之间以中央转轴为对称轴对称设置，使其配平，避免在旋转时不稳。
[0013]所述培养瓶口设置在水浴罩的外侧。
[0014]所述培养瓶为斜口设置，即瓶口方向与瓶身方向具有夹角，而非常规的方向一致。将培养瓶的瓶口改成斜向，并固定在培养瓶旋转支架上，方便向瓶中添加水样、方便用注射器注射入C-14溶液、也方便培养后的清洗工作；圆柱体形水浴罩可从圆柱体底面打开来更换培养瓶，如调整培养瓶的数量、更换不同透光度、体积的培养瓶等等;而在培养过程中，培养瓶处于封闭状态。
[0015]所述水浴罩采用透明材料制成，如玻璃、高透光度塑料等，透明材料不会影响光照的射入。
[0016]所述入水口与出水口设置在圆柱体形水浴罩的侧面上，两者相距越远越好，使从循环水浴锅输入的水在水浴罩内完全循环。
[0017]所述水浴罩和光照模拟控制单元之间设置光量子计，光量子计紧贴水浴罩，且位于以圆柱体形水浴罩底面圆心为圆心、圆心到培养瓶中间部位距离为半径的圆的圆周上。光量子计与电脑连接，用于随时检测光强度，来确保光强度数值准确。
[0018]所述日光灯管和电源之间还可以设置电流控制器和/或定时器。
[0019]所述中央转轴对外的一侧，安装可拆卸式摇把。该摇把在培养过程中可以拆卸下来，而在培养前加水样时以及在培养后洗瓶时，可以安装上并方便地摇动，以使得培养瓶上下转动，从而极易将水流倒入或倒出。所述的可拆卸氏可以是螺纹连接、卡扣连接等常用连接方式。所述对外的一侧指培养瓶口探出水浴罩的一侧。
[0020]所述水浴罩固定在支架上。
[0021]所述培养装置除循环水浴锅外均设置在不透光的遮光罩内。为避免外部自然光线的干扰，采用全封闭的不透光的外部遮光罩，而且遮光罩前面使用不透光且密闭的拉帘，这样既可在培养过程中起到封闭光照的效果，也可以在培养后拉开窗帘来进行取样。外部遮光罩采用刚性材质，这样在科学考察船上晃动或搬动时，可以保护里面的透明水浴罩。循环水浴锅放在遮光罩外的原因在于:一是节省遮光罩的空间，二是放在外面容易散热，三是方便操作。
[0022]所述遮光罩采用刚性材质，形体为四方体，因此可以方便累加叠放；同时，如果针对不同水深的水样进行培养，可以多个此类设备叠放在一起，进而节省在考察船上所占用的空间。
[0023]相比于现有技术，本实用新型的有益效果体现在:
[0024](I)针对难以精确控制培养过程中温度的缺点，本实用新型的温度模拟控制单元采用圆形透明水浴罩为培养瓶提供了一个全封闭培养环境，并通过循环水浴设备驱动从培养瓶外持续流过的恒温水流，温控误差仅±0.1°C;而且，水浴的控温范围在0°C_100°C之间，覆盖了几乎所有海洋浮游植物所能生存的温度范围。因此，本实用新型不仅能精确模拟水样在海洋原深度的水温，而且适用于全球任何海洋水域。
[0025](2)针对难以精确控制培养过程中光照强度的缺点，本实用新型的光照模拟控制单元采用电流强度控制器和计时器控制日光灯管和光面板，从而严格控制了光照强度和光照模式，并且通过光量子计进一步严格检查光强度，确保光强度与水样在原海洋水体的光强度完全一致;而且，培养瓶和其外面的圆柱体形水浴罩均为高透明材质，不会影响光线透射，能完美的模拟海洋光照强度。此外，本实用新型最为关键的一点是采取外部遮光罩将整个培养设备(循环水浴设备除外)都封闭起来，这样有效地减少了周围环境中自然光照对培养瓶的影响，从而使测试结果更为准确。
[0026](3)针对难以模拟物理水动力环境的缺点，本实用新型利用循环水浴所驱动的水流推动培养瓶绕中央转轴持续转动，从而模拟了海洋水体