[发明专利]快开式便携培养装置及其深海沉积层原位空间模拟方法

说明书

本发明提出了一种快开式便携培养装置，包括沉积物取芯、由釜盖和釜身形成的封闭结构：釜盖上设置有取样口；釜身内部设置有压力表；在深海甲烷渗漏区进行空间划分采样，由沉积物取芯进行插管采样，获取插管沉积物；将获取的插管沉积物转移到培养釜中进行培养；通过取样口向培养釜内注入甲烷和氮气，由压力表检测培养釜内压力，还原压力培养环境后，将培养釜进行降温，还原温度培养环境；最后由取样口进行采样研究。本方案还提供该快开式便携培养装置的深海沉积层原位空间模拟方法，可以获得深海甲烷渗漏区附近不同甲烷通量和不同电子受体分布的甲烷厌氧氧化空间分布特性，极大提高深海土著微生物的可培养性，还原深海原位环境的甲烷厌氧氧化过程。

技术领域

本发明涉及海洋资源与环境领域，特别是涉及一种快开式便携培养装置及其深海沉积层原位空间模拟方法。

背景技术

甲烷渗漏广泛存在于深海沉积环境中，在深海高压、低温的冷泉区和高压、高温的热液活动区域，孕育了依靠渗漏甲烷生活的繁茂的冷泉生态系统和热液生态系统。在自然环境中，80％以上深部地层渗漏的甲烷在沉积层中通过厌氧氧化或者有氧氧化过程被消耗，从而阻滞甲烷进一步进入上覆水体和大气环境。因此，深海沉积层的甲烷氧化在调节海洋碳循环和全球气候变化中扮演关键角色，其中，厌氧氧化是甲烷氧化的主要途径。研究表明，甲烷厌氧氧化通常是在微生物介导下，以硫酸盐、硝酸盐、铁和锰等金属离子为电子受体，将甲烷氧化成溶解性无机碳，进而转化为生物有机碳。过去几十年，甲烷厌氧氧化的机理和特性受到了研究者的广泛关注，但相关机理尚无统一清晰的认识。其中重要的原因是甲烷厌氧氧化的机理效率与甲烷的通量以及沉积层中的电子受体的种类、浓度和分布密切相关，缺乏相关的空间模拟技术，来反演深海原位环境随甲烷浓度空间分布和不同电子受体空间分布的甲烷氧化特性的能力。

另一方面，传统的深海甲烷厌氧氧化研究主要是通过重力柱、箱式样取样或者借助ROV插管取样等方式获取深海沉积物样品，样品获取至科考船后，进行分割处理、冷冻然后转运至实验室环境，将冷冻后的沉积物样品在实验室环境进行活化，在模拟的高压环境进行以甲烷为碳源的微生物介导的甲烷厌氧氧化模拟研究。但是从科考船到实验室环境的时间往往较长，沉积物样品里面的深海土著微生物一直处于释压环境，且冷冻、解冻的过程容易导致样品可培养性差，为详细研究甲烷厌氧氧化研究带来困难。

公开号为CN104215622A的中国专利申请于2014年12月17日公开了一种深海沉积物中水合物地球化学参数原位探测模拟系统，包括激光拉曼光谱探测系统、深海环境模拟系统、液压系统和参数实时监控处理系统，深海环境模拟系统分别与激光拉曼光谱探测系统、参数实时监控处理系统电气连接，液压系统设置在深海环境模拟系统内，其可以消除取样和非原位测定产生的不确定性，可安全地获取高压模拟舱内的高保真信息，但其仅可实现对深海沉积物中的天然气水合物形成和分解过程进行实验模拟和对过程中形成的沉积物孔隙水离子浓度变化进行原位监测，并未结合实际的深海沉积物样品进行试验，难以揭示原位环境的深海甲烷厌氧氧化机理，缺乏相关的空间模拟技术，无法反演深海原位环境随甲烷浓度空间分布和不同电子受体空间分布的甲烷氧化特征。

发明内容

本发明为了解决以上至少一种技术缺陷，提供一种快开式便携培养装置及其深海沉积层原位空间模拟方法，在深海甲烷渗漏区进行空间划分采样，可以还原深海的压力、温度环境，实现不同甲烷通量和电子受体种类的深海沉积环境甲烷氧化空间特性和机理的研究。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

快开式便携培养装置，包括沉积物取芯、培养釜；培养釜包括釜盖和釜身，釜盖卡接在釜身端部形成一个封闭的结构：其中：釜盖上设置有取样口，取样口上设置有调节阀；釜身内部设置有压力表；在深海甲烷渗漏区进行空间划分采样，由沉积物取芯进行插管采样，获取插管沉积物；将获取的插管沉积物转移到培养釜中进行培养；通过取样口向培养釜内注入甲烷和氮气，由压力表检测培养釜内压力，还原压力培养环境后，将培养釜进行降温，还原温度培养环境；最后由取样口进行采样研究。