[发明专利]一种野外pH流水控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种野外pH流水控制系统及其方法。

背景技术

气候变暖与海洋酸化是CO₂过量排放带来的两个全球性生态问题，已有研究表明，气候变暖与海洋酸化的协同作用造成了海洋贝类的负面作用。在CO₂持续高浓度排放的压力下，全球性气候变化可能引发的海洋生态效应已经引起国内外政府组织及研究者的高度重视，其中海洋酸化一直是国际性的研究热点。众多研究者已经表明，海洋吸收了30％人类排放的CO₂，这不仅极大的缓解了大气中CO₂浓度增加的趋势，同时也会引起一系列复杂的海水化学性质的改变，最终的结果是导致海水中H⁺和碳酸根离子浓度越来越低。海洋酸化改变了上层海洋化学结构，导致海洋生物矿化形成的CaCO₃骨架在海水中的饱和度急剧下降，最终的结果是破坏了CaCO₃为主要钙化形式的海洋生物的骨骼、贝壳等重要的生物结构。实验室受控的实验已经表明，海洋酸化降低了珊瑚虫的钙化速率，使成体珊瑚虫生长缓慢、数量减少，珊瑚虫的减少将导致依赖珊瑚生活或生存的生物群落的丰度降低，甚至整个群落消亡；海洋酸化也导致翼足目生物的骨架不稳而难以生存，部分有孔虫身体的外壳变薄，棘皮动物的生长受到严重影响。此外，海洋酸化还会影响海洋生物的其他关键生理过程，如光合作用、呼吸代谢、早期胚胎发育、生长率、钙化速率，免疫力及繁殖率等，部分生物因其独特的生理特征，可能对海洋酸化产生反应，甚至不适应，致使种群退化或灭绝。

目前关于海洋酸化对海洋生物影响的研究多以实验室条件下和现场封闭围隔实验为主，采用的方法一般用HCl，Na₂CO₃酸碱调节和CO₂充气两种形式进行酸化胁迫的模拟，从而获得目标pH的调控，然后将实验生物放入不同pH梯度的酸化条件下持续一段时间(通常几个小时到几天)，通过实验前后的总碱度、溶解氧、盐度、温度等生理化学指标来揭示海洋酸化对实验生物的影响。但这类实验非常致命的缺点在于：实验室和封闭围隔实验所用的水体是静水，一方面实验生物自身的代谢活动会影响并改变水体的pH，这就导致封闭体系实验前后水体的pH通常会有非常大的变动，实验结果中利用培养前后的pH平均值来分析不同pH梯度下得到的实验数据所反映的科学问题不够严谨；另一方面，实验室和围隔实验并不能反映海洋生物真实的生存条件，忽略了外界条件因素(如大风、降雨、潮汐)对海洋理化环境的影响，因此，这类实验所得到的研究结果的可信度以及对海洋酸化研究的参考意义非常有限。在这种背景下，研发一种既能够长时间稳定控制水体pH又能反映真实海洋环境的酸化系统对于推进海洋酸化对海洋生物的研究就显得非常必要。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种野外pH流水控制系统及其方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种野外pH流水控制系统，包括平面台、分流管和多个围网，所述平面台包括CO₂罐、空气罐、自动控流计、缓冲瓶、计量泵、pH变送器，其中CO₂罐和空气罐分别通过自动控流计连通缓冲瓶，每个围网内均设置有三个双层实验池，其上层和下层分别设置有实验生物和气石，所述缓冲瓶依次经计量泵和分流管与气石连通，所述围网中间设置有pH传感器，其通过pH变送器与计量泵连接。

所述围网置于海水中且顶部设置有多个浮球。

所述自动控流计设定预定的气流值。

所述pH变送器预先设定pH值，pH传感器输入电信号给pH变送器，pH变送器识别后输出电信号给计量泵。

所述系统还包括管材、进气阀、出气阀、表盘等附属设备。

一种基于所述系统的野外pH流水控制方法，包括以下步骤：

(1)在缓冲瓶中提前充入1/3的纯净水，且瓶中进CO₂的气管末端打结扎孔，进空气的气管末端装有枪头并剪掉枪头尖端1/3部分；

(2)纯净的CO₂和空气分别经自动控流计流入缓冲瓶，在纯净水中充分混匀并达到高度饱和；

(3)溢出的饱和酸性气体经计量泵后分流到气石，再经惯性作用均匀的充满双层实验池；

(4)围网中的pH传感器检测到pH值后输入电信号给pH变送器，pH变送器根据预设的pH上下限阈值，输出电信号控制计量泵的开启，从而达到对水体pH的自动、精准控制。