多参数多功能水生动物代谢水平测定仪及测定方法

摘要

多参数多功能水生动物代谢水平测定仪，包括密闭容器、水体循环系统和氧气调节系统。密闭容器两端部设有温度检测探头、溶解氧检测探头、NH3检测探头和CO2检测探头，探头分别与温度检测控制单元、溶解氧检测控制单元、NH3检测控制单元和CO2检测控制单元相连；水体循环系统设在封闭容器前后两端之间，氧气调节系统连接在水泵与密闭容器前端进排水口相连管路上。有益效果是：可连续检测多项代谢指标，包括基础代谢和运动代谢的耗氧率、排氨率和二氧化碳排除率；可设定不同的环境条件，进行检测；检测不受时间限制，检测的指标稳定可靠；检测参数为养殖水产品的放养密度、运输密度、疾病诊断、营养代谢和养殖工艺优化提供基础参数。

说明书

技术领域

本发明属于水产养殖技术领域，尤其涉及水生动物代谢水平测定技术。

背景技术

现有技术中，水生动物代谢水平测定是在一密闭容器中进行的，将被测水 生动物放入密闭容器，在一定时间内，通过测定密闭容器中水体溶解氧的变化， 测定受试水生动物代谢功能。现有技术的不足在于：

1、只能做静态的代谢水平测定；

2、在测定过程中，由于被测水生动物在代谢过程将不断消耗密闭容器中水 体的溶解氧，从而使密闭容器中水体的溶解氧不断降低，所测定的代谢水平不 是在相对稳定的溶解氧条件下，不是正常生态条件下水生动物的代谢规律，因 而不具有普遍意义；

3、密闭容器中水体温度不能调节，不能保持设定的温度恒定；

4、仅能测定溶解氧，其他代谢指标没有测定。

发明内容

本发明的目的是开发一种可对测定用水体的温度、流速和溶解氧进行调节， 并可同时测定多项代谢指标的测定仪以及测定方法，克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：多参数多功能水生动物代谢水平测定仪，包括密闭 容器、水体循环系统和氧气调节系统，其特征在于：所述密闭容器前端设有进 排水口，后端设有循环水进水口，密闭容器中部设有受试生物放入口，进排水 口与进排水管路相连，进排水管路上依次设有进排水阀和加热器，受试生物放 入口上设有密封盖，密封盖上设有排气管，排气管上设有排气阀，密闭容器内 部两端各设一整流子，密闭容器两端部设有温度检测探头、溶解氧检测探头、 NH₃检测探头和CO₂检测探头，温度检测探头、溶解氧检测探头、NH₃检测探头和 CO₂检测探头分别与温度检测控制单元、溶解氧检测控制单元、NH₃检测控制单元 和CO₂检测控制单元相连；所述水体循环系统设在封闭容器前后两端之间，水体 循环系统包括由管路连接的水泵、循环流量计和流量调节阀，水泵的出水口与 密闭容器后端循环水进水口相连，循环流量计设在水泵与密闭容器后端循环水 进水口相连的管路上，水泵与密闭容器后端循环水进水口相连的管路上还设有 循环管路排气口，循环管路排气口上设有循环管路排气阀，水泵的进水口与密 闭容器前端进排水口相连，流量调节阀设在水泵与密闭容器前端进排水口相连 的管路上；所述氧气调节系统包括氧气瓶、氧气调节阀和氧气流量计，氧气瓶 出气口通过氧气调节阀连接在水泵与密闭容器前端进排水口相连管路的流量调 节阀前，氧气流量计连接在氧气瓶出气口与密闭容器前端进排水口相连管路上。

本发明所述多参数多功能水生动物代谢水平测定仪，其特征在于：所述整 流子是与密闭容器内径相等的网状构件，网状构件是厚度为10mm以上的方孔平 板网，方孔隔板两端呈流线型。

本发明所述多参数多功能水生动物代谢水平测定仪，其特征在于：所述温 度检测控制单元、溶解氧检测控制单元、NH₃检测控制单元和CO₂检测控制单元 是基于计算机的检测及控制仪，计算机内置检测控制软件。

本发明所述多参数多功能水生动物代谢水平测定仪的检测方法，包括静态 检测、设定温条件下检测、设定水体流速条件下检测和设定溶解氧条件下检测， 其特征在于：

所述静态检测包括以下步骤：打开密封盖上排气阀和循环管路排气阀，打 开进排水管路上进排水阀，由密闭容器前端设有进排水口向密闭容器内注水， 待密闭容器内注满水后，关闭进排水管路上进排水阀、密封盖上排气阀和循环 管路排气阀，打开密闭容器受试生物放入口的密封盖，将受试生物放入密闭容 器内，将密封盖关闭，在设定时间内，通过溶解氧检测探头、NH₃检测探头和CO₂检测探头连续检测记录密闭容器内水体的溶解氧量、NH₃容量和CO₂容量，所测 溶解氧量、NH₃容量和CO₂容量值即可得出受试生物耗氧率、排氨率和二氧化碳 排除率代谢功能指标值；

所述设定温条件下检测和设定水体流速条件下检测包括以下步骤：在注水 前将加热器调整至设定温度，注水过程与静态检测步骤相同，密闭容器内注满 水后，关闭进排水管路上进排水阀、密封盖上排气阀和循环管路排气阀，接通 水体循环系统，调整水体循环系统流量调节阀至设定流量，待密闭容器内水体 的温度和流速稳定在设定值后，打开密闭容器受试生物放入口的密封盖，将受 试生物放入密闭容器内，将密封盖关闭，在设定时间内，通过溶解氧检测探头、 NH₃检测探头和CO₂检测探头连续检测记录密闭容器内水体的溶解氧量、NH₃容量 和CO₂容量，所测溶解氧量、NH₃容量和CO₂容量值即可得出受试生物在设定温条 和设定水体流速下的耗氧率、排氨率和二氧化碳排除率代谢功能指标值；

所述设定设定溶解氧条件下检测包括以下步骤：在注水前将加热器调整至 设定温度，注水过程与静态检测步骤相同，密闭容器内注满水后，关闭进排水 管路上进排水阀、密封盖上排气阀和循环管路排气阀，接通水体循环系统，调 整水体循环系统流量调节阀至设定流量，待密闭容器内水体的温度和流速稳定 在设定值后，通过溶解氧检测探头测定密闭容器内水体的溶解氧量，将氧气调 节阀调整到与密闭容器内水体的溶解氧量相当的出气量，维持密闭容器内水体 的溶解氧量稳定，打开密闭容器受试生物放入口的密封盖，将受试生物放入密 闭容器内，将密封盖关闭，在设定时间内，通过溶解氧检测探头、NH₃检测探头 和CO₂检测探头连续检测记录密闭容器内水体的溶解氧量、NH₃容量和CO₂容量， 所测NH₃容量和CO₂容量值即可获得设定溶解氧量水体中受试生物在设定温条和 设定水体流速下耗氧率、排氨率和二氧化碳排除率的代谢功能指标值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的测定仪和检测方法可连续检测多项受试生物的生理代谢指标， 包括耗氧率、排氨率和二氧化碳排除率；

2、可在不同设定的环境条件下进行检测，获得不同环境条件下受试生物的 生理代谢指标；

3、由于可以向密闭容器水体补充氧，使溶解氧量不低于受试生物的所需量， 检测可不受时间限制，检测的指标更稳定可靠；

4、既可进行基础代谢的检测，也可进行运动代谢的检测，为确定水生生物 的能量代谢水平提供可靠的检测参数；

5、检测的参数可为养殖水产品的放养密度、运输密度、疾病诊断、营养代 谢和养殖工艺优化提供基础参数。

附图说明

图1是本发明的多参数多功能水生动物代谢水平测定仪结构示意图

图2是由计算机系统控制的多参数多功能水生动物代谢水平测定仪结构示 意图

图3是整流子结构示意图

图4是整流子结构剖视示意图

图5是不同温度下鲤鱼平均耗氧率曲线图

图6是不同温度下鲤鱼排氨率曲线图

图7是不同温度下鲤鱼二氧化碳排除率曲线图

图中，1、底座，2、温度检测探头，3、进排水阀，4、加热器，5、溶解氧 检测探头，6、整流子，7、受试生物，8、受试生物放入口，9、密封盖排气口， 9-1、循环管路排气口，10、封闭容器，11、NH₃检测探头，12、氧气瓶，13、氧 气流量计，14、CO₂检测探头，15、循环流量计，16、流量调节阀，17、水泵， 18、循环水进水口，19、基于计算机的检测及控制仪。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

多参数多功能水生动物代谢水平测定仪包括密闭容器10、水体循环系统和 氧气调节系统，密闭容器10前端设有进排水口，后端设有循环水进水口18，密 闭容器中部设有受试生物放入口8，进排水口与进排水管路相连，进排水管路上 依次设有进排水阀3和加热器4，受试生物放入口8上设有密封盖，密封盖上设 有密封盖排气口9，密封盖排气口9上设有排气阀，密闭容器内部两端各设一整 流子6，整流子6是与密闭容器内径相等的网状构件，网状构件是厚度为10mm 以上的方孔平板网，方孔隔板两端呈流线型,密闭容器10两端部设有温度检测 探头2、溶解氧检测探头5、NH₃检测探头11和CO₂检测探头14，温度检测探头 2、溶解氧检测探头5、NH₃检测探头11和CO₂检测探头14分别与温度检测控制 单元、溶解氧检测控制单元、NH₃检测控制单元和CO₂检测控制单元相连,温度 检测控制单元、溶解氧检测控制单元、NH₃检测控制单元和CO₂检测控制单元是 基于计算机的检测及控制仪19，计算机内置检测控制软件；水体循环系统设在 封闭容器前后两端之间，水体循环系统包括由管路连接的水泵17、循环流量计 15和流量调节阀16，水泵17的出水口与密闭容器后端循环水进水口18相连， 循环流量计15设在水泵17与密闭容器后端循环水进水口18相连的管路上，水 泵17与密闭容器后端循环水进水口18相连的管路上还设有循环管路排气口 9-1，循环管路排气口9-1上设有循环管路排气阀，水泵17的进水口与密闭容 器前端进排水口相连，流量调节阀16设在水泵17与密闭容器前端进排水口相 连的管路上；氧气调节系统包括氧气瓶12、氧气调节阀和氧气流量计13，氧气 瓶12出气口通过氧气调节阀连接在水泵17与密闭容器前端进排水口相连管路 的流量调节阀16前，氧气流量计13接在氧气瓶出气口与密闭容器前端进排水 口相连管路上。

检测方法包括静态检测、设定温条件下检测、设定水体流速条件下检测和 设定溶解氧条件下检测:

静态检测包括以下步骤：打开密封盖上排气阀和循环管路排气阀，打开进 排水管路上进排水阀3，由密闭容器前端进排水口向密闭容器10内注水，待密 闭容器10内注满水后，关闭进排水管路上进排水阀3、密封盖上排气阀和循环 管路排气阀，打开密闭容器受试生物放入口8的密封盖，将受试生物7放入密 闭容器10内，将密封盖关闭，在设定时间内，通过溶解氧检测探头5、NH₃检测 探头11和CO₂检测探头14连续检测记录密闭容器内水体的溶解氧量、NH₃容量 和CO₂容量，所测溶解氧量、NH₃容量和CO₂容量值即可得出受试生物耗氧率、排 氨率和二氧化碳排除率代谢功能指标值；

设定温条件下检测和设定水体流速条件下检测包括以下步骤：在注水前将 加热器4调整至设定温度，注水过程与静态检测步骤相同，密闭容器10内注满 水后，关闭进排水管路上进排水阀、密封盖上排气阀和循环管路排气阀，接通 水体循环系统，调整水体循环系统流量调节阀16至设定流量，待密闭容器10 内水体的温度和流速稳定在设定值后，打开密闭容器受试生物放入口8的密封 盖，将受试生物7放入密闭容器10内，将密封盖关闭，在设定时间内，通过溶 解氧检测探头5、NH₃检测探头11和CO₂检测探头14连续检测记录密闭容器10 内水体的溶解氧量、NH₃容量和CO₂容量，所测溶解氧量、NH₃容量和CO₂容量值 即可得出受试生物7在设定温条和设定水体流速下的耗氧率、排氨率和二氧化 碳排除率代谢功能指标值；

所述设定设定溶解氧条件下检测包括以下步骤：在注水前将加热器4调整 至设定温度，注水过程与静态检测步骤相同，密闭容器10内注满水后，关闭进 排水管路上进排水阀3、密封盖上排气阀和循环管路排气阀，接通水体循环系统， 调整水体循环系统流量调节阀16至设定流量，待密闭容器内水体的温度和流速 稳定在设定值后，通过溶解氧检测探头5测定密闭容器10内水体的溶解氧量， 将氧气调节阀调整到与密闭容器10内水体的溶解氧量相当的出气量，维持密闭 容器10内水体的溶解氧量稳定，打开密闭容器受试生物放入口8的密封盖，将 受试生物7放入密闭容10器内，将密封盖关闭，在设定时间内，通过溶解氧检 测探头5、NH₃检测探头11和CO₂检测探头14连续检测记录密闭容器10内水体 的溶解氧量、NH₃容量和CO₂容量，所测NH₃容量和CO₂容量值即可获得设定溶解 氧量水体中受试生物在设定温条和设定水体流速下耗氧率、排氨率和二氧化碳 排除率的代谢功能指标值。

检测实例是对体重为0.75kg-1kg/尾鲤成鱼在不同温度下的代谢水平检测。 检测设置7个温度梯度，分别是5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃， 水体盐度为0。通过密闭容器进水口充满实验用水后，打开受试生物放入口8的 密封盖，随机放入3条鲤鱼，将密封盖关闭。调整流量计流速为4000L/h，循环 量为68次/h，调节氧气调节系统使密闭容器内水体的初溶解氧为8mg/L。分别 通过检测系统记录初始和检测不同时段水中的溶解氧、氨氮和二氧化碳值，检 测时间为4小时。通过对所测溶解氧、氨氮和二氧化碳值的计算，得出耗氧率、 氨氮排泄率和二氧化碳排除率。计算公式分别是：

耗氧率计算公式：

RO₂＝(D₁－D₂)×V/(T×W)

式中RO₂为耗氧率[mg·(kg·h)^-1]，D₁和D₂分别为密闭容器内起始溶解氧含 量和T时间后含量(mg·L^-1)；V为密闭容器内水体的体积(L)；T为检测时间(h)； W为密闭容器内鲤鱼总重(g)：

氨氮排泄率计算公式：

氨氮排泄率[mg/(kg·h)]＝(N_T-N₀)×V/(T×W)

式中，N_T代表T时间的氨氮量，N₀代表检测开始的氨氮量，V为密闭容器内 水体的体积(L)；T为检测时间(h)；W为密闭容器内鲤鱼总重(g)：

二氧化碳排除率计算公式：

二氧化碳排除率CR[mg/(kg·h)]＝(C_x-C₀)×V/(T×W)

其中CR为CO₂排除率，C₀和C_X分别为密闭容器内起始CO₂含量和T时间后含 量(mg·L^-1)；V为密闭容器内水体的体积(L)；T为检测时间(h)；W为密闭容器 内鲤总重(g)。

图1、图2和图3曲线是检测计算结果：图1是不同温度下鲤鱼平均耗氧率， 图2是不同温度下鲤鱼排氨率，图3是不同温度下鲤鱼二氧化碳排除率。对图1、 图2和图3曲线分析，结果如下：

鲤鱼耗氧率

从曲线可以看出随着温度的升高，鲤鱼耗氧率有明显的变化，表现为随着 温度的升高，鲤鱼耗氧率整体上看明显升高，而在5℃时，鲤鱼耗氧率极低，仅 为35℃时耗氧率的21.4％。

鲤鱼排氨率

随着温度的上升，鲤鱼的排氨率先升高后降低，5℃时排氨率极低为0.02， 极显著低于其他各组(P<0.01)，10摄氏度到20摄氏度时，排氨率上升较为缓 慢，而到25℃时，排氨率迅速上升，至30℃时，达到最高排氨率2.52mg/kg·h， 而35℃时排氨率开始下降，与30℃组差异显著(P<0.05)。

二氧化碳排除率

在5～30℃范围内，随着温度的升高鲤的二氧化碳排除率明显升高，表现为 碳素代谢加强，30℃时二氧化碳排除率为5℃时的21.2倍，是10℃时的6.6倍。 当温度高于30℃时，鲤鱼的二氧化碳排除率呈现明显下降趋势，35℃时二氧化 碳排除率比30℃时减少36.6％。表明温度过高机体的代谢率反而下降。