介绍一种坚固且灵活的流通式暴露系统，该系统设计用于使沉积物保持悬浮状态。该系统可用于在实验室中研究悬浮沉积物对多种水生生物及其不同生命阶段的影响。
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摘要
摘要
本文介绍了鱼类幼体与卵暴露系统（Fish Larvae and Egg Exposure System, FLEES）。该流水式暴露系统利用泵和自动化控制装置输送泥沙与水体，以模拟悬浮泥沙状态，用于在实验室条件下研究悬浮沉积物对多种水生生物及其不同生命阶段的影响。通过FLEES获得的数据可用于建立在特定暴露时长下水生生物效应与悬浮沉积物浓度之间的暴露-响应曲线。这些效应数据可用于评估旨在减少水生生物与人为来源悬浮沉积物相互作用的管理措施。FLEES能够生成总悬浮物（TSS）浓度范围为30至800 mg/L的实验条件，使其成为评估多种活动所导致TSS影响的理想系统，包括模拟环境中较低水平的TSS，以及评估疏浚作业、船舶交通、山洪和风暴等引起的悬浮沉积物来源。
引言
疏浚作业采用机械方法清除港口和航道底部的沉积物。在清除过程中，部分受扰动的沉积物会悬浮于水体中，可能对水生生物造成物理胁迫。除了发生悬浮外，沉积物还可能在沉降之前，受周围环境条件影响而被输运至远离疏浚作业区的区域。这两种机制的共同作用意味着，靠近正在作业的疏浚设备的水生生物可能会暴露于悬浮沉积物中，并遭受不利影响。为应对此类问题，环境窗口期（季节性疏浚限制）通常作为一种管理措施，用以减少或消除疏浚活动产生的悬浮沉积物对水生资源可能造成的有害影响1,2。
环境窗口通常用于保护濒危、受威胁或具有商业价值的物种，例如玻璃梭鲈（Sander vitreus）和东部牡蛎（Crassostrea virginica）3。实施环境窗口的支持性依据通常关注疏浚活动可能对动物完成其生活史特定阶段的能力造成物理干扰（例如，悬浮沉积物）。常被引用的生命阶段包括卵和幼体，以确保洄游性物种的迁徙通道畅通3。然而，目前有关悬浮沉积物对特定物种产生生物学影响的信息仍然有限4,5，这限制了环境窗口作为风险管理工具的应用。
基于这些原因，设计、构建并使用了FLEES（鱼类早期生命阶段暴露系统），以模拟沉积物的悬浮状态，并确定其对水生生物早期生命阶段的影响。FLEES研究采用细颗粒沉积物（即，主要为粉砂、黏土和细砂），这类颗粒最有可能保持悬浮状态，并从源头迁移至最远距离。FLEES能够用于测试鱼类的卵和幼体，也可进行改造以适应其他水生生物，因而具备独特的能力。所获得的生物学响应数据可用于评估悬浮沉积物的影响。以下操作步骤概述了如何构建和运行该技术，以利用多种水生生物获得可重复的悬浮沉积物浓度及其效应数据。
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方案
所有涉及脊椎动物的FLEES实验均在适当的美国工程研发中⼼（ERDC）环境实验室机构动物护理与使用方案下进行。
1. FLEES 模块、水浴装置和水族箱
- 获取用于搭建模块的木柱、木条和胶合板。根据研究目标，建造数量和尺寸类似于基本工作台的模块。
- 将胶合板（0.127 cm）裁切作为台面和搁板。将木柱（10.16 x 10.16 cm）裁切作为桌腿。对于台面，将木条（5.08 x 10.16 cm）裁切并构建框架，然后将胶合板固定在框架上。在每条桌腿的顶部切出凹槽以形成支撑台，并用螺栓将台面框架固定在桌腿上。
- 对于搁板，将木条（5.08 x 10.16 cm）裁切并构建框架，然后将胶合板（0.127 cm）固定在框架上。在距每条桌腿底部45 cm处切出凹槽，并用螺栓将搁板框架固定在桌腿上。确保组装结构方正且水平。
- 从专营水产养殖水箱的玻璃钢水箱制造商处获取水浴水箱。将尺寸不超过152 cm长 × 91 cm宽 × 61 cm高的水箱安装至模块支架中。在水箱一端通过玻璃钢工艺安装两个直径为2.54 cm的聚氯乙烯（PVC）承插式接头，使接头与水箱底部内表面齐平。
- 将水箱放置在已构建的模块支架上，使水箱排水口朝向支架末端（即排水方向）（图1）。在支架的胶合板底板上标记出水箱排水孔的位置。
- 将水箱向后移动，使用直径为3.175 cm的孔锯在胶合板上开出两个排水孔。再将水箱推回，使排水管插入已切割的孔中。将其中一个水箱排水口连接至地漏，另一个连接至水冷式热交换器。
注：本部分假设已设有卫生排污地漏。
图 1. 鱼仔幼体与卵暴露系统（FLEES）的示意图。 FLEES 采用模块化设计，因此便于运输。 请点击此处查看此图的放大版本。
图2. 聚乙烯水箱。 一个19 L带圆底的聚乙烯水箱，显示了溢流排水口（顶部，带筛网插件；1.3.1；5.6.1）、浆液进水口（右侧弯头；1.3.2）、泵出水口（底部中央；1.3.3）、泵进水口（偏心底部；1.3.4）、OBS探头及夹具（4.1）以及底部筛网（底部黑色环状结构；5.6.1）。请点击此处查看该图的放大版本。
- 取一个19 L的圆顶底部聚乙烯水箱（直径27.9 cm，高36.2 cm）。
- 为构建溢流排水口，使用孔锯在水箱顶部下方5 cm处切割一个直径2.54 cm的孔。在水箱外侧安装贯通接头，并在贯通接头外部加装插入件，作为溢流排水口。
- 为构建泥浆/进水口，使用孔锯在水族箱顶部下方5 cm处再切割一个直径2.54 cm的孔。安装另一个贯通接头，并连接带螺纹的弯头软管接头（图2）。
- 为构建泵出水口，使用孔锯在水箱底部中央切割一个直径2.54 cm的孔，并安装贯通接头。在贯通接头外侧连接弯头软管接头。
- 为构建泵进水口，使用孔锯在水箱底部偏离中心的位置再切割一个直径2.54 cm的孔，并安装贯通接头。在贯通接头外侧连接弯头软管接头。
- 在水浴槽外侧，从底部向上测量9 cm，在水浴槽长度方向上画一条线。沿此线使用孔锯为每个水族箱在水浴槽长度方向上切割一对直径2.54 cm的孔（共10个孔，均匀分布），并安装贯通接头。
- 获取磁力驱动泵（最大流量28 L/min），用于在水族箱中循环水体并悬浮沉积物。将泵安装在一个支架上，支架置于水浴槽下方，并位于设有连接孔的一侧，以便与水族箱连接。为每台泵安装一个串联电源开关，或将泵连接至开关控制箱供电。
- 将水浴槽外侧的贯通接头连接软管接头。将乙烯基软管连接至泵的进水口和出水口，并将其连接至通往相应水族箱的贯通接头。在水浴槽内部，将快速断开插入件安装到贯通接头中。
- 将水族箱以两行方式放入水浴槽中；第一行沿水浴槽长度方向放置三个水族箱，第二行放置其余水族箱（图3）。
图3. 水浴装置。 含有五个水族箱、呈两行排列的水浴系统概览。 请点击此处查看该图的放大版本。
- 将每个水族箱连接至一台泵。将乙烯基软管连接到安装在水族箱底部的软管接头，并连接至快速断开阀的软管接头。将快速接头连接在泵与水族箱之间。在此连接处安装一个球阀，以便在维护时隔离泵。
- 通过乙烯基软管将每个水族箱的溢流排水口连接至共用排水管。将共用排水管连接至水浴排水口。
- 将每个水族箱的浆料/进水口连接至安装在模块顶部的浆料和供水系统。
- 在每个模块中，于水族箱上方约60 cm处安装两个专为水族箱设计的发光二极管照明装置。使用一个与灯具无线连接的光照控制器，根据实验需求调节光照强度、光色和光周期（e.g., 16小时光照:8小时黑暗）。
- 在实验室中安装一个定时器，以控制环境照明。
2. 混悬液系统
- 将一个带盖和支架的450 L锥形底部聚乙烯罐放置在流水线最后一个模块的末端（任一端均可使用），作为泥浆储液罐。在罐内安装一台小型潜水泵，用于制备沉积物/水的混合泥浆。在罐体旁边安装水冷式热交换器，以控制泥浆温度。使用孔锯在罐盖上切割一个2.54 cm的孔，以便插入浊度传感器，用于监测泥浆的浊度（图4）。
图 4. 浆料罐。 带盖和聚丙烯支架的锥底浆料罐。浆料水温由位于支架左侧地面的水冷机控制。该罐连接至一台气动双隔膜泵（左前方），用于向每个水族箱（2.2）供应浆料。请点击此处查看该图的放大版本。
- 在浆料罐旁的支架上安装一个气动双隔膜泵。将浆料罐的排液口连接至泵的进料口。在连接中加入一个PVC三通（用于将浆料导向泵或实验室排水口）以及阀门，以实现罐体与泵之间的连接，并可在维护时将其隔离。通过将泵连接至实验室建筑的空气压缩机来提供动力。
- 为按需向每个水族箱供应浆料，需在模块顶部安装PVC管道，并建立一个循环管线。在距离浆料储罐最远的使用点处，安装一条回流管线，将未使用的浆料送回储罐。使用柔性PVC管和活接头连接各模块。
- 通过三通、球阀和活接头将浆料电磁阀连接至循环浆料管，以便在维护时将电磁阀与主PVC管道隔离。确保电磁阀安装在所供液的水族箱上方。
- 使用孔锯在模块顶部钻出直径为2.54 cm的孔，用于将每个电磁阀连接至相应的水族箱。
- 使用柔性PVC管和活接头，将靠近浆料罐的模块顶部所安装的PVC管连接至气动泵。将回流管线连接至浆料罐顶部。
- 为调节电磁阀引入的浆料量，需在回流管线上安装一个水压调节器。调节至所需压力。
3. 水系统
- 安装第二个适当体积的聚乙烯储罐（例如，500 L）带盖和支架，作为储水箱。在水箱旁安装水冷式热交换器以控制水温。将磁力驱动泵安装在水箱旁边。按照第2.2节所述连接水箱与泵。
- 为按需向每个水族箱供水，在模块顶部安装PVC管并建立循环供水管线。将PVC管安装在高于浆液循环管的位置。在距离水源储水罐最远的用水点处，安装回流管线，将未使用的水输送回储水罐。使用柔性PVC管和活接头连接各模块。
- 使用三通、球阀和活接头将水路电磁阀连接至循环水管，以便通过隔离电磁阀与主PVC管道进行维护。将水路电磁阀安装在浆料电磁阀后方且位置更高。通过乙烯基软管和软管接头将水路电磁阀与浆料电磁阀连接，使得水路电磁阀开启时可将管路中残留的浆料冲洗干净。
- 将模块顶部靠近水箱的PVC管通过软质PVC管和活接头连接至水泵。将回流管连接至水箱顶部。
- 为调节电磁阀引入的水量，需在回流管路中安装水压调节器，并调节至所需压力。
4. 传感器、数据采集、仪器控制与自动化
- 在每个水族箱的泥浆/水入口旁安装光学散射传感器（OBS），用于测量浊度（散射浊度单位，NTU）。将传感器置于水面以下约5 cm处，传感器探头朝向水箱中央。使用夹具或其他固定装置安装传感器。
- 使用孔锯在每个模块支架的顶部钻至少两个直径为2.54 cm的通孔，以便将海底观测站（OBS）电缆接入安装在模块顶部的电气接线盒。
- 在浆料储罐中安装一台OBS，并将传感器置于水面以下约20 cm处，确保其完全浸没。
- 将水和泥浆电磁阀、每个水族箱和泥浆罐中的OBS传感器，以及每个水浴中的热电偶，连接至安装在模块顶部的电气接线盒，并接入数据采集设备。在所有线路的终端尽可能安装快速断开接头。
- 使用系统设计平台和开发环境设计用于数据采集、仪器控制和自动化的计算机应用程序6使用该程序，设计一个应用程序，用于整合OBS和电磁阀，以测量浊度并将泥浆和水引入每个水族箱。
- 为创建多种NTU暴露梯度，需设计程序以为每个水族箱建立独立的暴露参数配置文件6创建一个用于编程水族箱配置文件的选项卡和图形用户界面（GUI），将该选项卡标记为“配置文件”。
- 将软件设置为以分钟为单位控制每个水族箱的暴露时长。设计一个循环序列，持续重复执行暴露时长指令，直至达到特定条件（例如设定的时间长度）。设置一个迭代参数，用于控制循环在结束或进入下一组指令前的重复次数。
- 将软件设置为在每个水族箱中设定一个NTU值。将NTU值整合到控制暴露时间的同一循环/迭代序列中。利用此功能创建多种暴露方案（例如，持续、脉冲或无暴露）在指定持续时间内。
- 将软件设置为以秒为单位控制每个水族箱进水系统电磁阀的开启时间（例如，1号水族箱10秒，2号水族箱25秒， 等等。）。将水阀电磁阀的开启时间整合到控制暴露时长和NTU水平的循环/迭代序列中。
- 将程序设计为可将4.4节下的所有步骤保存为每个水族箱的“配置文件”，并具备允许用户调用已保存配置文件的功能。
- 新建一个选项卡和图形用户界面。将该选项卡标记为“Profile Status”。设计图形用户界面以实时显示当前加载配置文件的摘要信息，包括当前激活的循环序列、已消耗的测试时间和剩余测试时间。
- 新建一个标签页和图形用户界面，用于设置水和泥浆系统电磁阀的数值。将该标签页命名为“阀门设置”。
- 设置水阀循环间隔时间（单位：秒）。将此间隔设计为循环序列，用于设定所有水系统电磁阀依次开启时各事件之间的时间间隔（在步骤 4.4.3 中，用户已设定每个阀门保持开启的持续时间）。设置水阀开启延迟时间（单位：秒）。使用延迟功能设定各阀门开启之间的时间间隔。例如，前一个阀门关闭后2秒，下一个阀门将打开。
- 设置浆料阀循环间隔时间（单位：秒）。将此间隔设计为循环序列，用于设定每次检测各水族箱中OBS测量的NTU值与水族箱配置文件中设定的NTU值进行比对的时间间隔。依次检查阀门和传感器。若某水族箱中的NTU值低于配置文件中设定的NTU值，则编程控制计算机打开该水族箱的浆料阀。
- 设定浆料阀开启时间（秒）。使用此功能可控制需要浆料时阀门保持开启的时长。设定浆料阀延迟时间（秒）。利用延迟时间设置阀门开启之间的间隔。
注意：确保循环间隔（步骤 4.6.1 和 4.6.2）足够长，以便在下一个循环开始前完成水和浆料的引入。 - 创建按钮以手动开启/关闭每个水和浆料系统水阀。
- 新建一个标签页和图形用户界面，用于设置位于每个水族箱和泥浆槽（N=16）中的OBS传感器。将该标签页命名为“OBS设置”。为每个OBS命名。
- 创建一个功能，用于输入OBS制造商测试证书中的数据，以计算每个OBS的校正参数。输入标准NTU低值（记录的最低NTU值）和标准NTU高值（记录的最高NTU值），以及低NTU和高NTU对应的电压范围。
- 新建一个标签页和图形用户界面，用于实时显示每个水族箱的浊度（NTU）测量值与NTU设定值，以及每个水浴的水温。创建一个按钮以启动/停止所有运行程序。实现可单独暂停或停止任一运行程序的功能。
- 创建一个功能，用于记录每个水浴的水温读数、每个水族箱的NTU设定值和测量值，以及时间戳数据，并将其录入电子表格。将工作表标签命名为“水浴”。
5. 实验准备
- 从靠近目标物种、且已知无历史污染、为维持航道水深而定期疏浚的区域采集沉积物。使用抓斗采样器或类似设备采集沉积物。例如，Van Veen）。将沉积物置于19 L塑料桶中，冰上过夜运输。将沉积物储存在 4 °C 直至使用。
- 通过1 cm筛网湿筛沉积物，以去除大块碎屑；再通过450微米不锈钢筛网进行筛分。收集通过筛网的细颗粒物质（细砂、粉砂和黏土）用于实验。
- 分析过筛后的沉积物以检测化学污染例如金属、多环芳烃、多氯联苯 等等。 对于分析方法，参见 USEPA7）。表征理化参数，如粒径分布（砂粒、粉粒和黏粒百分比）、pH、盐度、有机碳和有机质8 以满足研究要求。
- 确定暴露持续时间（例如，72 小时）和总悬浮物浓度（TSS）例如0、100、250 和 500 mg/L，依据现有数据或其他表征目标悬浮沉积物的信息。
注意：应使用总悬浮固体（TSS）作为暴露浓度指标，而非浊度（NTU）。TSS 可量化水体中悬浮颗粒物的质量，且与某些生物表现出的物理和行为效应（如磨损、失去定向能力及摄食减少）直接相关。 - 为每个FLEES水族箱建立NTU-TSS关系。
- 打开所有用于数据采集、仪器控制和自动化的 FLEES 硬件设备。使用随机数表或其他适当方法，将总悬浮固体（TSS）处理随机分配至各 FLEES 水族箱。在配置文件图形用户界面（GUI）中，为每个水族箱创建一个配置文件，根据随机数表生成的指定 TSS 浓度，执行持续 72 小时（4,320 分钟）的连续暴露实验。
- 根据专业判断，初步设定浊度单位（NTU）以使各水族箱中的总悬浮固体（TSS）浓度达到目标值：对照组（0 mg/L TSS）将NTU设为0；100 mg/L TSS将NTU设为100；250 mg/L TSS将NTU设为280；500 mg/L TSS将NTU设为600。
注意：每根OBS探针的NTU读数会略有不同，这是探针制造过程中固有的特性。 - 将每个水族箱的水系统电磁阀开启时间设置为10 s。
- 为每个水族箱保存配置文件。
- 在阀门设置选项卡中，设定水和浆料阀门的循环间隔。将水循环间隔设为600 s，水阀延迟设为5 s。将浆料循环间隔设为180 s，开启时间为3 s，延迟时间为1 s。
注意：在此程序下，72小时测试期间，计算机将对每个水族箱中的浊度单位（NTU）进行1,440次检测，以判断是否引入额外的泥浆，同时水阀将开启432次。泥浆阀的开启次数与NTU值呈正相关。通常情况下，在100 mg/L条件下，泥浆阀开启总时长约占据暴露时间的5%，即约72次；250 mg/L时约为11%（158次）；500 mg/L时约为35%（504次）。为使各水族箱之间的换水体积相等，需对设定较低NTU值的水族箱调节其水电磁阀的开启时间，这将导致在较低NTU值下泥浆阀开启次数增加。 - 用经碳过滤的实验室用水填充泥浆罐。启动泵以循环水。在另一个容器中，使用机械搅拌器均质化测试沉积物。
- 将沉积物均质化后，取出少量（约500 mL），使用带刻度的聚丙烯烧杯转移至泥浆罐中。继续加入沉积物，直至浊度达到1,000 NTU。
- 在程序中，进入水浴标签页并启动所有水族箱的运行程序。运行FLEES至少1小时，使各水族箱中的NTU值稳定后再采集悬浮沉积物样品。开启数据记录功能，以记录每个水族箱OBS测得的NTU读数。
- 使用分配了TSS处理的每个水族箱中采集的三个100 mL水样测定TSS < 500 mg/L。对于总悬浮固体（TSS）处理浓度大于或等于500 mg/L的每个水族箱，分别采集三份50 mL水样，单独测定TSS。
- 通过预称重的滤膜对样品进行真空过滤来测定总悬浮固体（TSS） 0.45 µm 滤纸。过滤后立即干燥滤纸及其内容物 105 °C 至少放置4小时后，称重至最接近的0.1 mg。以三个样品的平均值作为每个水族箱中总悬浮固体（TSS）的测定值。
- 将第5.5.4节中获得的平均值与每个水族箱记录的实测NTU值进行比较。重新编程NTU限值，直至达到目标TSS浓度（例如，600 NTU ≈ 500 mg/L TSS。
- 确定筛网的网孔尺寸，以确保每只水族箱中的动物被有效 containment。
- 对于体型较大的动物，如鱼类（例如., > 3 cm）或贝类时，在底部放置筛网以隔离动物与水泵进水口。在水族箱溢流排水管的挡板中安装筛网插件，以防止动物逃逸。
- 将鱼卵、幼虫和鱼苗等小型生命阶段的生物置于一个由PVC管制成的容器（内径10.16 cm，长12.7 cm，容积1,029 mL）中，随后浸入FLEES水族箱图5).
- 在腔体侧面切割三个宽8.25 cm、长9.52 cm的孔。在腔体底部及侧面开孔处安装尼龙筛网。使用PVC帽作为可拆卸盖子，用于引入和取出测试动物。
- 在盖子上切割一个圆形孔，大小足以从上方观察测试动物，同时保留边缘用于固定尼龙筛网。将所有筛网安装在培养室内部，以防止生物体接触锋利的PVC边缘。
注意：选择筛网孔径时，应确保试验动物被保留在筛内，同时允许悬浮的试验沉积物进入。 - 将腔室完全浸没于水族箱中央或侧边，使用三段短绳（#18 白色绞合砖工绳）和由电线制成的挂钩将其垂直悬挂。在每个挂钩附近打一个布莱克结（Blake's hitch knot），并调节绳子长度以使腔室保持水平。
- 确定每天需要进行多少次水族箱水体交换才能达到项目和水质目标。调节水压调节器（见第2.2节）和电磁阀开启时间（例如，每10分钟开启一次，每次持续10秒）以达到所需的水流速度。向水浴中注水，并运行水冷热交换器，确认能够达到并维持测试温度。
图 5. FLEES 子室。 悬浮于水族箱中且未添加沉积物的暴露子室示意图（左）。适当大小的鱼仔可被容纳在子室内，以降低逃逸和受伤的可能性（右）。请点击此处查看该图的放大版本。
6. 实验步骤
- 开启所有用于数据采集、仪器控制和自动化的 FLEES 硬件设备。使用所需的测试用水填充水族箱、水浴槽和储水罐。启动所有水冷热交换器。确认并调整光照周期。
- 用经活性炭过滤的自来水填充泥浆罐。启动泵以循环水体。使用机械搅拌器将测试沉积物容器中的物质均质化。沉积物均质化后，取出少量（约 500 mL）并加入泥浆罐中。持续添加沉积物，直至浊度达到 1,000 NTU。
- 在剖面图形用户界面（GUI）中，为每个水族箱创建一个剖面，执行持续 72 小时（4,320 分钟）的连续暴露，使用与准备阶段相同的总悬浮固体（TSS）设定值。利用实验准备期间获得的数据对 NTU 进行编程，以使每个水族箱中的 TSS 浓度达到目标值。对于对照组（0 mg/L TSS），将 NTU 设为 0；对于 100 mg/L TSS，将 NTU 设为 100；对于 250 mg/L TSS，将 NTU 设为 280；对于 500 mg/L TSS，将 NTU 设为 600。
- 在“阀门设置”选项卡中，使用准备阶段获得的数据（第 5.5.8 节）对水和泥浆阀门的循环间隔进行编程。将水循环间隔设为 600 秒，水阀延迟设为 5 秒。将泥浆循环间隔设为 180 秒，开启时间为 3 秒，延迟时间为 1 秒。
- 根据已批准的动物护理与使用方案中的指导原则，将实验动物引入水族箱。对于鱼卵，使用塑料移液管从暂养罐转移至暴露室；对于较大的鱼类（如全长 2–8 cm 的稚鱼），使用尼龙水族网。
- 将动物放入水族箱后，进入图形用户界面（GUI），在“水浴”选项卡中启动所有水族箱的剖面程序。运行 FLEES 系统至少 1 小时，使各水族箱中的 NTU 值趋于稳定，然后再采集悬浮沉积物样品。开启数据记录功能，以记录每个水族箱光学背向散射（OBS）传感器测得的 NTU 读数。
- 每天通过补充测试用水和沉积物来维持水和泥浆储罐的液位。
注意：泥浆添加频率与 NTU 水平升高呈正相关。因此，每天使用的水和沉积物量取决于设定的 NTU 值以及所需的换液体积。通常情况下，每天可能使用 25–50 加仑的水或泥浆。- 每天用湿布轻轻擦拭 OBS 探头，以清除传感器表面沉积物的积聚。检查水冷机和泵是否正常运行。每天采集同步的总悬浮固体（TSS）测量值，以便根据计算机程序在规定时间间隔记录的 NTU 数据预测当日剩余时间的 TSS 水平。
- 使用专为此目的设计的手持式多探头水质检测仪，每天测量每个水族箱的温度、溶解氧、pH 值（以及其他根据物种和其他要求可能需要的参数）。
- 通过在每个水族箱剖面中设定暴露持续时间，自动终止实验；或通过手动停止所有水族箱剖面来终止实验。
- 确定需测量的实验终点指标，如孵化成功率、孵化时间、死亡率、生长情况（体长和体重）以及外部形态学变化。
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结果
在开始实验之前，需进行一系列运行操作，以确保FLEES向每个水族箱输送适当浓度的沉积物（第5.5和6.2节）。 图6 说明如何在实验水族箱中维持NTU浓度，以达到目标悬浮沉积物浓度。本示例中，FLEES评估了在为期三天的暴露期间内，是否能够使用拟议的试验沉积物维持悬浮沉积物浓度，该暴露时长代表了模拟野外典型暴露条件的常见实验周期。每个水族箱均设定为在三天内持续保持稳定的浊度。试验沉积物在30日的4小时内被引入th 2016年5月。0 mg/L TSS浓度代表未添加沉积物的对照水族箱。在100、250和500 mg/L的目标浓度下，水族箱在为期三天的实验期间内分别持续维持90、240和430 NTU的浊度（图6）。图中各浓度下均可观察到反映程序化定时添加悬浮沉积物的沉积物脉冲。FLEES 的灵活性使研究人员能够将悬浮物浓度控制在目标值约 20–40 NTU 范围内。这些数据表明，FLEES 技术具备在长时间内维持所需悬浮沉积物浓度的能力。
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讨论
FLEES 技术通过采用自动化、计算机控制的系统，能够在广泛的暴露时间和悬浮沉积物浓度范围内维持并控制悬浮沉积物，从而改进了现有方法4,9 。该技术具有灵活性，可根据物种的不同，用于评估悬浮沉积物对多种水生生物及其从卵到成体等不同生命阶段的影响。未来，该技术还可用于评估悬浮沉积物对沉水水生植被的影响。
FLEES 已被成功用于生成效应数据（例如， 存活率和生长）对多种物种（如梭鲈5,10大西洋鲟鱼11 和牡蛎12FLEES 按照设计成功评估了来自美国不同地区的多种悬浮沉积物对淡水和海洋环境中水生生物的影响。该技术的便携性和封装设计也使其适用于野外现场使用。
为确保方法成功，最关键的步骤包括：1）每次使用新的测试沉积物时均需对FLEES进行校准，以量化总悬浮物（TSS）与浊度之间的关系，从而实现目标TSS浓度的准确匹配；2）基于TSS而非浊度开展实验，以便将实验结果与相应的监管标准和规范进行比较；3）使用合适的双隔膜泵，以确...
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披露
观点、解释、结论和建议均为作者个人观点，不一定代表美国陆军的立场。本报告中引用的商业组织或商品名称并不构成美国陆军对该等组织的产品或服务的官方认可或批准。作者伯顿·C·苏德尔（Burton C. Suedel）和贾斯汀·L·威尔肯斯（Justin L. Wilkens），均来自美国陆军工程研究与发展中心，声明其不存在利益冲突的财务关系。
致谢
本研究由美国陆军工程兵团疏浚作业与环境研究计划（Dredging Operations and Environmental Research Program）资助，Todd Bridges 任项目主管。发布本材料已获得工程兵主管的许可。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 一个FLEES模块、水浴及水族箱的部件清单 | |||
| 木柱——用于搭建模块（切割为78英寸） | 本地供应商 | N/A | 数量：4 规格：4英寸×4英寸×8英尺 |
| 胶合板，船用级——固定在离地约18英寸高的木柱上，用于支撑水浴（60英寸×42英寸） | 本地供应商 | N/A | 数量：1 规格：3/4英寸×4英尺×8英尺 |
| 胶合板——固定在木柱顶部，用于支撑管道、电磁阀和电气设备（60英寸×42英寸） | 本地供应商 | N/A | 数量：1 规格：1/4英寸×4英尺×8英尺 |
| 木撑条——用于加固胶合板和木柱（按需切割） | 本地供应商 | N/A | 数量：4 规格：2英寸×4英寸×96英寸 |
| 水箱，玻璃钢材质——水浴，带两个排水口：1）连接冷却器；2）排水 | Hydro Composites, LLC, Stockdale, TX, USA | FBT-226 | 数量：1 规格：150加仑 |
| 水冷机，自带水泵——用于水浴；冷却器置于模块下方 | Remcor Products Co., Glendale Heights, IL, USA | CFF-500 | 数量：1 规格：1/2马力 |
| 水箱，圆顶底——FLEES水族箱——置于水浴内部 | United States Plastic Corp, Lima, OH, USA | 5197 | 数量：5 规格：19升 |
| 水箱支架——亚克力支架，12英寸×12英寸×6英寸——用于支撑水族箱 | 由ERDC车间定制 | N/A | 数量：5 规格：定制 |
| 磁力驱动泵——用于在每个水族箱中悬浮沉积物 | March Manufacturing Inc., Glenview, IL, USA | MDX-3-1/2 115 v | 数量：5 规格：28升/分钟 |
| LED灯——安装在水浴上方 | C2 Development, Inc., Ames, IA, USA | Hydra 26 | 数量：2 规格：根据照明面积确定 |
| PVC Schedule 40管道——安装在水浴排水口，用于控制水位 | 本地供应商 | N/A | 数量：- 规格：1英寸 |
| 贯通接头——用于水族箱/水浴与泵、排水口、水和泥浆管线的连接 | Lifegard Aquatics, Cerritos, CA, USA | R270900 | 数量：30 规格：1/2英寸FPT×FPT |
| 快速接头，公螺纹管插入件——插入水箱贯通接头 | Cole-Parmer, Vernon Hills, IL, USA | EW-31303-36 | 数量：10 规格：1/2英寸MPT |
| 快速接头，带阀软管接头——连接水族箱与水箱贯通接头中的插入件 | Cole-Parmer, Vernon Hills, IL, USA | EW-31303-11 | 数量：10 规格：1/2英寸 |
| 黑色HDPE螺纹弯头接头——用于水族箱乙烯基管与泥浆/水管线及泵的连接 | United States Plastic Corp, Lima, OH, USA | 62043 | 数量：20 规格：1/2 NPT×1/2英寸软管内径 |
| 黑色HDPE螺纹转换接头——用于泵与水箱贯通接头之间的连接 | United States Plastic Corp, Lima, OH, USA | 62017 | 数量：10 规格：1/2 NPT×1/2英寸软管内径 |
| 乙烯基管——连接泥浆/水管线与水族箱，以及泵与水族箱 | 本地供应商 | N/A | 数量：25英尺 规格：1/2英寸内径 |
| 乙烯基管——连接水族箱排水插入件与水浴排水口 | 本地供应商 | N/A | 数量：25英尺 规格：5/8英寸内径 |
| 不锈钢软管夹——用于将乙烯基管固定在软管接头上 | 本地供应商 | N/A | 数量：40 规格：#8 |
| 泥浆系统部件清单 | |||
| 水冷机，自带水泵——置于泥浆罐一侧 | Remcor Products Co., Glendale Heights, IL, USA | CFF-500 | 数量：1 规格：1/2马力 |
| 125加仑敞口锥底水箱带支架——42英寸×35英寸——用于盛装水和沉积物以制备泥浆 | United States Plastic Corp, Lima, OH, USA | 8586 | 数量：1 规格：125加仑 |
| 125加仑水箱盖 | United States Plastic Corp, Lima, OH, USA | 8935 | 数量：1 规格：42英寸×35英寸 |
| PVC阀门——连接水箱排水口与泵——用于隔离维护 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：2 规格：1-1/2英寸 |
| 双隔膜泵，带支架——用于循环泥浆 | Wilden-pumps.co.uk & Air Pumping Ltd., Essex, UK | P2/PPPP/WF/WF/PTV/400 | 数量：1 联系经销商 |
| 光学背散射传感器——测量泥浆罐中的NTU | Campbell Scientific, Logan, UT, USA | OBS-3+ | 数量：1 规格：0-1,000 NTU |
| PVC Schedule 40管道——用于循环泥浆 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：20英尺 规格：1英寸 |
| 柔性PVC管——配备接头，用于连接下一模块 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：10英尺 规格：1英寸 |
| 接头，PVC Schedule 80承插式——连接泥浆管线与下一模块 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：8 规格：1/2英寸 |
| 电磁阀，Plastomatic（常闭型）——用于引入泥浆 | Plast-O-Matic Valves, Inc., Cedar Grove, NJ, USA | EASYMT4V12R24-PV | 数量：5 规格：1/2英寸NPT螺纹，24 VAC 联系经销商 |
| 接头，PVC三通——连接泥浆管与电磁阀 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：5 规格：1英寸×1英寸×1英寸滑动×滑动×FIPT |
| 接头，1英寸PVC球阀螺纹——用于关闭泥浆输送至电磁阀/水管线 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：7 规格：1/2英寸 |
| 接头，1英寸PVC螺纹接头——连接泥浆电磁阀与关闭阀 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：5 规格：1/2英寸 |
| 乙烯基管——连接水电磁阀与泥浆电磁阀 | 本地供应商 | N/A | 数量：50英尺 规格：1/4"内径 |
| 水系统部件清单 | |||
| 水冷机，自带水泵——置于储水罐一侧 | Remcor Products Co., Glendale Heights, IL, USA | CFF-500 | 数量：1 规格：1/2马力 |
| 125加仑敞口锥底水箱带支架——42英寸×35英寸——用于盛装水和沉积物以制备泥浆 | United States Plastic Corp, Lima, OH, USA | 8586 | 数量：1 规格：125加仑 |
| 125加仑水箱盖 | United States Plastic Corp, Lima, OH, USA | 8935 | 数量：1 规格：42英寸×35英寸 |
| PVC阀门——连接水箱排水口与水泵 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：2 规格：1英寸 |
| 磁力驱动泵，直连式——用于循环水至水族箱和冷却器 | Little Giant, Fort Wayne, IN, USA | 3-MD-SC | 数量：1 规格：1/12马力 |
| 电磁阀，Alco——用于引入水 | 已停产；ASCO, Florham Park, NJ, USA提供类似产品 | N/A | 数量：5 规格：24 V，1/4英寸NIPT |
| 接头，黑色HDPE变径连接器——将电磁阀的1/4英寸软管水管线连接至1/2英寸软管 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：5 规格：1/2英寸软管内径×1/4英寸软管内径 |
| 接头，黑色HDPE三通——连接1/2英寸软管水管线和泥浆至水族箱 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：5 规格：1/2英寸NPT×1/2英寸软管内径×1/2英寸软管内径 |
| 接头，弯头 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：5 规格：1/2英寸90° MIPT×FIPT |
| 接头，PVC螺纹管接头——连接接头与电磁阀及其他连接 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：12 规格：1/2英寸 |
| 接头，螺纹接头——连接泥浆/水管线与下一模块 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：6 规格：1英寸PVC |
| 接头，变径衬套——连接至水管线中的变径三通 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：5 规格：1/2英寸外螺纹×1/4英寸内螺纹FIPT |
| 接头，螺纹管接头——连接衬套与水电磁阀 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：5 规格：4英寸长×1/4英寸 |
| PVC管道——用于连接水箱、水泵和冷却器 | 本地管道供应商 | N/A | 数量：5英尺 规格：Schedule 40 |
| 传感器、数据采集设备及计算机软件部件清单 | |||
| 软件，LabView | National Instruments, Austin, Texas, USA | LabView 2015 Base | 数量：1 规格：N/A |
| SCXI-1001 12槽机箱，美国120 VAC | National Instruments, Austin, Texas, USA | 776571-01 | 数量：1 规格：N/A |
| SCXI 1100 - 32通道，±10 V模拟输入模块 | National Instruments, Austin, Texas, USA | 776572-00 | 数量：1 规格：N/A |
| SCXI 1303 - 专为高精度热电偶测量设计的端子块 | National Instruments, Austin, Texas, USA | 777687-03 | 数量：2 规格：N/A |
| SCXI 1102B - 32通道热电偶/电压输入模块 | National Instruments, Austin, Texas, USA | 776572-02B | 数量：1 规格：N/A |
| SCXI 1161 - 通用继电器模块 | National Instruments, Austin, Texas, USA | 776572-61 | 数量：6 规格：N/A |
| SCXI 1300 - 通用电压模块 | National Instruments, Austin, Texas, USA | 777687-00 | 数量：1 规格：N/A |
| PCMCIA数据采集卡 DAQCARD-AI-16E-4 | National Instruments, Austin, Texas, USA | N/A - 遗留产品 | 数量：1 规格：N/A 可在线购买二手卡 |
| 传感器，光学背散射——测量每个水族箱中的NTU | Campbell Scientific Inc., Logan, UT, USA | OBS-3+ | 数量：5 规格：0-1,000 NTU |
参考文献
- National Research Council (NRC). A process for setting, managing, and monitoring environmental windows for dredging projects. Marine Board, Transportation Research Board, Special Report 262. , National Academy Press. Washington, DC. (2001).
- Suedel, B. C., Kim, J., Clarke, D. G., Linkov, I. A risk-informed decision framework for setting environmental windows for dredging projects. Sci Total Environ. 403, 1-11 (2008).
- Reine, K. J., Dickerson, D. D., Clarke, D. G. Environmental windows associated with dredging operations. DOER Technical Notes Collection. ERDC TN DOER-E2. , U.S. Army Engineer Research and Development. Vicksburg, MS. (1998).
- Wilber, D. H., Clarke, D. G. Biological effects of suspended sediments: A review of suspended sediment impacts on fish and shellfish with relation to dredging activities in estuaries. N Am J Fish Manag. 21, 855-875 (2001).
- Suedel, B. C., Lutz, C. H., Clarke, J. U., Clarke, D. G. The effects of suspended sediment on walleye (Sander vitreus) eggs. J. Soils Sediments. 12, 995-1003 (2012).
- Travis, J., Kring, J. LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun (National Instruments Virtual Instrumentation Series). , Prentice Hall PTR. (2006).
- USEPA, Hazardous Waste Test Methods/SW-846 On-line. Office of Solid Waste and Emergency Response (OSWER). , Washington, D.C. Available from: https://www.epa.gov/hw-sw846/sw-846-compendium (2016).
- Plumb, R. H. Procedure for handling and chemical analysis of sediment and water samples, EPA/CE-81-1. , U.S. Environmental Protection Agency/U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station. Vicksburg, MS. Technical Report (1981).
- Clarke, D. G., Wilber, D. H. Assessment of potential impacts of dredging operations due to sediment resuspension. , DOER Technical Notes Collection(TN-DOER-E9), U.S. Army Engineer Research and Development. Center, Vicksburg, MS. Available from: http://el.erdc.usace.army.mil/dots/doer/pdf/doere9.pdf (2000).
- Suedel, B. C., Clarke, J. U., Lutz, C. H., Clarke, D. G., Godard-Codding, C., Maul, J. Suspended sediment effects on walleye (Sander vitreus). J. Great Lakes Res. 40, 141-148 (2014).
- Wilkens, J. L., Katzenmeyer, A. W., Hahn, N. M., Hoover, J. J., Suedel, B. C. Laboratory test of suspended sediment effects on short-term survival and swimming performance of juvenile Atlantic Sturgeon (Acipenser oxyrinchus oxyrinchus). J. Appl. Ichthy. 31, 984-990 (2015).
- Suedel, B. C., Clarke, J. U., Wilkens, J., Lutz, C. H., Clarke, D. G. The effects of a simulated sediment plume on eastern oyster (Crassostrea virginica) survival, growth, and condition. Estuaries and Coasts. 38 (2), 578-589 (2015).
- Bilotta, G. S., Brazier, R. E. Understanding the influence of suspended solids on water chemistry and aquatic biota. Water Res. 42, 2849-2861 (2008).
- Reine, K., Clarke, D., Dickerson, C., Pickard, S. Assessment of potential impacts of bucket dredging plumes on walleye spawning habitat in Maumee Bay, Ohio. Proceedings of the 18th World Dredging Congress (WODCON XVIII). , Lake Buena Vista, FL, USA . (2007).
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