一種原位自動富集浮游植物定性采樣裝置的設計及應用

孫大明

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

浮游植物是指在水中以浮游生活的微小植物，通常指浮游藻類。藻類分布很廣、數量極多，在整個生態系統中占有非常重要的地位，此外藻類還與人類的生產、生活密切相關，具有重要的漁業、工業、農業和藥用價值[1-2]。但隨著環境的改變，大量含有氮、磷的工業廢水和生活污水被排放到水體中，導致許多湖泊、水庫、河流等水體富營養化，嚴重時產生水華現象，對水資源、水環境與水生態安全構成了嚴重威脅[3-5]。目前，藻類監測已經成為水生態監測的一個重要組成部分。

目前，市場上的浮游植物定性采樣裝置在使用時往往存在以下缺點：需要大量人力，實際操作時，整個采樣網要全部浸入水體，極大地消耗了采樣人員的體力；按照標準常規方法采集的過水體積存在較大差異，即使是定性分析，其結果也會有偏差；受限于浮游植物網伸縮桿的長度，對藻類監測結果產生影響；采樣裝置離水體較近，連續長時間的用力循環拖動，易發生墜水意外；易于損壞，耗材成本高[6-9]。

為了解決上述定性采樣裝置存在的問題，本文設計了一種原位自動富集浮游植物定性采樣裝置，并應用該裝置對大連地區8月的5座水庫進行采樣分析，獲得了滿意的結果。

1 原位自動富集定性采集裝置設計

1.1 設計原理

《內陸水域浮游植物監測技術規程》(SL 733—2016)中規定，浮游植物定性樣品采集應使用25號浮游生物網，其孔徑為64μm。生物網的應用原理是將浮游生物網不斷在水中做“∞”形巡回拖動約3～5min，通過生物網截留，使浮游植物不斷富集[7]。

在原位自動富集浮游植物定性采樣裝置設計中，依據定性樣品采集的原理，將25號浮游生物網固定在采樣管末端，通過蠕動泵將水中的浮游植物多次通過生物網而被截留富集。整個富集過程不需要巡回拖動生物網，并且采樣管位置固定，達到了原位自動富集采樣效果。

1.2 設計思路

為節省人力，提高自動化程度，采用蠕動泵抽水，蠕動泵上設有調節轉速的功能，可有效控制和計算通過的水樣體積。蠕動泵的動力源來自電瓶，實驗室充滿電后，保證在野外可以連續作業3h以上。選用伸縮桿支撐采樣管，伸縮桿可根據需要設計為4～6節，伸長時可達到3～5m，收縮后約80cm，便于攜帶。伸縮桿前端設有下沉桿，保證采樣管達到指定采樣深度；伸縮桿后端設有支架，方便采樣人員控制，實現原位自動采樣。采樣管的末端綁上25號篩絹，材質與標準方法中浮游生物網相同。

1.3 結構組成

原位自動富集浮游植物定性采集裝置見圖1。蠕動泵由電瓶提供能量，采樣管穿過伸縮桿，通過蠕動泵，一端插入水中 ，另一端綁上篩絹。

圖1 原位自動富集浮游植物定性采集裝置設計圖

1.4 實際操作

a.樣品采集時，首先打開蠕動泵，先對采樣管進行清洗。

b.調整采樣桿和下沉桿，確定采樣位置，然后在采樣管末端綁上25號篩絹，控制轉速和時間，使水體通過采樣管，濾過篩絹進行排出。

c.蠕動泵停止后，取下篩絹，用洗瓶進行反洗，收集反洗液至定性樣品瓶，篩絹每次采樣后進行更換。

2 實驗方法比對

利用原位自動富集定性采樣裝置與傳統常規采樣方式對大連地區8月的5座水庫藻類定性樣品進行采樣，收集定性樣品體積控制在30～40mL，利用萊卡DM2000正置顯微鏡進行鏡檢。采用標準方法鑒別藻類種屬[10]，兩種采樣方式獲得的藻類種群結構及優勢種群見表1。

表1 原位自動富集定性采樣轉置與常規生物網采樣監測結果對比

從表中1可以看出，利用原位自動富集浮游植物定性采集裝置獲得的水樣定性分析結果與傳統常規方法相比，浮游藻類的群落結構基本一致，結果在誤差允許范圍之內，同時兩種裝置所得到的浮游植物優勢種群相同，這表明本文設計的原位自動富集浮游植物定性采樣裝置對水中浮游植物的定性采樣檢測結果準確度高，具備實施可行性。此外該裝置與常規裝置相比還有以下優勢：

a.自動化操作。操作人員只需啟動蠕動泵，水中的藻類便可逐漸富集在篩絹上，再對篩絹進行反洗就可以收集到藻類定性樣品。實現了自動化采樣，大大減少了人為操作。

b.樣品統一性高。由于采用機械進行采樣，蠕動泵的轉速和時間確定，可以保證采集的每個樣品所經過的過水體積是一致的，保證了富集在篩絹上藻類的統一性。

c.采樣位置更精確。該裝置中用于支撐采樣管的伸縮桿最大可伸長至5m，前端還設有下沉桿，采樣管進水口固定在下沉桿上，便于采樣位置達到指定深度。

d.操作安全。取消了操作人員擺動采樣桿的過程，消除了操作的安全隱患。

e.降低成本。為保證采集樣品的準確性，需每次更換新的篩絹，但是只需大概5cm×5cm大小的篩絹，用料約是原方法生物網的1/100，減少了消耗。電瓶可循環充電，所需能源少。

3 結 語

浮游植物作為水生態監測的重要指標，是生態文明建設的一項重要的基礎性工作。當前浮游植物監測越來越受到各部門的重視，面對日益增加的浮游植物監測任務，需不斷提高監測效率。本文通過設計一種原位自動富集浮游植物定性采樣裝置，在確保實驗結果準確的基礎上，實現了藻類定性采樣的自動化、安全化和節約化，極大地提高了檢測人員的工作效率。本裝置的設計開發不僅提高了浮游植物監測實驗人員的工作效率，還在保障供水，服務水資源的監督、管理及保護等方面具有廣泛而深遠的意義。