一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样设备及采样方法

技术领域

本发明属于水体环境采样设备技术领域，具体是一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样设备及采样方法。

背景技术

近年来，全球气候变化带来的影响日益显现，作为地球上最大的“碳库”，海洋在全球气候治理中发挥着基础性作用。海洋碳汇(蓝碳)的作用和意义愈发凸显。

蓝碳是指利用海洋生物吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在海洋中的过程、活动和机制，与绿色碳汇等其他碳汇相比，蓝碳具有固碳量大、效率高、储存时间长等特点。森林、草原等陆地生态系统碳汇储存周期最长只有几十年，而蓝色碳汇可长达数百年甚至上千年，碳汇效果显著。因此，蓝碳可有效减缓温室气体排放，已成为全球气候治理的前沿领域。

海草床是三大滨海蓝碳生态系统之一，是海洋生物的栖息地和重要食物链，具有稳固近海底质和海岸线的作用。海草床中分布着丰富的微生物群落，在近海物质循环和生物地球化学过程中发挥重要作用，对于维持生态系统的稳定性至关重要，海草微生物群落组成可以作为有效识别海草生态状况的早期指标，用于更加全面、及时地掌握海草生态系统所面临的环境压力，因而对海草床内的生物监测具有重要意义。

现有的海草床生态系统中生物监测智能采样设备对水体中的所有水体悬浮物统一进行富集，不具备分级阶梯采集的功能，增加了离心分离工序的难度。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样设备及采样方法。

本发明的技术方案是：一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样设备，包括采样主体，所述采样主体中心处设有与外部贯通的安装调节口、设于所述安装调节口处的智能采集组件、设于所述采样主体上端且与所述智能采集组件连接的驱动组件以及智能控制终端；

所述智能采集组件包括底端左右两侧设有采集子箱的采集主箱、设于所述采集主箱内的第一滤膜、设于所述采集子箱内的第二滤膜、工型采集头以及与所述工型采集头连接的抽水泵，所述工型采集头包括上端贯穿采集主箱底端并延伸至其内部的竖直采集管、设于采集主箱内且与竖直采集管上端连通的喷洒盘、与竖直采集管下端连接的采集盘，所述喷洒盘底端均匀设有多个喷洒口，所述采集盘底端均匀设有多个采集孔，竖直采集管处设有水流量传感器，采集子箱的高度，工型采集头的长度也可根据所需进行调节，水流量传感器用于检测进入工型采集头的进水量；

所述第一滤膜和第二滤膜均为可拆卸结构，且第一滤膜包括套设于竖直采集管外壁的安装内环、与所述安装内环同轴设置的安装外环、设于安装内环与所述安装外环之间的多个分隔杆以及活动设于相邻两个所述分隔杆之间的子滤膜，第二滤膜包括硅胶膜和用于固定硅胶膜的外框；

所述驱动组件包括设于采样主体上端的H型安装架、设于所述H型安装架水平段的转动辊、驱动所述转动辊转动的驱动马达，转动辊外壁缠绕有用于连接采集主箱的绕绳；

所述智能控制终端包括与抽水泵和水流量传感器电性连接的控制器、设于采样主体上的GPS模块、设于采样主体上且用于远程信号传送的无线通信模块以及故障报警模块。

根据本发明的一个方面，所述采样主体底端设有防倾翻组件，所述防倾翻组件包括垂直设于采样主体底端的安装滑板、竖直段与所述安装滑板中心处活动连接的倒T型固定柱、对称分布于所述倒T型固定柱左右两侧且上端与安装滑板滑动连接的平衡滑板、套设于倒T型固定柱竖直段外部且外壁沿周向均匀设有多个叶片的滑动套筒，所述滑动套筒与倒T型固定柱水平段之间均匀设有多个回弹弹簧，滑动套筒与各平衡滑板之间铰接有调节滑动杆，样本采集时，当风速过大时，风流会垂直吹向各叶片，从而带动滑动套筒向靠近安装滑板侧移动，此时，滑动套筒压缩各回弹弹簧，调节滑动杆推动对应的平衡滑板分别沿安装滑板左右两侧滑动，使平衡滑板分别位于采样主体左右两侧，从而达到平衡采样主体的目的，防止采样主体发生倾翻，提高了采样主体行驶的稳定性，且整个过程无需外部驱动元件，具有绿色节能的优点，当不使用本设备时，两个平衡滑板会相互靠近，且收纳于采样主体底端，能够节省放置空间。

根据本发明的一个方面，所述安装滑板左右两侧均设有限位阻隔块，所述平衡滑板包括与安装滑板滑动连接的滑动板、设于所述滑动板下方且长度大于滑动板的长度的平衡板，所述平衡板为空心结构，且为空心结构平衡板内填附有泡沫材料，通过滑动板在安装滑板上左右滑动，以调节平衡板的距离，通过限位阻隔块的设置，可避免滑动板与安装滑板之间发生脱离，影响防倾翻组件的正常使用。

根据本发明的一个方面，所述采集盘底端设有套筒，所述套筒底端设有电动破碎辊，套筒内且位于所述电动破碎辊上端处设有过滤网，通过电动破碎辊对水体中的植物进行破碎，通过过滤网过滤水体中细小固体杂质，避免水体中的固体杂质和植物进入采集盘内，造成堵塞，从而影响采集工作的正常进行。

根据本发明的一个方面，所述采样主体侧壁设有防撞保护组件，所述防撞保护组件包括通过多个第一弹簧连接柱与采样主体侧壁连接的水平弧形缓冲板、通过第二弹簧连接柱与所述水平弧形缓冲板连接的多个竖直弧形缓冲板，相较于单层结构的缓冲板，本设备通过水平弧形缓冲板与竖直弧形缓冲板，形成双层缓冲结构，具有更好的缓冲能力，延长了缓冲装置的使用寿命。

根据本发明的一个方面，每个所述竖直弧形缓冲板侧壁均设有缓冲气囊，避免外力直接撞击竖直弧形缓冲板，从而造成竖直弧形缓冲板损坏。

根据本发明的一个方面，所述第一滤膜的孔径为0.45μm，所述第二滤膜的孔径为0.2μm，通过第一滤膜对水体中的真核生物进行富集，通过第二滤膜对水体中的细菌进行富集，然后对富集的水体悬浮物DNA进行采用，使采集的样品更加齐全，检测出的数据更加准确。

本发明还公开了一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样方法，基于上述一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样设备，包括以下步骤：

S1、通过控制器控制外部驱动装置将采样主体移动至指定的水环境区域，启动驱动马达，通过驱动马达带动转动辊顺时针转动，使绕绳不断从转动辊绕下，此时，在采集主箱的重力作用下，其两侧的采集子箱在安装调节口内向下滑动，而采集盘会同步下移至水体中，当采集盘达到预设采集深度时，通过控制器控制外部驱动装置关闭；

S2、启动抽水泵，使水流经各采集孔进入采集盘，并通过竖直采集管进入喷洒盘内，再经喷洒口均匀喷洒至第一滤膜上，通过第一滤膜对水环境中的真核生物进行富集，水流经过第一滤膜流下，从倒T型固定柱两侧分别下落至采集子箱内，然后，通过第二滤膜对水环境中的细菌进行富集，水流经过第二滤膜流至水环境中，通过水流量传感器对进入倒T型固定柱的水量进行检测，当到达预设水量时，完成海草床中微生物DNA的采集；

S3、在样本采集时，通过电动破碎辊对水体中的植物进行破碎，通过过滤网过滤水体中细小固体杂质，通过水平弧形缓冲板与竖直弧形缓冲板，形成双层缓冲结构，阻挡外力对采样主体冲撞；

S4、在样本采集时，风流会垂直吹向各叶片，从而带动滑动套筒向靠近安装滑板侧移动，此时，滑动套筒压缩各回弹弹簧，调节滑动杆推动对应的平衡滑板分别沿安装滑板左右两侧滑动，使平衡滑板分别位于采样主体左右两侧，使采样主体保持平衡。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样设备及采样方法，通过设置与安装调节口内部滑动连接的采集主箱，既方便调节采集盘的采集深度，又能对不同的水体悬浮物进行梯度采集，然后对海草床生态系统中富集的水体悬浮物DNA进行采用，使采集的样品更加齐全，检测出的数据更加准确；

(2)本发明还设置了防倾翻组件，当样本采集遇到较大风速时，平衡滑板分别滑动至采样主体左右两侧，从而达到平衡采样主体的目的，防止采样主体发生倾翻，提高了采样主体行驶的稳定性，且整个过程无需外部驱动元件，具有绿色节能的优点，当不使用本设备时，两个平衡滑板会相互靠近，且收纳于采样主体底端，能够节省放置空间；

(3)相较于现有的单层缓冲结构，本发明的防撞保护组件是由水平弧形缓冲板与竖直弧形缓冲板形成的双层缓冲结构，具有更好的缓冲能力，同时，竖直弧形缓冲板侧壁还设有缓冲气囊，避免外力直接撞击竖直弧形缓冲板，从而造成竖直弧形缓冲板损坏，大大增加了其使用寿命。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明的防倾翻组件在采样主体上的安装结构示意图；

图4是本发明的防倾翻组件的仰视图；

图5是本发明的第一滤膜的结构示意图；

其中，1-采样主体、10-安装调节口、11-防倾翻组件、110-安装滑板、111-倒T型固定柱、112-平衡滑板、1120-滑动板、1121-平衡板、113-滑动套筒、1130-叶片、1131-回弹弹簧、1132-调节滑动杆、114-限位阻隔块、12-防撞保护组件、120-水平弧形缓冲板、1200-第一弹簧连接柱、121-竖直弧形缓冲板、1210-第二弹簧连接柱、1211-缓冲气囊、2-智能采集组件、20-采集主箱、200-采集子箱、21-第一滤膜、210-安装内环、211-安装外环、212-分隔杆、213-子滤膜、22-第二滤膜、220-外框、23-工型采集头、230-竖直采集管、231-喷洒盘、232-采集盘、233-喷洒口、234-采集孔、235-水流量传感器、236-套筒、2360-电动破碎辊、2361-过滤网、24-抽水泵、3-驱动组件、30-H型安装架、31-转动辊、310-绕绳、32-驱动马达、4-智能控制终端、40-控制器、41-GPS模块、42-无线通信模块、43-故障报警模块。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的内容，以下通过实施例对本发明作详细说明。

实施例1

如图1、2所示，一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样设备，包括采样主体1，采样主体1中心处设有与外部贯通的安装调节口10、设于安装调节口10处的智能采集组件2、设于采样主体1上端且与智能采集组件2连接的驱动组件3以及智能控制终端4；

如图5所示，智能采集组件2包括底端左右两侧设有采集子箱200的采集主箱20、设于采集主箱20内的第一滤膜21、设于采集子箱200内的第二滤膜22、工型采集头23以及与工型采集头23连接的抽水泵24，工型采集头23包括上端贯穿采集主箱20底端并延伸至其内部的竖直采集管230、设于采集主箱20内且与竖直采集管230上端连通的喷洒盘231、与竖直采集管230下端连接的采集盘232，喷洒盘231底端均匀设有10个喷洒口233，采集盘232底端均匀设有10个采集孔234，竖直采集管230处设有水流量传感器235；

第一滤膜21和第二滤膜22均为可拆卸结构，且第一滤膜21包括套设于竖直采集管230外壁的安装内环210、与安装内环210同轴设置的安装外环211、设于安装内环210与安装外环211之间的4个分隔杆212以及活动设于相邻两个分隔杆212之间的子滤膜213，第二滤膜22包括硅胶膜和用于固定硅胶膜的外框220；

驱动组件3包括设于采样主体1上端的H型安装架30、设于H型安装架30水平段的转动辊31、驱动转动辊31转动的驱动马达32，转动辊31外壁缠绕有用于连接采集主箱20的绕绳310；

智能控制终端4包括与抽水泵24和水流量传感器235电性连接的控制器40、设于采样主体1上的GPS模块41、设于采样主体1上且用于远程信号传送的无线通信模块42以及故障报警模块43；

采集盘232底端设有套筒236，套筒236底端设有电动破碎辊2360，套筒236内且位于电动破碎辊2360上端处设有过滤网2361；

第一滤膜21的孔径为0.45μm，第二滤膜22的孔径为0.2μm。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图3、4所示，采样主体1底端设有防倾翻组件11，防倾翻组件11包括垂直设于采样主体1底端的安装滑板110、竖直段与安装滑板110中心处通过螺栓连接的倒T型固定柱111、对称分布于倒T型固定柱111左右两侧且上端与安装滑板110滑动连接的平衡滑板112、套设于倒T型固定柱111竖直段外部且外壁沿周向均匀设有4个叶片1130的滑动套筒113，滑动套筒113与倒T型固定柱111水平段之间均匀设有4个回弹弹簧1131，滑动套筒113与各平衡滑板112之间铰接有调节滑动杆1132；

安装滑板110左右两侧均设有限位阻隔块114，平衡滑板112包括与安装滑板110滑动连接的滑动板1120、设于滑动板1120下方且长度大于滑动板1120的长度的平衡板1121，平衡板1121为空心结构，且为空心结构平衡板1121内填附有泡沫材料。

实施例3

本实施例与实施例2不同之处在于：

如图1、2所示，采样主体1侧壁设有防撞保护组件12，防撞保护组件12包括通过多个第一弹簧连接柱1200与采样主体1侧壁连接的水平弧形缓冲板120、通过第二弹簧连接柱1210与水平弧形缓冲板120连接的多个竖直弧形缓冲板121；

每个竖直弧形缓冲板121侧壁均设有缓冲气囊1211。

本实施例所用的水流量传感器235、电动破碎辊2360、抽气泵152、抽水泵24、转动辊31、驱动马达32、控制器40、GPS模块41、无线通信模块42以及故障报警模块43均采用现有技术产品，本领域技术人员可根据需要进行选择，能满足本发明的技术方案即可，在此不做特殊限定。

实施例4

本实施例公开的是一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样方法，基于实施例1-3的一种海草床生态系统中浮游生物监测智能采样设备，包括以下步骤：

S1、通过控制器40控制发动机将采样主体1移动至指定的水环境区域，启动驱动马达32，通过驱动马达32带动转动辊31顺时针转动，使绕绳310不断从转动辊31绕下，此时，在采集主箱20的重力作用下，其两侧的采集子箱200在安装调节口10内向下滑动，而采集盘232会同步下移至水体中，当采集盘232达到预设采集深度时，通过控制器40控制外部驱动装置关闭；

S2、启动抽水泵24，使水流经各采集孔234进入采集盘232，并通过竖直采集管230进入喷洒盘231内，经喷洒口233均匀喷洒至第一滤膜21上，通过第一滤膜21对水环境中的真核生物进行富集，水流经过第一滤膜21流下，从倒T型固定柱111两侧分别下落至采集子箱200内，然后，通过第二滤膜22对水环境中的细菌进行富集，水流经过第二滤膜22流至水环境中，通过水流量传感器235对进入倒T型固定柱111的水量进行检测，当到达预设水量时，完成海草床中微生物DNA的采集；

S3、在样本采集时，通过电动破碎辊2360对水体中的植物进行破碎，通过过滤网2361过滤水体中细小固体杂质，通过水平弧形缓冲板120与竖直弧形缓冲板121，形成双层缓冲结构，阻挡外力对采样主体1冲撞；

S4、在样本采集时，风流会垂直吹向各叶片1130，从而带动滑动套筒113向靠近安装滑板110侧移动，此时，滑动套筒113压缩各回弹弹簧1131，调节滑动杆1132推动对应的平衡滑板112分别沿安装滑板110左右两侧滑动，使平衡滑板112分别位于采样主体1左右两侧，使采样主体1保持平衡。