[科普中国]-海洋生物采样器

深海生物采样工具

采集不同深度海水中的生物样品，是现代海洋学研究的重要内容。随着各种海洋科学研究与海洋资源开发利用的不断深入，如何快速、方便和有效地对海洋生物进行调查采样，以获得第一手的海洋生物科学研究样品，全面了解特定海域的生物资源情况，成为了当务之急。由国家"863"计划支撑的"深海生物采样工具研制"课题，其研制目标是:重点突破深海生物样品采集原位观测与定植培养，生物资源研究与开发所涉及的关键核心技术与装备;研发适用于载人深潜器、ROV等平台的系列化采样和作业工具;建立一套深海底生态长期观测系统，研制深海自容式原位生物定植培养工程样机，并完成海试实验;获得一批基因、技术、工艺等相关专利。通过项目研究大幅提高我国深海生物资源研究开发技术水平和自主创新能力，保障资源的可持续开发利用。课题的研究内容包括:海底微生物垫采样器、泵吸式大型生物采样器、诱捕式大型生物采样器、射网式大型生物采样器、铲撬式大型生物采样器、组合式生物转移箱、船载厌氧/保压转移装置、备用能源与控制吊舱。课题在2014年度完成了各型深海生物采样工具诸多关键技术研究，主要设备均完成了样机试制及调试，部分设备进行了海上实际应用并获得了相关生物样品。该研究报告详细论述了各型采样工具的设计方案和主要研制过程，并记录了调试及试验的结果及改进方向，为课题后续研制提供了重要的技术基础。1

浮游生物采样器主要浮游生物网、浮游生物连续记录器和浮游生物泵等。浮游生物网可分为简单式浮游生物网和复合式浮游生物网两类。世界上第一个简单式浮游生物网是 1828年研制出来的，用来捕捉小蟹和藤壶幼虫。简单式浮游生物网由网口、网衣、网底取样瓶、桶和囊袋构成。网口由边框支撑，呈圆形、三角形或长方形等形状；网衣与网口连接，网眼大小规格很多，可根据采集对象的大小加以选用。网底取样瓶附在网衣末端，用以收集网中的浮游生物样品。复合式浮游生物网是在网架上装配若干个网，可同时采集不同水层中的浮游生物样品先进的复合式网配备有环境监测仪器，用电子计算机处理资料，显示环境参数和网位深度、网滤水量等数据。浮游生物连续采集器是1936年发明的，使用时拖于船尾，在船航行时连续采集浮游生物样品（见图[浮游生物连续采集器]浮游生物连续采集器）。采集器主要由水雷形管子、筛绢、卷轴、潜水板、齿轮箱、福尔马林池等部分组成，通过管内缓缓卷动的筛绢不断过滤进入仪器中的海水，得到浮游生物样品。浮游生物泵是抽取海水的离心泵，抽取的海水经筛绢过滤便可得到浮游生物样品。

为海洋生物研究采集样品的装置。由于海洋生物种类繁多，相应的生物取样器，有复背式采水器和无菌采水袋等微生物采样器; 有浮游生物网和浮游生物连续采集器等浮游生物采样器;有海底生物拖网、采泥器、取样管等底栖生物采集器;有鱼网、鱼探仪等游泳生物采集器; 还有挂板式附着生物采样器等。2

底栖生物采样器研制出一种长方体的十字筐采样器，在采样器内分别填装石、砂、底泥和水草4种基质，利用大型底栖无脊椎动物对生境的选择性进行样本被动采集。基质越多，采样器采集的生物种类越多，生物量也更丰富。用新研制的十字筐采样器和传统的篮式采样器对松花江流域7个采样点进行大型底栖无脊椎动物对比采样，结果显示:十字筐采样器是一种优良的采样器，适合在松花江流域乃至全国推广应用。

包括底拖网、采泥器和柱状取样管。底拖网由长方形或三角形的架子和袋形网构成，用船拖曳在海底采集底栖生物样品。采泥器有蚌式采泥器、弹簧采泥器等，依靠重力或弹力将两个颚瓣插入海底表层沉积物内取样。柱状取样管靠降落时自身的重量插入底质中，采集小型底栖生物样品。3

微生物采样器主要包括微生物采水器、采泥器和柱状取样管等。微生物采水器用于采集海水中的微生物样品，有佐贝尔采水器、复背式采水器和无菌采水袋等。常用的佐贝尔采水器由机架和采水瓶两部分组成，将其沉放到预定深度时，投放下坠铁块敲击杠杆后部，杠杆前端挑起，将玻璃管击断，使海水进入采水器瓶内。复背式采水器由一个厚壁橡皮球附加在颠倒采水器上构成，采水器颠倒时，把球口上的塞子拉下，海水进入橡皮球中。无菌采水袋由无菌塑料袋和采水机架组成，采水袋沉放到预定采水深度时，使锤或切刀将水嘴打开，海水流入。采泥器和柱状取样管也可用来采集底质中的微生物样品。4

污着生物采样器主要工具是挂板。将挂板放置在预测地点，按规定时间取回，获取污着生物样品。试验挂板分木质和非木质两类，规格分为年板、季板和月板。随着海洋生物资源勘探开发和保护等领域的快速发展，深海生物采样工具的研制成为了水下作业装备领域的研究热点。本文所研究的泵吸式大型生物采样器是针对深海与极地环境下进行大型生物采样的作业特点，而提出的一种新型采样器结构。本文首先采用射流基本理论给出采样器的初步模型，然后结合商用计算流体动力学软件FLUENT对泵吸式采样器的射流混合过程进行数值模拟，对整个射流抽吸系统进行了水动力效率分析，对环形多喷嘴结构。5