水環(huán)境eDNA無人值守系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，環(huán)境DNA（eDNA）采樣及分析已經(jīng)成為一種變革性技術(shù)，但樣本采集方法缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，而且要以有效的頻率進(jìn)行采樣需要大量的現(xiàn)場工作。于是，能夠支持現(xiàn)場以一定頻率的、自主工作采樣的eDNA采樣系統(tǒng)提供了解決這些問題的可行方案。我們展示了四個(gè)案例研究的結(jié)果，這些研究使用了美國地質(zhì)調(diào)查局快速環(huán)境eDNA評估和部署倡議及網(wǎng)絡(luò)（READI-Net）項(xiàng)目的一個(gè)原型自主eDNA采樣器。這些案例研究涉及在各種河流棲息地短期部署一個(gè)eDNA自動(dòng)采樣器（美國史密斯公司—上海蔚雨科技有限公司代理），(a)探究高頻全自動(dòng)采樣設(shè)備的采樣質(zhì)量，及(b)這些自動(dòng)樣本與手動(dòng)收集的樣本進(jìn)行基準(zhǔn)對比。高頻自動(dòng)采樣揭示了eDNA濃度的時(shí)間相關(guān)性，并提供了關(guān)于eDNA與環(huán)境協(xié)變量（如排放和濁度）關(guān)聯(lián)的寶貴洞見。

評估表明，自動(dòng)采樣設(shè)備的檢測率與人工采樣樣本相似，并獲得了一致乃至更高的eDNA濃度及檢出率。同時(shí)，自動(dòng)采樣系統(tǒng)中得到了最小的攜帶污染。可以預(yù)見，eDNA自動(dòng)采樣器在減少人力成本的同時(shí)，能夠使eDNA采集流程標(biāo)準(zhǔn)化，并探究環(huán)境變量對eDNA結(jié)果的影響。

技術(shù)參數(shù)：

型號：eDNA ASC

原產(chǎn)地：美國

品牌：史密斯

通道數(shù)：8個(gè)

環(huán)境溫度：＞0℃

取水高度：0~2米

防水等級：IP43

流速范圍：0.1~1.4L每分鐘

GPS功能：GNSS

水泵接口：按壓式 0.375英寸管徑

泵吸力：10~12PSI

規(guī)格：78.74×53.34×39.37cm

重量：45kg

續(xù)航方式：交流電源供電/電池續(xù)航：30天

案例1：美國地質(zhì)調(diào)查局哈德遜河流域部署

全自動(dòng)采樣系統(tǒng)被安裝在美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）位于紐約州奧爾巴尼以北大約13公里的哈德遜河上的一個(gè)測流站（圖1）。該測流站位于河流公里數(shù)248附近，距離特洛伊大壩（及相關(guān)船閘和水電站）上游約0.2公里，這是大西洋上游的第一個(gè)內(nèi)陸流域。在這個(gè)位置，河流的海拔高度大約為5米，寬度為280米，排水面積為20,953平方公里，年平均流量為每秒411.7立方米。取水口位于測流站房屋垂直下方大約5米，水平方向17米處，這要求自動(dòng)采樣器跨越這個(gè)高度差和距離進(jìn)行吸水。除了為自動(dòng)采樣器提供保護(hù)外，測流站還在部署期間記錄了瞬時(shí)（15分鐘間隔）河流水位、流速和濁度數(shù)據(jù)。流量是使用指數(shù)速度法計(jì)算的，濁度監(jiān)測使用了YSI EXO2聲納和濁度傳感器。

案例2：愛達(dá)荷州櫻桃溪

在位于蒙大拿州博茲曼東南35公里，櫻桃溪岸邊安裝了自動(dòng)采樣系統(tǒng)，距離其與麥迪遜河匯合處上游約25公里。櫻桃溪的海拔范圍從源頭約2652米，到研究地點(diǎn)約1717米，再到與麥迪遜河匯合處約1350米。自動(dòng)采樣器所在位置的排水面積和坡度分別為79平方公里和1.5%。在研究期間，溪流寬度約為3米，流量約為0.20立方米/秒。這段溪流是一個(gè)大型本地魚類恢復(fù)項(xiàng)目的一部分。

案例3：伊利諾伊州Loggers Creek

     設(shè)備安裝在愛達(dá)荷州博伊西的Loggers溪岸邊，距離其與博伊西河匯合處上游約2.4公里。Loggers溪是一條長5公里、淺、坡度低的溪流，位于博伊西河洪泛平原，蜿蜒穿過博伊西市中心東側(cè)的住宅區(qū)，海拔830米。在研究期間，溪流寬度約為3米，流量約為0.67立方米/秒。

自動(dòng)采樣系統(tǒng)完成了兩次離散收集，從2023年7月26日至28日和8月1日至3日，每天采集八次樣本（每三小時(shí)一次），共計(jì)31個(gè)樣本。我們在8月3日收集了最后一個(gè)現(xiàn)場樣本后，用自動(dòng)采樣器采集了一個(gè)現(xiàn)場空白樣本。

案例4：Big Piney River, St. Robert, 密蘇里州

自動(dòng)采樣系統(tǒng)被放置在位于密蘇里州圣羅伯特以東6.5公里處的Big Piney河岸邊。Big Piney河位于奧扎克高地地區(qū)，是密蘇里河流域的一部分，從密蘇里州卡布爾附近的上游源頭向東北方向流動(dòng)177公里，最終與加斯科內(nèi)德河匯合。自動(dòng)采樣器位于河流公里標(biāo)記13附近，該處河流的大致海拔為230米，寬度為40米，流域面積為1878平方公里。最近的美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）測量站，位于自動(dòng)采樣器位置上游大約19公里處，平均年流量為20.5立方米/秒。

相關(guān)樣本調(diào)查研究數(shù)據(jù)可瀏覽網(wǎng)絡(luò)資料文獻(xiàn)：Field Trials of an Autonomous eDNA Sampler in Lotic Waters