CN106962066B - 一种潮汐模拟植物智能生长箱及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种潮汐模拟植物智能生长箱及其模拟方法，生长箱包括蓄水箱、循环水箱和样品箱，蓄水箱的底部、循环水箱的底部和样品箱的底部分别通过可调支架支撑；本发明提供一种模块化设计的，模拟潮汐、温度和光照的一种便携式的智能的保持水循环的植物生长培养箱，能够自动精确的控制潮汐运动、水流流速、光照和温度。

Description

一种潮汐模拟植物智能生长箱及其模拟方法

技术领域

本发明涉及生态环境工程技术领域，具体地说是一种模块化设计的，模拟潮汐、温度和光照的一种便携式的智能的保持水循环的植物生长培养箱及其使用方法。

背景技术

滨海湿地生态系统中各种植物对潮汐活动、温度和光照的响应是生态学研究的重要内容之一，研究海岸带植物对潮汐活动、温度和光照的响应机制将揭示海岸带植物适应与进化规律，并有助于解释海岸带植物生态系统的演变过程和规律，同时为海岸带植物的应用研究提供一定的理论指导。现有的技术中，国外1999年Padgett and Brown设计的装置，设计复杂，操作繁琐，不能实现自动化控制；国内的装置设计中，虽然实现了进水和排水的全自动化控制，但装置只能局限在室内研究中，且光照和温度等模块没有整合进装置中，模拟涨潮后，样品箱中的水流处于静止状态，忽略了水流对海岸带植物的影响作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化设计的，模拟潮汐、温度和光照的一种便携式的智能的保持水循环的植物生长培养箱，能够自动精确的控制潮汐运动、水流流速、光照和温度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种潮汐模拟植物智能生长箱，包括高度依次升高放置的蓄水箱、循环水箱和样品箱；

蓄水箱中放置第一水泵，第一水泵通过第一进水管将蓄水箱中的水输送至循环水箱中，第一水泵上连接有第一定时器；

循环水箱中放置过滤器、加热器、溢流板和第二水泵，溢流板将循环水箱分隔出一个溢流室，循环水箱中多余的水流进溢流室后通过第一排水管循环至蓄水箱中；第二水泵通过第二进水管将循环水箱中的水输送至样品箱中，第二水泵上连接有第二定时器；

所述样品箱的箱壁底部连接有第二排水管，第二排水管上设有流量阀和电磁阀,电磁阀上连接有第三定时器；

样品箱内放置多个培养钵，培养钵中放置植物样品，样品箱中位于培养钵的上部设有多个相互平行布置的隔板，多个隔板将多个培养钵份隔成若干组培养钵单元，每组培养钵单元中均设有独立的光照设备。

蓄水箱放置在地面上，循环水箱的底部和样品箱的的底部均通过可调节高度的支架与地面连接。

所述第一定时器、第二定时器和第三定时器的型号均采用公牛GDN-1；电磁阀的型号为MEACON ZD-MIK2.5。

所述光照设备为固定在隔板上的壁挂灯。

一种利用所述潮汐模拟植物智能生长箱模拟潮汐条件下植物生长的方法，将蓄水箱灌满海水，打开所有开关，先运行10min，确保蓄水箱、循环水箱和样品箱内都充满海水，关闭所有开关，按照实验处理时间的不同，分别设置第一定时器、第二定时器和第三定时器的时间；

当模拟涨潮时，第一定时器使第一水泵启动，第一水泵通过第一进水管将蓄水箱中的水泵进循环水箱中，循环水箱中的加热器对循环水箱中的水加热至试验温度，同时，第二定时器使循环水箱中的第二水泵也启动，第二水泵通过第二进水管将循环水箱中的水泵进样品箱中，此时，样品箱中电磁阀关闭，样品箱中水位不断上升；

当样品箱中的水上升至实验所需涨潮最低水位时，关闭蓄水箱中的第一水泵，循环水箱中的第二水泵继续保持打开，样品箱中电磁阀继续保持关闭，样品箱中的水位继续上升，模拟涨潮；

当样品箱中的水位处于实验所需涨潮最高水位，此时，第三定时器使第二排水管上的电磁阀打开，调节流量阀使第二排水管中的排水量和第二进水管中的进水量相等，使循环水箱与样品箱之间在实验所需涨潮最高水位处形成水循环；

当模拟退潮时，将循环水箱中的第二水泵关闭，第二排水管上的电磁阀继续保持开启状态，样品箱中的水位下降，直至样品箱中的水位下降到实验所需涨潮最低水位时，第二定时器使循环水箱中第二水泵打开，第二排水管上的电磁阀仍保持开启状态，使循环水箱和样品箱之间在实验所需涨潮最低水位处形成水循环。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明能有效的模拟在潮汐运动下温度和光照对海岸带植物生长的影响。

2、本发明潮汐运动模拟精确，没有忽略水流的作用，并整合了温度和光照模块，大大提高了试验的精确性。

3、本发明实现了全自动控制，模块化设计，便于拆卸携带安装，适用于室内和室外试验，且操作简便，劳动量低。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为本发明的俯视图；

其中，A为蓄水箱；B为第一定时器；M为第二定时器；Q为第三定时器；C为第一水泵；D为过滤器；E为循环水箱；F为加热器；G为第二水泵；H为溢流板；I为培养钵；K为隔板；J为样品箱；L为电磁阀；1为第一进水管；2为第一排水管；3为第二进水管；4为第二排水管道。

具体实施方式

下面结合具体的实施例及说明书附图对本发明作进一步详细描述。

如图1～2所示，本发明包括蓄水箱A、循环水箱E、样品箱J、循环水箱进水系统、循环水箱排水系统、样品箱进水系统、样品箱排水系统。

蓄水箱A：采用环保材料，为本装置提供水源，其规格可以根据不同模拟实验来确定。本发明采用的蓄水箱规格为120cm×60cm×50cm。要求：牢固，可靠，水密性好。

循环水箱E：采用环保材料，实现与样品箱J循环水流动，规格是110cm×50cm×40cm。循环水箱E内置过滤器、加热器及溢流板。过滤器型号为JUP-02，功率为5W；加热器为BELOS-200，功率为200W，温度范围为16-36℃；溢流板用环保材料制成，用热熔技术固定在循环水箱E中，溢流板规格为50cm×30cm。要求：牢固，可靠，水密性好。

样品箱J：采用环保材料，规格为80cm×40cm×40cm。箱中放置培养钵，规格为20cm×12cm×10cm，培养钵I中放置植物样品。使用隔板K，将培养箱隔成4个部分，隔板规格为40cm×30cm，采用热熔技术固定在样品箱J中。隔板K的作用是将培养箱分成4个部分，每个部分上可以放置不同规格的壁架灯，可以为不同空间中的植物样品提供不同强度的光照。样品箱最低水位10cm，最高水位30cm。

循环水箱进水系统:由第一进水管1、第一水泵C、第一定时器B连接而成。第一进水管1为PPR管，管径2.5cm；第一水泵C的型号为DC-3000，功率为25W，流量3000L/H，扬程3m。第一定时器B型号为公牛GDN-1，额定电压250V，额定电流10A。

循环水箱排水系统：有第一排水管2、溢流板H组成。第一排水管2为PPR管，与溢流板H隔成的溢流箱的部分连接，连接位置为循环水箱E侧壁。

样品箱进水系统：由第二进水管3、第二水泵G、第二定时器M连接而成。第二进水管3为PPR管，管径2.5cm；第二水泵G型号为DC-3000，功率为25W，流量3000L/H，扬程3m。第二定时器M型号为公牛GDN-1，额定电压250V，额定电流10A。

样品箱排水系统：由第二排水管4、电磁阀L、第一定时器B连接而成。第二排水管4为PPR管，管径2.5cm，并且设有调节流量的控制阀，控制阀为本领域公知技术，操作人员可以通过控制阀调节排水量。电磁阀L型号为MEACON ZD-MIK2.5，通径为2.5cm。第三定时器Q型号为公牛GDN-1，额定电压250V，额定电流10A。

本发明的工作原理为：

本发明根据实验的要求可以设置不同潮汐潮汐时间，根据实验要求模拟潮汐，通过第一定时器B、第二定时器M、第三定时器Q分别控制第一水泵C、第二水泵G和电磁阀L的启动时间，模拟涨潮退潮；

循环水箱E与样品箱J通过控制第二水泵G和电磁阀L的开启时间，来保持水循环；

根据实验要求控制加热器F来设置模拟温度，研究温度对植物的影响；样品箱J通过隔板K形成4个空间，每个空间施加不同光照强度，模拟不同光照对植物的影响。

当进行室内模拟实验时，首先，将蓄水箱A、循环水箱E、样品箱J放置在合适的高度，依次升高放置，形成自然回流。

将蓄水箱A灌满人工海水后，将第一水泵C置于蓄水箱A中，第一水泵C与第一定时器B连接，第一水泵C与第一定时器B共同连接电源。

循环水箱E中，将第二水泵G放置于循环水箱E中，第二水泵G与第一定时器B连接，将过滤器D与加热器F放置于循环水箱E中。过滤器D、加热器F、第二水泵G和定时器M共同连接到一个电源插排上。

样品箱J中放入培养钵I，培养钵I放置如图2，电磁阀L与第三定时器Q连接，共同接入一个相同的电源中。

按照图1和图2，通过第一进水管1、第一排水管2、第二进水管3和第二排水管4，将蓄水箱A、循环水箱E和样品箱J连接。

通过流量阀将样品箱J的排水量和循环水箱E中进水量相等，打开所有开关，使系统保持运行10min,使样品箱J的最低水位为10cm。

当进行潮汐作用模拟实验时，首先根据本实验的潮汐设定，涨潮时将第一定时器B开启时间设定在早上6点，可以根据培养时间，自行设定开启时间。

6点水泵自动启动，用第一进水管1将海水泵进循环水箱中，同时，定时器M使循环水箱中第二水泵G开启，样品箱J中电磁阀L关闭。

6点06分，蓄水箱A中的第一水泵C关闭，循环水箱E中第二水泵G继续保持打开，样品箱J中电磁阀L继续保持关闭，模拟涨潮。

6点10分，样品箱J中电磁阀L打开，通过流量阀使第一进水管1泵出的海水流量相等，形成水循环。

当模拟退潮时，中午12点，循环水箱E中的第二水泵G关闭，样品箱J的电磁阀L继续保持开启状态，模拟退潮，中午12点04分，循环水箱E中第二水泵G打开，样品箱J中电磁阀仍保持开启状态，形成循环水箱E和样品箱J的水循环。下表是，本实验的潮汐设定和第一水泵C、第二水泵G、电磁阀L开闭状态。

表一 潮汐时间设定和第一水泵C、第二水泵G、电磁阀L开闭状态表；

当进行室外模拟实验时，可以加装电瓶车外置蓄电池，采用逆变器转换成220V电压供给电源，并摘除光照和温度模块，其余步骤与室内模拟实验相同。60V电瓶车蓄电池可以供给2天的电量。

实施例1、室内研究大叶藻不同光照强度下生长状况；

本实施例中，蓄水箱A的外形尺寸为长×宽×高＝120cm×60cm×50cm，循环水箱E的外形尺寸为长×宽×高＝110cm×50cm×40cm，样品箱J的外形尺寸为长×宽×高＝80cm×40cm×40cm。

第一进水管1、第一排水管2、第二进水管3、第二排水管4均为PPR管，管径2.5cm。蓄水箱A放置在地面上，循环水箱放置在可调节高度的支架上，高度为30cm，样品箱放置在可调节高度的支架上，高度为60cm。将蓄水箱A灌满海水，打开所有开关，先运行10min，确保蓄水箱A、循环水箱E、样品箱J内都充满海水，关闭所有开关，按照本次实验的表一和处理时间的不同，设置各个定时器的时间。

将培养钵中放置样品，共放置8株大叶藻样品，调节加热器，将温度设置在25℃，将4中不同规格的壁架灯(10W,20W,30W,40W)夹在样品箱J的隔板中,确保壁架灯处于隔板以下，互不干扰其它隔间的植物样品。该装置适合研究大叶藻在不同光照强度下的生长状况研究。

实施例2、室外研究大叶藻生长对潮汐的响应；

本实施例与实施例1的不同之处在于室外实验不需要模拟光照对大叶藻生长的影响。因此，不需要加装光照强度和温度模块。考虑到室外实验没有电源的存在，因此需要加装外置蓄电池供给电源。其余步骤与实例1相同。通过定时器开闭，模拟涨潮和退潮，进行研究大叶藻生长对潮汐的响应。

Claims (5)

1.一种潮汐模拟植物智能生长箱，其特征在于：包括高度依次升高放置的蓄水箱、循环水箱和样品箱；

蓄水箱中放置第一水泵，第一水泵通过第一进水管将蓄水箱中的水输送至循环水箱中，第一水泵上连接有第一定时器；

循环水箱中放置过滤器、加热器、溢流板和第二水泵，溢流板将循环水箱分隔出一个溢流室，循环水箱中多余的水流进溢流室后通过第一排水管循环至蓄水箱中；第二水泵通过第二进水管将循环水箱中的水输送至样品箱中，第二水泵上连接有第二定时器；

所述样品箱的箱壁底部连接有第二排水管，第二排水管上设有流量阀和电磁阀L,电磁阀上连接有第三定时器；

样品箱内放置多个培养钵，培养钵中放置植物样品，样品箱中位于培养钵的上部设有多个相互平行布置的隔板，多个隔板将多个培养钵份隔成若干组培养钵单元，每组培养钵单元中均设有独立的光照设备；

当样品箱中的水位处于实验所需涨潮最高水位，此时，第三定时器使第二排水管上的电磁阀打开，调节流量阀使第二排水管中的排水量和第二进水管中的进水量相等，使循环水箱与样品箱之间在实验所需涨潮最高水位处形成水循环；

当模拟退潮时，将循环水箱中的第二水泵关闭，第二排水管上的电磁阀继续保持开启状态，样品箱中的水位下降，直至样品箱中的水位下降到实验所需涨潮最低水位时，第二定时器使循环水箱中第二水泵打开，第二排水管上的电磁阀仍保持开启状态，使循环水箱和样品箱之间在实验所需涨潮最低水位处形成水循环。

2.根据权利要求1所述的潮汐模拟植物智能生长箱，其特征在于：蓄水箱放置在地面上，循环水箱的底部和样品箱的的底部均通过可调节高度的支架与地面连接。

3.根据权利要求1所述的潮汐模拟植物智能生长箱，其特征在于：所述光照设备为固定在隔板上的壁挂灯。

4.根据权利要求1所述的潮汐模拟植物智能生长箱，其特征在于：所述第一定时器、第二定时器和第三定时器的型号均采用公牛GDN-1；电磁阀的型号为MEACON ZD-MIK2.5。

5.一种利用权利要求1所述潮汐模拟植物智能生长箱模拟潮汐条件下植物生长的方法，其特征在于:

将蓄水箱灌满海水，打开所有开关，先运行10 min，确保蓄水箱A、循环水箱E和样品箱J内都充满海水，关闭所有开关，按照实验处理时间的不同，分别设置第一定时器、第二定时器和第三定时器的时间；

当模拟涨潮时，第一定时器使第一水泵启动，第一水泵通过第一进水管将蓄水箱中的水泵进循环水箱中，循环水箱中的加热器对循环水箱中的水加热至试验温度，同时，第二定时器使循环水箱中的第二水泵也启动，第二水泵通过第二进水管将循环水箱中的水泵进样品箱中，此时，样品箱中电磁阀关闭，样品箱中水位不断上升；

当样品箱中的水上升至实验所需涨潮最低水位时，关闭蓄水箱中的第一水泵，循环水箱中的第二水泵继续保持打开，样品箱中电磁阀继续保持关闭，样品箱中的水位继续上升，模拟涨潮。