[发明专利]轻简化流水式pH控制系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻简化流水式pH控制系统及其使用方法，属于生物学研究设备技术领域。

背景技术

记录地球大气CO₂浓度变化的著名的“基林曲线”表明，大气中CO₂浓度在持续上升，并在近年来呈现加速上升的趋势，大气中CO₂浓度从工业革命前的280ppm增加到2016年的超过400ppm，并且仍在以每年约0.5％的速度增加，自人类在大约250年前开始大量使用化石燃料时起，大气中的CO₂水平已经增长了超过40％。地球表面积的2/3被海洋覆盖，通过海-气界面交换，每年都有大量的CO₂从大气圈进入海洋，研究表明，海洋在过去的200年里，吸收了全球大约50％的CO₂，海洋对调节大气CO₂浓度起到了重要的作用。随着大气CO₂浓度的不断升高，海洋吸收的CO₂也持续增加，直接后果就是海水pH值降低，研究结果表明，工业革命以来，海洋大量吸收CO₂，已导致上层海洋H+浓度增加了30％，pH下降了0.1个单位。政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测，至2100年，表层海水pH将继续下降0.3～0.4个单位，表层海水酸度平均上升100-150％，如果CO₂的排放量未受到控制，到2300年时，pH可能将继续下降0.7-0.8个单位。

2003年，Caldeira等学者在英国著名杂志《Nature》上发表文章，首次提出海洋酸化(Ocean acidification，OA)一词，随后，“海洋酸化”问题引起了世界各国学者的广泛关注。目前海洋酸化的观点已经被科学界广泛接受，海洋研究科学委员会(SCOR)、政府间海洋学委员会(IOC)和国际原子能机构(IAEA)海洋环境实验室等国际组织已将海洋酸化问题研究列为国际合作的重点领域，并相继启动了欧盟海洋酸化计划(EPOCA)、海洋生物地球化学和生态系统综合研究(IMBER)、海洋酸化的生物学影响(BIOACID)等多项海洋酸化研究计划，研究结果证实了海洋酸化问题已经不再是一种推测，而是不争的事实。CO₂浓度升高引起的海洋酸化，使得海水碳酸盐系统发生变化，引起pCO₂、H+和HCO₃-浓度增加，CO₃²-浓度下降，这使得海水中不同类型无机碳(CO₂、HCO₃-和CO₃²-)浓度的比例及总溶解无机碳浓度发生变化，使依赖于化学环境稳定性的多种海洋生物乃至海洋生态系统的平衡面临巨大威胁。

目前关于海洋酸化对海洋生物影响的研究多以实验室内小水体静水培养和现场封闭围隔实验为主，采用的方法一般用HCL，NaCO₃进行酸碱调节和进行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，随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：实验室和围隔实验所用的水体是静水，一方面在于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水体的pH通常会有非常大的变动，后期实验结果分析中仅仅利用培养前后的pH平均值来探讨不同pH梯度下得到的实验数据所反映的科学问题是非常不严谨的，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

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种新的轻简化流水式pH控制系统及其使用方法，系统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情况，使用方法简单快捷。