一种深海沉积物孔隙水原位培养装置及其工作方法

本发明涉及深海取样，特别是涉及一种深海沉积物孔隙水原位培养装置及其工作方法。

背景技术：

1、沉积物孔隙水是指存在于海底沉积物颗粒之间孔隙的水溶液，它是地球水圈的重要组成部分，其科学意义在于反映了海底颗粒物沉积过程中，以及埋藏后发生的各种生物地球化学变化。获取沉积物孔隙水样品对深海底部化学环境特征及其变化过程、深渊生命研究以及海底资源调查具有重要意义。

2、沉积物取样后抽取孔隙水样品是最常用的深海沉积物孔隙水取样方式之一，使用柱状、箱式或机械手持短柱状深海沉积物取样设备进行取样，设备在取样的过程中，会将沉积物和孔隙水一同采集，再到船载实验室使用装有过滤器的长针头穿过沉积物样品表面，直接抽取孔隙水样品。沉积物取样后抽取孔隙水样品这种方法的优点是操作简便、取样快速，但其缺点也很明显。孔隙水通常处于静态状态，因此当抽取过程中出现振动或摇晃时，可能会引起孔隙水中的颗粒物或溶解气体释放，从而影响孔隙水的成分和性质。此外，由于取样时间的不同，抽取的孔隙水可能会有所不同，从而可能导致误差。因此，对于对孔隙水成分、特性等要求较高的研究，沉积物取样后抽取孔隙水样品的方法可能并不是最理想的取样方式。

3、使用原位沉积物孔隙水取样器取样是一种新型的深海沉积物孔隙水取样方式，其主要优点是能够在深海沉积物中准确地获取孔隙水，并保证取样时不会对样品造成任何干扰。使用取样器通常需要将设备送入深海沉积物中，然后在取样器的作用下将孔隙水吸入到取样器中，并在取样器内进行保护和保存。这种方法可以最大限度地避免孔隙水样品中的颗粒物和溶解气体释放，从而保证取样的准确性和可靠性。此外，由于使用取样器时能够保证取样位置和时间的一致性，因此对于对孔隙水成分、特性等要求较高的研究而言，使用取样器的方法是最为理想的取样方式。但是，使用原位沉积物孔隙水取样器取样也存在一些不足之处。首先，使用取样器需要专门的设备和技术支持，因此成本较高。其次，取样器的操作难度较大，需要高技能水平的操作人员，操作过程也需要耗费较长的时间。最后，使用取样器可能会受到深海环境的影响，例如海流、水下地形等因素，从而导致取样过程的困难和不稳定性。

4、以上两种方式采集的样品，都还只停留在采样这一阶段，二者存在许多共同的缺点：其一，存在样品环境变化引起的损失：回收过程中，压力和温度的骤变，会导致样品中微生物细胞破裂，造成原位表达的遗传信息损失；其二，存在样品转移引起的损失：复杂的样品后处理、转移及漫长的运输过程，导致样品中的微生物存活率进一步降低，样品被污染的风险也大大升高，无法保证样品的保真性；其三，两种采样方式的定向科学培养试验效果不佳:取样回来之后，丧失了原位条件，很多重要的定向的培养试验无法进行或实验效果大打折扣，即使有很多环境模拟实验系统可以控制温度和压力，仍然难以保证完全真实模拟原位环境溶解氧、ph等诸多其他环境参数及其实时的动态变化。

5、综上所述，深海沉积物孔隙水的现有取样方式各有优缺点。抽取孔隙水样品虽然操作简便，但易受到干扰；使用取样器虽然能够最大限度地避免干扰和误差，但需要专门的设备和技术支持，成本较高。

技术实现思路

1、本发明的一目的是，提供一种深海沉积物孔隙水原位培养装置及其工作方法，该深海沉积物孔隙水原位培养装置能够实现孔隙水样品的原位采样、原位培养和原位固定，解决现有的采样方式存在的容易受到干扰，容易造成样品损失，样品定向科学培养试验效果不佳的技术问题。

2、本发明在一方面提供了一种深海沉积物孔隙水原位培养装置，包括：

3、孔隙水取样杆，其间隔设置有多段多孔渗透管，用于对不同层位进行孔隙水取样；

4、流路控制腔体，其包括用于孔隙水的原位取样和固定的多个取样流路，其中多个取样流路分别通过对应的取样管连接于所述孔隙水取样杆的对应多孔渗透管，各取样流路包括依次设置的第一三通阀、多通道蠕动泵、流量计、第二三通阀以及培养袋。

5、可选地，所述第一三通阀和所述第二三通阀均具有第一接口、第二接口以及第三接口，其中所述第一三通阀通过其第一接口和第三接口分别连接于所述取样管和所述多通道蠕动泵，所述第二三通阀通过其第三接口和第一接口分别连接于所述流量计与所述培养袋。

6、可选地，所述流路控制腔体还包括连接于所述第一三通阀的第二接口的终止液袋和连接于所述第二三通阀的第二接口的废液通道。

7、可选地，在所述第一三通阀和所述第二三通阀处于断电状态时，两者的第一接口和第三接口均处于导通状态，第二接口均处于关闭状态；在所述第一三通阀和所述第二三通阀处于通电状态时，两者的第二接口和第三接口均处于导通状态，第一接口均处于关闭状态。

8、可选地，其中通过选择性地控制和切换所述第一三通阀和所述第二三通阀的上电和断电状态，能够切换所述流路控制腔体的管路清洗模式、孔隙水取样模式以及孔隙水样品原位固定模式。

9、可选地，所述流路控制腔体包括三个取样流路。

10、可选地，所述孔隙水取样杆包括杆体和连接于所述杆体的t型把手；所述杆体具有锥形底端，中间间隔形成有多段所述多孔渗透管，顶部设置有供取样管进入的取样接口。

11、本发明在另一方面还提供了一种深海沉积物孔隙水原位培养装置的工作方法，包括步骤：

12、s21、通过运载平台的机械手将深海沉积物孔隙水原位培养装置布放至海底目标作业点；

13、s22、通过运载平台的机械手将深海沉积物孔隙水原位培养装置的孔隙水取样杆插入沉积物中；

14、s23、等待一段时间后，启动流路控制腔体的泵阀，对流路控制腔体的取样流路进行管路清洗；

15、s24、启动流路控制腔体的泵阀，将定体积的孔隙水样品注入培养袋，与培养袋中的培养液进行原位培养试验；

16、s25、到达停止培养实验时间后，注入终止液，终止原位培养试验，实现样品原位固定。

17、可选地，步骤s23具体包括步骤：

18、控制取样流路中的第一三通阀不上电，第二三通阀上电；

19、启动所述多通道蠕动泵，取样管中的孔隙水样品经由第一三通阀的第一接口流入，自第一三通阀的第三接口流出，使得取样流路中的除氧去离子水自第二三通阀的第二接口排出；

20、在取样流路中的流量计的计量体积均超过管路体积300%时，所述多通道蠕动泵停止进样，完成管路清洗。

21、可选地，步骤s24具体包括步骤：

22、控制取样流路中的第一三通阀和第二三通阀均不上电；

23、启动所述多通道蠕动泵，取样管中的孔隙水样品注入培养袋中；

24、在取样流路中的流量计的计量体积均超过管路体积5%时，所述多通道蠕动泵停止进样，孔隙水样品与培养袋中的培养液混合，进行原位培养试验。

25、可选地，步骤s25具体包括步骤：

26、控制取样流路中的第一三通阀上电，第二三通阀不上电；

27、启动所述多通道蠕动泵，抽取终止液袋的终止液注入培养袋中；

28、在取样流路中的流量计的计量体积均超过管路体积5%时，所述多通道蠕动泵停止进样，完成培养的样品和终止液在培养袋中充分混合，完成孔隙水样品原位固定。

29、可选地，在步骤s21之前，还包括步骤：

30、s11、在流路控制腔体的培养袋中注入培养液，并在终止液袋中通入终止液；

31、s12、在流路控制腔体的所有管道及器件内部均充满除氧的去离子水；

32、s13、预设工作程序及系统启动时间；

33、s14、将深海沉积物孔隙水原位培养装置安装在运载平台上。

34、本发明具有以下有益效果：

35、（1）本发明提供的深海沉积物孔隙水原位培养装置在深海原位完成孔隙水样品采集和固定，避免了传统采样由于压力和温度的骤变而导致样品中微生物细胞破裂，造成原位表达的遗传信息损失的问题。

36、（2）本发明提供的深海沉积物孔隙水原位培养装置将原本在陆地实验室进行的定向培养实验，直接在深海原位进行，维持了实验过程中环境变量的稳定，使得培养实验的实验效果和科学价值大大提高。

37、（3）本发明提供的深海沉积物孔隙水原位培养装置利用慢速的多通道蠕动泵同时进行多个层位的孔隙水取样，避免了不同层位孔隙水之间的串扰，同时使用流量计进行定量，实现高精度定体积孔隙水取样。

38、（4）本发明提供的深海沉积物孔隙水原位培养装置可在多个科学研究领域发挥作用，简化了从取样到实验研究的过程，提高了深渊科考和深渊科学研究的效率，有利于实现批量生产，大面积推广应用。

39、通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。