一种原位自动富集浮游植物定性采样装置的设计及应用

孙大明

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116023)

浮游植物是指在水中以浮游生活的微小植物，通常指浮游藻类。藻类分布很广、数量极多，在整个生态系统中占有非常重要的地位，此外藻类还与人类的生产、生活密切相关，具有重要的渔业、工业、农业和药用价值[1-2]。但随着环境的改变，大量含有氮、磷的工业废水和生活污水被排放到水体中，导致许多湖泊、水库、河流等水体富营养化，严重时产生水华现象，对水资源、水环境与水生态安全构成了严重威胁[3-5]。目前，藻类监测已经成为水生态监测的一个重要组成部分。

目前，市场上的浮游植物定性采样装置在使用时往往存在以下缺点：需要大量人力，实际操作时，整个采样网要全部浸入水体，极大地消耗了采样人员的体力；按照标准常规方法采集的过水体积存在较大差异，即使是定性分析，其结果也会有偏差；受限于浮游植物网伸缩杆的长度，对藻类监测结果产生影响；采样装置离水体较近，连续长时间的用力循环拖动，易发生坠水意外；易于损坏，耗材成本高[6-9]。

为了解决上述定性采样装置存在的问题，本文设计了一种原位自动富集浮游植物定性采样装置，并应用该装置对大连地区8月的5座水库进行采样分析，获得了满意的结果。

1 原位自动富集定性采集装置设计

1.1 设计原理

《内陆水域浮游植物监测技术规程》(SL 733—2016)中规定，浮游植物定性样品采集应使用25号浮游生物网，其孔径为64μm。生物网的应用原理是将浮游生物网不断在水中做“∞”形巡回拖动约3～5min，通过生物网截留，使浮游植物不断富集[7]。

在原位自动富集浮游植物定性采样装置设计中，依据定性样品采集的原理，将25号浮游生物网固定在采样管末端，通过蠕动泵将水中的浮游植物多次通过生物网而被截留富集。整个富集过程不需要巡回拖动生物网，并且采样管位置固定，达到了原位自动富集采样效果。

1.2 设计思路

为节省人力，提高自动化程度，采用蠕动泵抽水，蠕动泵上设有调节转速的功能，可有效控制和计算通过的水样体积。蠕动泵的动力源来自电瓶，实验室充满电后，保证在野外可以连续作业3h以上。选用伸缩杆支撑采样管，伸缩杆可根据需要设计为4～6节，伸长时可达到3～5m，收缩后约80cm，便于携带。伸缩杆前端设有下沉杆，保证采样管达到指定采样深度；伸缩杆后端设有支架，方便采样人员控制，实现原位自动采样。采样管的末端绑上25号筛绢，材质与标准方法中浮游生物网相同。

1.3 结构组成

原位自动富集浮游植物定性采集装置见图1。蠕动泵由电瓶提供能量，采样管穿过伸缩杆，通过蠕动泵，一端插入水中 ，另一端绑上筛绢。

图1 原位自动富集浮游植物定性采集装置设计图

1.4 实际操作

a.样品采集时，首先打开蠕动泵，先对采样管进行清洗。

b.调整采样杆和下沉杆，确定采样位置，然后在采样管末端绑上25号筛绢，控制转速和时间，使水体通过采样管，滤过筛绢进行排出。

c.蠕动泵停止后，取下筛绢，用洗瓶进行反洗，收集反洗液至定性样品瓶，筛绢每次采样后进行更换。

2 实验方法比对

利用原位自动富集定性采样装置与传统常规采样方式对大连地区8月的5座水库藻类定性样品进行采样，收集定性样品体积控制在30～40mL，利用莱卡DM2000正置显微镜进行镜检。采用标准方法鉴别藻类种属[10]，两种采样方式获得的藻类种群结构及优势种群见表1。

表1 原位自动富集定性采样转置与常规生物网采样监测结果对比

从表中1可以看出，利用原位自动富集浮游植物定性采集装置获得的水样定性分析结果与传统常规方法相比，浮游藻类的群落结构基本一致，结果在误差允许范围之内，同时两种装置所得到的浮游植物优势种群相同，这表明本文设计的原位自动富集浮游植物定性采样装置对水中浮游植物的定性采样检测结果准确度高，具备实施可行性。此外该装置与常规装置相比还有以下优势：

a.自动化操作。操作人员只需启动蠕动泵，水中的藻类便可逐渐富集在筛绢上，再对筛绢进行反洗就可以收集到藻类定性样品。实现了自动化采样，大大减少了人为操作。

b.样品统一性高。由于采用机械进行采样，蠕动泵的转速和时间确定，可以保证采集的每个样品所经过的过水体积是一致的，保证了富集在筛绢上藻类的统一性。

c.采样位置更精确。该装置中用于支撑采样管的伸缩杆最大可伸长至5m，前端还设有下沉杆，采样管进水口固定在下沉杆上，便于采样位置达到指定深度。

d.操作安全。取消了操作人员摆动采样杆的过程，消除了操作的安全隐患。

e.降低成本。为保证采集样品的准确性，需每次更换新的筛绢，但是只需大概5cm×5cm大小的筛绢，用料约是原方法生物网的1/100，减少了消耗。电瓶可循环充电，所需能源少。

3 结 语

浮游植物作为水生态监测的重要指标，是生态文明建设的一项重要的基础性工作。当前浮游植物监测越来越受到各部门的重视，面对日益增加的浮游植物监测任务，需不断提高监测效率。本文通过设计一种原位自动富集浮游植物定性采样装置，在确保实验结果准确的基础上，实现了藻类定性采样的自动化、安全化和节约化，极大地提高了检测人员的工作效率。本装置的设计开发不仅提高了浮游植物监测实验人员的工作效率，还在保障供水，服务水资源的监督、管理及保护等方面具有广泛而深远的意义。