本发明涉及海洋生物生理生态学研究的
技术领域：
，特别是指一种用于海洋生物生理生态学研究的实验装置。
背景技术：
：近年来，随着海水养殖业产业结构的调整以及集中集约用海政策的实施，养殖用海对养殖污水的点源式排放导致局部海区富营养化状况较以前呈现面积缩小但局部浓度有所升高的态势。目前，我国主要的水产养殖方式包括：工厂化循环水养殖、池塘养殖、滩涂养殖、网箱养殖以及筏式养殖，而鱼类、贝类和大型海藻是其中重要的养殖物种。研究海洋生物与养殖环境的相互作用，评估养殖容量，可以更好的改善生态环境，并提高养殖效益，在此过程中需要精准量化研究养殖生物的摄食、代谢、排泄等生理活动。因此，准确分析养殖生物的个体生理生态学特征，了解养殖生物的个体摄食、营养需求及能量收支情况，精确提供营养供给与能量吸收之间的关系，对确定饵料系数，减少投喂成本，降低养殖对生态环境的营养负荷，建立养殖容量评估及环境容纳量评估具有至关重要的指导意义。现有技术中用于海洋生物生理生态学研究的实验装置在测定贝类和鱼类排泄作用、能量收支时，多将生物体以及排泄产物和代谢产物混在一起，需要终止实验才能进行沉积物的取样，沉积物取样困难，并且，在采集沉积物样本时会对实验生物造成较大扰动，从而导致其产生应激反应，严重影响生物体正常生理机能，致使实验结果不准确，重复性差。技术实现要素：本发明提出一种海洋生物生理生态学研究，解决了现有技术中的实验装置存在取样困难、扰动实验生物导致实验结果不准确的问题。本发明的技术方案是这样实现的：包括实验箱，所述实验箱包括卧式设置的圆柱型箱体；所述箱体的内部为中空设置，所述箱体的一端可拆卸式连接有第一端盖，所述箱体的另一端设有第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖均与所述箱体密封连接，所述箱体的内部设有网片，所述第二端盖上设有进水口，所述箱体在靠近所述第一端盖的一侧的上方设有出水口；所述第一端盖的下方设有沉积物取样口，所述沉积物取样口位于所述网片的下方，所述沉积物取样口连接有对其进行密封或打开的密封塞，所述沉积物取样口在打开时连接有沉积物取样管，所述沉积物取样管包括位于所述箱体的内部的取样段、位于所述第一端盖外部的操作段和连接所述取样段和所述操作段的连接段。作为一种优选的实施方案，所述取样段的末端设有倾斜设置的切口。作为一种优选的实施方案，所述切口的倾斜角度为30～35度。作为一种优选的实施方案，所述取样段的长度为所述箱体的长度的3/4～4/5。作为一种优选的实施方案，所述进水口的直径和所述出水口的直径相等，所述沉积物取样管的直径小于所述进水口的直径。作为一种优选的实施方案，所述网片的一端设有第一凸片，所述网片的另一端设有第二凸片，所述第一端盖上设有与所述第一凸片相适配的第一卡槽，所述第二端盖上设有与所述第二凸片相适配的第二卡槽。作为一种优选的实施方案，所述箱体为透明设置，所述网片到所述箱体的轴线的距离为所述箱体直径的1/6～1/8。作为一种优选的实施方案，所述实验箱为若干个，所述箱体的底部设有底座，所述底座为两个并呈对称设置。作为一种优选的实施方案，还包括水箱，所述水箱通过管道连接有分流器，所述分流器通过分流管分别与若干个所述实验箱连接。作为一种优选的实施方案，所述管道上沿着水流流出的方向依次设有第一控制阀和第二控制阀。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用卧式设置的圆柱型箱体，充分保证了水流通畅并匀速通过实验生物，使箱体内水流环境保持相对舒适和安静，从而保证生物体生理机能的稳定与健康；而且，这种圆筒型设计的箱体可有效避免沉积物在角落内的堆积，方便沉积物的完整收集和实验箱的清洗维护；另外，这种设计的箱体还有效避免水流从出水口至进水口之间的环境与外界环境中的气-水界面的交换接触，大大降低了气体交换对部分生理生态学指标(如耗氧率、固氮率等)的干扰；实验生物与其代谢产物即生物沉积物进行了即时物理隔离，生物沉积物收集更为完全，并且，实验生物的活动对沉积物及水质产生扰动较小，在不惊扰实验生物、无需终止研究实验以及不造成水-气界面接触的情况下，可以轻松实现生物沉积物的完全收集，可广泛应用于鱼类、贝类以及大型藻类个体的生理生态学研究，还可以通过出水口和进水口水样检测指标的变化情况，一站式获取多组关键数据，保证了数据的同步性和可重复性，实验结果准确。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一个实施例的立体结构示意图；图2为图1中箱体的立体结构示意图；图3为图1中箱体的主视结构示意图；图4为图1中箱体在连接沉积物取样管时的主视结构示意图；图5为图2中网片的俯视结构示意图；图6为图2中第一端盖的平面结构示意图；图7为图1中箱体在连接密封塞时的主视结构示意图；图8为图7中a处的放大结构示意图；图中：1-实验箱；2-水样取样瓶；3-水箱；4-第一控制阀；5-管道；6-第二控制阀；7-分流器；8-分流管；9-箱体；10-网片；11-出水口；12-第一端盖；13-沉积物取样管；14-底座；15-第二端盖；16-进水口；17-密封塞；18-第一凸片；19-第二凸片；20-第二卡槽；21-挡板；22-沉积物取样口。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参阅附图1至附图8，本发明包括实验箱1，实验箱1包括卧式设置的圆柱型箱体9；箱体9的内部为中空设置，箱体9的一端可拆卸式连接有第一端盖12，箱体9的另一端设有第二端盖15，第一端盖12和第二端盖15均与箱体9密封连接，箱体9的内部设有网片10，第二端盖15上设有进水口16，箱体9在靠近第一端盖12的一侧的上方设有出水口11，出水口11在箱体9上位于靠近第一端盖12的一侧；第一端盖12上设有沉积物取样口22，沉积物取样口22位于网片10的下方，沉积物取样口22内连接有对其进行密封或打开的密封塞17，沉积物取样口22在打开时连接有沉积物取样管13，沉积物取样管13包括位于箱体9的内部的取样段、位于第一端盖12外部的操作段以及连接取样段和操作段的连接段。本发明采用卧式设置的圆柱型箱体9即针筒型圆柱体设计的箱体9，充分保证了水流通畅并匀速通过实验生物，使箱体9内水流环境保持相对舒适和安静，从而保证生物体生理机能的稳定与健康；而且，这种圆筒型设计的箱体9可有效避免沉积物在角落内的堆积，方便沉积物(或称为生物沉积物)的完整收集和实验箱1的清洗维护；另外，这种设计的箱体9还有效避免水流从出水口11至进水口16之间的环境与外界环境中的气-水界面的交换接触，大大降低了气体交换对部分生理生态学指标(如耗氧率、固氮率等)的干扰；实验生物与其代谢产物即生物沉积物进行了即时物理隔离，生物沉积物收集更为完全，并且，实验生物的活动对沉积物及水质产生扰动较小，在不惊扰实验生物、无需终止研究实验以及不造成水-气界面接触的情况下，可以轻松实现生物沉积物的完全收集，可广泛应用于鱼类、贝类以及大型藻类个体的生理生态学研究，还可以通过出水口11和进水口16水样检测指标的变化情况，一站式获取多组关键数据，保证了数据的同步性和可重复性，实验结果准确。本发明中，网片10的网孔的尺寸小于实验生物的尺寸，实验生物位于网片10上，实验生物在实验过程中产生的生物沉积物(粪便、假粪及其它固体或粘稠状代谢物等)通过网孔漏到箱体9的底部，实现了实验生物与其产生的生物沉积物的彻底分离；同时，进水口16和出水口11的直径也小于实验生物的尺寸，充分保证了实验生物不被水流冲走，保证了研究实验进展的顺利性；特别适合于鱼类、贝类和大型海藻等个体较大的生物的研究实验。参阅附图4，本发明中，取样段的末端设有倾斜设置的切口。取样时，将密封塞17从第一端盖12的沉积物取样口22内取下，使沉积物取样口22打开，并迅速将沉积物取样管13插入沉积物取样口22，适当降低出水口11的水流量，箱体9底部的沉淀物由远及近地在压力或辅助虹吸作用下通过倾斜切口收集到沉积物取样管13内；然后，立即提高出水口11的水流量至正常流速，将密封塞17塞入沉积物取样口22，使沉积物取样口22密封，从而完成取样工作；取样迅速，对海洋生物的扰动小，并且，避免了实验水体暴露在空气中而造成气体(o2、co2等)的溶进和溢出，不会对耗氧率等检测结果造成影响。通常情况下，切口的倾斜角度为30～35度。取样段的长度为箱体9的长度的3/4～4/5。切口的设置，有利于沉积物的收集，使沉淀物收集方便，方便取样，在不惊扰实验生物、无需终止研究实验以及不造成水-气界面接触的情况下，轻松实现了生物沉积物的完全收集。进水口16的直径和出水口11的直径相等，沉积物取样管13的直径小于进水口16的直径。该实验装置的进水口16在箱体9一端中心位置处，而出水口11设置在箱体9另一端的上方，这种设计可保证水流完全通过生物体并在溢出的同时滞留颗粒态生物沉积物；水流从进水口16流入，沿箱体9的内部空腔轴向通过后再由后端上方的出水口11溢出，出水口11和进水口16的直径一致，充分保证了箱体9内的压力均衡，并且，在实验过程中避免了空气与水体的直接接触，阻断了气体溶解或溢出过程，免除外来干扰，保证待测目标物质在系统内转换并守恒；利用沉积物取样管13取出的沉积物主要用于分析假粪、真粪、沉积物含水率、干重、tn、ton、tc、toc等沉积物的指标。本实施例中，箱体9为透明设置，因此，附图1、附图2、附图3、附图4和附图7均可以看到箱体9内部的结构，网片10到箱体9的轴线的距离为箱体9直径的1/6～1/8。通常网片10是采用不锈钢材质制作而成，这种不锈钢网片10将实验生物与其产生的生物沉积物(粪便、假粪及其它固体或粘稠状代谢物等)实现了即时分离；并采用探入式沉积物取样管13定点抽取沉积物样品，可依计划定时收集水样及沉积物样品，取样方便，对实验生物扰动较小，并无需中途终止实验。这种透明设置的箱体9可以采用有机玻璃材质制作而成，透明箱体9可模拟昼夜光照变化，其流水通畅并实现了实验水体在经过实验生物作用过程中气-液界面的完全分离；这种设置的箱体9，在测定生物体生理变化的昼夜节律时，在外部遮光操作条件下依旧可以完成对生物沉积物的收集。本发明是用于养殖生理生态学中测定鱼类、贝类及大型海藻的摄食、代谢速率等个体生理生态学指标的室内模拟实验装置，在室内模拟海洋生物的生长现场条件以测定海洋生物的滤食、呼吸、排泄、排粪及其他代谢产物产生率及其对营养物质的吸收通过率等，计算水生生物能量收支及其与环境要素之间的相互关系的一种可广泛适用于鱼类、贝类及大型藻类等水生生物个体生理、生态学研究的封闭式流水实验通用装置。参阅附图1，本发明中，实验箱1为若干个，本实施例中，绘出了3个实验箱1，箱体9的底部设有底座14，底座14为两个并呈对称设置。若干个实验箱1可以一起组成平行实验组和组合对照实验组，从而一次性完成重复性实验和对比实验，操作方便，节省时间，对比性强，实验结果准确可靠；通常情况下，每个实验箱1的出水口11通过软管连接有水样取样瓶2，水样取样瓶2一般为1升的聚乙烯瓶，水样取样瓶2主要用于耗氧率实验和水样检测指标，水样检测根据实验目的可包括溶解氧、氨氮、总氮、总有机氮，尿素、总碳、总有机碳、活性磷酸盐、总磷、叶绿素等与摄食、营养、代谢等相关指标的检测。本发明中，还包括水箱3，水箱3一般为高位水箱3，水箱3通过管道5连接有分流器7，分流器7通过分流管8分别与若干个实验箱1连接。管道5上沿着水流流出的方向依次设有第一控制阀4和第二控制阀6。在水箱3和分流器7的作用下，进一步降低了平行实验和对比实验的干扰因素，提高了实验结果的准确性。第一控制阀4和第二控制阀6分别控制了水箱3出水的流速和分流器7进水的流速，在这种双阀控压的基础上，阀门上可以装配流速仪，使控流操作更加简便易行；在第一控制阀4和第二控制阀6之间还可以转接多个分流器7，并且，每个分流器7上的开孔数量可根据实验中平行组与空白组的需要自行设置；另外，第一控制阀4和第二控制阀6的压力可以调节，通过第一控制阀4和第二控制阀6之间的压差还可以控制水流速度。参阅附图5和附图6，本发明中，网片10的一端设有第一凸片18，网片10的另一端设有第二凸片19，第一端盖12上设有与第一凸片18相适配的第一卡槽，第二端盖15上设有与第二凸片19相适配的第二卡槽20。网片10卡接在第一端盖12和第二端盖15之间，使其固定牢固，不会影响实验；同时，这种设置的网片10与第一端盖12、第二端盖15连接简单，便于安装和拆卸，此时，第一端盖12可以通过卡扣与箱体9密封连接，从而形成一个密封式箱体9。另外，参阅附图7和附图8，本发明中，密封塞17还可以是设置在箱体9内部的单向挡板21，挡板21可绕其一侧即顶部的转轴打开，实验过程中挡板21在水压的作用下，将沉积物取样口22密封；取样时，沉积物取样管13由沉积物取样口22进入箱体9的内部，并将挡板21打开；在沉积物取样管13抽出箱体9的过程中，箱体9内部水压推动挡板21向下转动并将沉积物取样口22关闭，从而完成箱体9的密封。沉积物取样口22内设有密封圈，挡板21的内侧设有与密封圈相适配的凹槽，在凹槽和密封圈的配合作用下，实现了挡板21与沉积物取样口22的密封连接。下面通过具体实验阐述本发明的用于海洋生物生态学研究的实验装置在进行栉孔扇贝的生理生态学研究实验中的应用：1、实验过程描述本发明的用于海洋生物生态学研究的实验装置在使用时，首先，将箱体9的第一端盖12打开，安装不锈钢网片10，将实验箱1的箱体9放平后，在网片10上放置实验生物(鱼类可根据具体情况不放网片10，且在实验箱1内事先注入一定量水后再放入实验生物)，盖上带橡胶密封圈的第一端盖12并拧紧；接着，将进水口16与高位供水水箱3的出水管的分流器7相连，流速通过第一控制阀4和第二控制阀6来控制，可通过增大两个控制阀之间的流量差调控实验箱1腔体内的水流流速；最后，将出水口11通过软管与水样取样瓶2相连。本实验以栉孔扇贝为实验生物，采用本发明的用于海洋生物生态学研究的实验装置进行栉孔扇贝排泄情况和耗氧情况的研究。天然海水经过沉淀和高压沙滤处理后进入位于上位的水箱3，上位水箱3的水经过第一控制阀4和第二控制阀6流出，第一控制阀4和第二控制阀6可以均为球型开关阀，通过调节第一控制阀4和第二控制阀6，保持有多余的水从水箱3中溢出，从而保持实验过程水位差的恒定，即保持流经实验箱1内水量的恒定。从水箱3溢出的水经第一控制阀4和第二控制阀6之后进入分流器7后再进入各实验箱1，水样通过出水口11匀速流入水样取样瓶2，沉积物颗粒则透过网片10落入箱体9的底部。取沉积物样品时，将沉积物取样管13通过沉积物取样口22伸入箱体9的内部，并可通过止水夹降低出水口11的流量，利用箱体9内外压差将沉积物颗粒由远至近被沉积物取样管13吸入并收集，再用密封塞17将沉积物取样口22封闭后恢复出水口11通畅。2、实验方法2.1准确性实验实验在10℃的自然水温下进行驯化和测定，实验按扇贝个体大小分成4组，其壳长分别为30～40mm、40～50mm、50～60mm、60～70mm，每个实验组按个体大小放置扇贝3～4个。选择个体整齐、发育正常的扇贝在实验条件下驯化一周后，置于实验箱1内，在过滤后的洁净海水中测定其排泄量。测定过程中，每间隔2h取一次水样，共持续24h，水样监测指标包括：nh4-n、no2-n、no3-n、din、don、dtn、dip、dop和dtp；取样24h后，收集沉积于箱体9底部的颗粒态排泄物即生物沉积物，通过二次静置，虹吸出上覆海水，用少量蒸馏水冲洗脱盐，在60～70℃下烘干(4d)，称重，进行ptn和ptp分析。实验中，同时监测实验水体中溶氧量，并依据溶氧量调整水箱3内的流速，其流量范围为90～150ml/min。实验结果如表1和表2所示。2.2重复性实验选取壳长30～40mm的栉孔扇贝，在10℃水温下，利用本发明的用于海洋生物生理生态学研究的实验装置和现有的市售用于海洋生物生理生态学研究的实验装置按照上述方法分别测定其耗氧量及排泄量，实验结果列入表3和表4所示。3、分析方法实验中应用溶解氧测定仪(ysi-model)对实验水体do含量进行了24h连续监测。水体中的nh4-n、no2-n、no3-n、din、don、dip和dop的测定方法参见《海洋监测规范》，dtn、dtp采用过硫酸钾氧化法同时测定法(赵卫红，1999)，应用蛋白质自动分析仪测定颗粒物中的ptn和ptp则参照扈传昱等(1999)提出的方法。4、计算方法4.1溶解态排泄物的排泄速率vd(μg/h/ind)＝(c-c0)×v/n；其中，vd分别为水样中各形态氮、磷的净增量，即各形态氮、磷的排泄速率(μg/h)；c为出水口11水样中各指标的浓度(μg/l)；c0为进水口16水样中各指标的浓度(μg/l)；v为各实验箱1内水流的速度；n为各实验箱1内扇贝的个数；排泄速率vd与24的乘积即扇贝个体一天的总排泄量。4.2颗粒态排泄物的排泄速率vp(μg/h/ind)＝(w-w0)/n·t；其中，vp分别为颗粒态排泄物中tn、tp的排泄速率(μg/h)；w为颗粒态排泄物中tn、tp的总的排泄量；w0为空白对照组中收集的总量；n为各实验扇贝的个数；t为收集所持续的时间(h)。4.3耗氧率vo2(mg/h/ind)＝(c-c0)×v/n其中，vo2为水样中溶解氧减少的速率，c为出水口11水样中溶解氧的浓度(mg/l)；c0为进水口16水样中溶解氧的浓度(mg/l)；v为各实验箱1内水流的速度；n为各实验箱1内扇贝的个数，耗氧率vo2与24的乘积即扇贝个体一天的耗氧量。5、实验结果由表1和表2可以看出，本发明的用于海洋生物生理生态学研究的实验装置中所得到的实验数据参照一般规律均可得到较高的回归系数，实验重复性较好。此外，本发明的用于海洋生物生理生态学研究的实验装置可实现一天24小时连续监测水中排泄指标的昼夜变化，有效掩盖了生物在不同时间段的排泄昼夜变化，具有一定的统计学意义，得到的数据准确率也较高。表1不同壳长扇贝的排泄速率壳长(cm)3.80±0.104.51±0.175.43±0.226.45±0.25nh4-n(μg/h/ind)11.0023.2626.6832.34no2-n(μg/h/ind)0.860.962.253.76no3-n(μg/h/ind)2.472.465.799.66din(μg/h/ind)14.3326.6834.7245.76don(μg/h/ind)0.015.417.2314.16dtn(μg/h/ind)14.3432.0841.9659.92dip(μg/h/ind)2.194.001.063.63dop(μg/h/ind)0.240.22--0.02dtp(μg/h/ind)2.434.231.043.65ptn(μg/h/ind)1.692.673.585.67ptp(μg/h/ind)1.0591.0931.1931.215表2壳长与氮排泄速率的关系注：nd——溶解态氮；np——颗粒态氮；nh4-n——氨氮。表3本发明的实验装置上测定的耗氧率及排泄率由表3可以看出，使用本发明的用于海洋生物生理生态学研究的实验装置进行扇贝的耗氧率及排泄率研究实验时，3组平行实验的测定结果重复性很好，标准偏差sd在0.016～0.040之间，变异系数均小于3％，没有统计学上的显著差异。表4现有的市售实验装置上测定的耗氧率及排泄率由表4可以看出，采用现有的市售用于海洋生物生理生态学研究的实验装置进行扇贝的耗氧率及排泄率研究实验时，其耗氧率因没有完全隔绝气液界面的氧气交换，而导致实验结果比本发明的实验装置的测定值低31.42％，且重复性较差，标准偏差sd达0.126，变异系数达22.81％，具有统计学上明显的显著性差异；现有的市售用于海洋生物生理生态学研究的实验装置测定的扇贝的其它生理生态学指标，如氨氮、亚硝氮、硝氮、无机磷、颗粒态总氮和颗粒态总磷的标准偏差sd均在0.069～0.404之间，变异系数均大于5％，甚至大于10％，具有统计学上明显的显著性差异，重复性差。此外，现有的市售用于海洋生物生理生态学研究的实验装置中颗粒态沉积物由于收集中惊扰养殖生物，且很难做到完全收集，因而数据重复性较差，颗粒态总氮和颗粒态总磷排泄速率结果也较本发明的实验装置的测定结果分别低12.98％和44.81％。本发明的有益效果：本发明采用针筒型圆柱体设计的箱体9，充分保证了水流通畅并匀速通过实验生物，使箱体9内水流环境保持相对舒适和安静，从而保证生物体生理机能的稳定与健康；而且，这种圆筒型设计可有效避免沉积物在角落内的堆积，方便沉积物的完整收集和实验箱1的清洗维护；另外，这种设计的箱体9还有效避免水流从出水口11至进水口16之间的环境与外界环境中的气-水界面的交换接触，大大降低了气体交换对部分生理生态学指标(如耗氧率、固氮率等)的干扰；实验生物与其代谢产物即生物沉积物进行了即时物理隔离，生物沉积物收集更为完全，并且，实验生物的活动对沉积物及水质产生扰动较小，在不惊扰实验生物、无需终止研究实验以及不造成水-气界面接触的情况下，可以轻松实现生物沉积物的完全收集，可广泛应用于鱼类、贝类以及大型藻类个体的生理生态学研究，还可以通过出水口11和进水口16水样检测指标的变化情况，一站式获取多组关键数据，保证了数据的同步性和可重复性，实验结果准确。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12