【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及生態(tài)水力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種評估水體微塑料影響魚類游泳能力的方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、魚類洄游是指魚類因其生長發(fā)育和環(huán)境變化的需要而產(chǎn)生的周期性、集群性的遷移作用。魚類的洄游主要發(fā)生在產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場之間，在魚的繁殖時期，魚類從江河的中下游或支流上溯到產(chǎn)卵場產(chǎn)卵。而當(dāng)幼魚及完成產(chǎn)卵后的親魚進(jìn)行索餌洄游，回到營養(yǎng)豐富的通江湖泊或江河的支流攝食育肥補充能量。當(dāng)冬季來臨，氣溫降低、湖水水位下降，魚類集群從索餌場回到江河的干流深水區(qū)或坑穴處過冬。魚類的游泳能力是魚類洄游成功的重要指標(biāo)，魚類的游泳能力通常用感應(yīng)流速、臨界游泳速度、突進(jìn)游泳速度進(jìn)行衡量。
2、隨著塑料材料在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛使用以及塑料制品的隨意丟棄，導(dǎo)致大量塑料垃圾進(jìn)入生態(tài)環(huán)境。塑料經(jīng)過風(fēng)化、機(jī)械作用、太陽輻射等過程會分解成更小的塑料顆粒，通常小于5毫米的塑料被稱為微塑料。由于微塑料體積小且不易降解，它們可以隨水流遠(yuǎn)距離遷移。目前，在河流、湖泊和水庫水體和沉積物中均檢測發(fā)現(xiàn)微塑料的存在，有些區(qū)域受到鄰近生活污水或特定污染源的影響，微塑料濃度較高。由于微塑料在水生環(huán)境中可以持久存在，魚類在生長過程中可能會誤食微塑料，一方面造成魚產(chǎn)生飽腹感，影響其生長發(fā)育和運動，另一方面，微塑料自身及其攜帶的其它有毒有害污染會產(chǎn)生協(xié)同毒理作用，影響魚類生理指標(biāo)及其游泳能力。
3、目前，僅有少數(shù)研究針對水體污染背景下具體污染物對魚類游泳能力影響進(jìn)的研究，然而，未見關(guān)于水體微塑料對魚類游泳能力影響的研究，缺乏將微塑料作為變量分析其對于魚
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、基于現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本專利技術(shù)提供一種評估水體微塑料影響魚類游泳能力的方法及應(yīng)用。所述方法根據(jù)環(huán)境中的微塑料濃度設(shè)計暴露實驗，能夠模擬在不同濃度的微塑料水體環(huán)境中魚類的游泳能力，通過與對照組進(jìn)行對比，能夠評估水體微塑料污染對于魚類游泳能力及洄游周期的影響。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、第一方面，提供一種評估水體微塑料影響魚類游泳能力的方法，包括以下步驟：
4、s1：收集研究流域的微塑料污染情況、水環(huán)境參數(shù)以及魚類的情況；具體為：
5、收集資料的斷面與魚類洄游路線相符，主要包括流域的上、中、下游及閘壩的上下游。流域微塑料污染情況包括流域水體中微塑料的主要類型、微塑料的顏色、微塑料的粒徑以及微塑料的濃度。水環(huán)境參數(shù)包括流域的水溫、流速、ph及溶解氧，魚類的情況包括魚的類型、體長范圍。
6、s2：根據(jù)收集到的流域資料，設(shè)計魚類微塑料暴露實驗；
7、選取研究流域中豐度最大的洄游魚類作為實驗魚。實驗魚的體長、體重能夠基本涵蓋研究流域魚類的范圍。所有實驗魚在玻璃水箱馴養(yǎng)2周。實驗用水為去氯自來水，光照為室內(nèi)自然光，24h供給氧氣，溶解氧保證大于7mg/l，ph保持在7.0-8.0。固定每天早上9:30進(jìn)行喂食，喂食量為實驗魚濕重的2％。實驗前對所挑選的實驗魚進(jìn)行全天饑餓處理。
8、暴露實驗所用水溶液為去氯自來水。根據(jù)流域的微塑料污染情況，分為3個實驗組(3種微塑料濃度)，實驗組的微塑料類型為流域豐度最大的微塑料類型，實驗所用微塑料粒徑和顏色與流域的實際情況保持一致。每組設(shè)置1個玻璃實驗水箱(60*30*30cm)。固定每天早上9:30進(jìn)行喂食，喂食量為實驗魚濕重的2％。在喂食的2h內(nèi)停止增氧，以防對實驗魚的攝食微塑料造成干擾。其余所有時間均進(jìn)行溫和增氧，保證水溶液中充足的氧氣含量。暴露水溶液每隔兩天更換一半的水，并重新添加固定濃度的微塑料保證濃度不變，暴露時間為60天。在暴露實驗的最后一天對實驗魚的身長進(jìn)行測量。
9、s3：對實驗魚進(jìn)行封閉環(huán)形水槽測試，獲得魚類游泳能力；具體為：
10、在封閉環(huán)形水槽中測試魚類游泳能力。實驗魚游泳能力由感應(yīng)流速、臨界游泳速度、突進(jìn)游泳速度進(jìn)行表征。感應(yīng)流速為魚類能夠感應(yīng)到水流的最小速度，當(dāng)水流流速大于感應(yīng)流速時，魚類能夠辨別洄游方向。在實驗中以實驗魚從不規(guī)則的四處游動變?yōu)槟嫠鲿r的流速為感應(yīng)流速。
11、臨界游泳速度反映魚類長時間游泳的能力，通常用來表征魚類有氧運動能力，是設(shè)計魚道休息間距、魚道主流流速的主要依據(jù)來源。測定方法采用遞增流速法，臨界游泳速度由下式進(jìn)行計算：
12、
13、其中，uc為實驗魚的臨界游泳速度，umax1為實驗魚未達(dá)到疲勞狀態(tài)的最大速度，δu1為流速增量，t1為最后一個時段實驗魚達(dá)到疲勞狀態(tài)的時間，δt1為實驗設(shè)置的時間間隔，20min。
14、突進(jìn)游泳速度是指魚類在較短時間內(nèi)能達(dá)到的最大速度，通常用來評估魚類通過水流障礙的能力，是設(shè)計魚道孔口、豎縫等設(shè)計參數(shù)的主要依據(jù)來源。突進(jìn)游泳速度測定方法采用遞增流速法，由下式進(jìn)行計算：
15、
16、其中，ub為實驗魚的突進(jìn)游泳速度，umax2為實驗魚未達(dá)到疲勞狀態(tài)的最大速度，δu2為流速增量，t2為最后一個時段實驗魚達(dá)到疲勞狀態(tài)的時間，δt2為實驗設(shè)置的時間間隔，20s。
17、s4：繪制kaplan-meier曲線，得到特征流速ui90、uc90、ub90；具體為：利用實驗魚的感應(yīng)流速、臨界游泳速度、突進(jìn)游泳速度繪制的kaplan-meier曲線。該曲線可以得到魚類在不同的水流速度下，魚感知到水流方向后逆流游泳的數(shù)量百分比以及魚在臨界游泳速度和突進(jìn)游泳速度測試中未發(fā)生疲勞的數(shù)量百分比。根據(jù)kaplan-meier曲線，分別得出特征流速ui90、uc90、ub90。
18、其中，ui90表示90％的實驗魚在實驗中能夠感應(yīng)到水流方向從而逆向游泳的流速值。
19、uc90表示90％的實驗魚在臨界游泳速度測試中未達(dá)到疲勞狀態(tài)的流速值。
20、ub90表示90％的實驗魚在突進(jìn)游泳速度測試中未達(dá)到疲勞狀態(tài)的流速值。
21、s5：將步驟s4得到的實驗組特征流速對照組特征流速進(jìn)行對比，評估微塑料對魚類游泳能力及洄游的影響；
22、s5.1)將實驗組ui90與對照組ui90進(jìn)行比較，若實驗組ui90更大則說明實驗魚感知水流的敏感度更低，在該組微塑料濃度水環(huán)境下更難以辨認(rèn)出洄游方向。
23、s5.2)將實驗組uc90與對照組ui90進(jìn)行比較，若實驗組uc90更小則說明實驗魚的有氧運動的能力更差，在該組微塑料濃度水環(huán)境下洄游魚類可能無法按時抵達(dá)產(chǎn)卵場、越冬場、索餌場，影響其生命周期的正常環(huán)節(jié)。
24、s5.3)將實驗組ub90與對照組ub90進(jìn)行比較，若ub90更小則說明實驗魚的無氧運動的能力更差，在該組微塑料濃度水環(huán)境下洄游魚類在穿越高流速區(qū)域或躲避敵害時可能會遇到危險。
25、第二方面，本專利技術(shù)提供上述方法在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。該方法的直接應(yīng)用領(lǐng)域包括但不限于：
26、環(huán)境監(jiān)測：通過監(jiān)測水體中的微塑料污染情況，可以評估水域環(huán)境的健康狀況。
27、生態(tài)風(fēng)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種評估水體微塑料影響魚類游泳能力的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述評估水體微塑料影響魚類游泳能力的方法，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟S1中：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述步驟S3中，設(shè)計暴露實驗的方法如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：所述步驟S3中：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟S4中：特征流速為Ui90、Uc90、Ub90；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述步驟S5中，具體為：
9.如權(quán)利要求1-8中任一所述的方法在環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)風(fēng)險評估方面中的應(yīng)用，其特征在于：通過監(jiān)測水體中的微塑料污染情況，以評估水域環(huán)境的健康狀況；了解微塑料對魚類游泳能力的影響，以評估其對水生生物洄游和種群穩(wěn)定性的潛在風(fēng)險。
10.如權(quán)利要求1-8中任一所述的方法在水資源及漁業(yè)管理方面中的應(yīng)用，其特征在于：在設(shè)計和修建魚道
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種評估水體微塑料影響魚類游泳能力的方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述評估水體微塑料影響魚類游泳能力的方法，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟s1中：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述步驟s3中，設(shè)計暴露實驗的方法如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：所述步驟s3中：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟s4中：特征流速為...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉小寧，劉敏，余遠(yuǎn)坤，劉建婷，王丹，張樂，
申請(專利權(quán))人：武漢大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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