CN108165457B - 一种水体中生物栖息地原位模拟装置 - Google Patents

一种水体中生物栖息地原位模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种水体中生物栖息地原位模拟装置，涉及环境污染监测与评价和生态恢复领域，包括两个以上网笼，网笼与底盘载体固定连接，网笼由上到下依次设置，网笼外侧设置有若干个连接管，每个网笼上的连接管数量相同且位置对应，连接绳穿过位置对应的连接管并与其固定连接，连接绳下端连接有铁坠，底盘载体上设置有若干个固定柱，固定柱上设置有环形垫片，环形垫片上固定有活性炭纤维。本发明中的水体中生物栖息地原位模拟装置，利用天然水体在自然环境下进行生态系统的模拟，生态模拟实验过程连续稳定，生物膜培养耗时短，可同时批量采集不同深度水体生物膜，底盘载体可进行分区培养。

Description

一种水体中生物栖息地原位模拟装置
技术领域
本发明涉及环境污染监测与评价和生态恢复领域，特别是涉及一种水体中生物栖息地原位模拟装置。
背景技术
水生态系统对于生物是重要栖息地，其生态系统中生态过程、变化规律、生态结构与功能、生物多样性改变等生态环境效应问题一直是研究热点。因此对于水体生态系统的原位模拟技术和方法将直接影响到研究成果的科学性和代表性。而传统的研究方法多为将野外采集的生物置于室内恒温培养箱进行培养，虽然可通过调节温度光照等来模拟外界环境条件的变化，但其与自然环境中环境条件差异明显，且水质的变化与野外水体难以达到一致。同时由于经济的发展，天然水体周边土地利用方式的改变使得水生态系统收到了巨大的人为干扰，导致常规室内栖息地的模拟实验无法真实反映出天然水体的生态状况。
水体中生物膜藻类、细菌等构成生物膜，体积小，分布广，生命周期短，它们可以生长在水中的任何交界面上，如石头、成沉积物、各种水生植物等。生物膜由于对各种人为干扰敏感，几年来成为水质生物监测与评价的重要手段。而生长在天然基质上的生物膜虽然易于获得，但由于基质的差异往往造成生物膜结构组成的差异，容易造成水质监测与评价的误差，所以目前应用于生物监测研究以及人工基质暴露培养为主，应用最为广泛的玻璃为普通玻璃板、有机玻璃或尼龙网、碎石等。但采用这些基质培养的生物膜所需时间较长才可收集到足够的生物膜可以用于测试确定水质和生态系统健康状态。Findlay等(2006)采用碎石作为基质在河流中暴露培养5-6周收集生物膜评价生物代谢变化；Duong(2006)等采用玻璃片在城市河流中暴露4周收集生物膜用来评价城市污染对硅藻群落的影响。但以玻璃、尼龙或碎石为基质培养收集天然水体中生物膜用于水质评价具有以下两个方面的劣势：(1)需要暴露培养时间较长，不利于快速反映水环境污染变化；(2)由于生物膜生长与光照、温度等条件密切相关，因此，研究水体不同深度生物膜结构、功能变化具有重要意义，而现有的生物膜培养采集装置不能同时批量采集水体中不同深度的生物膜，存在不连续、不稳定等缺点。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种水体中生物栖息地原位模拟装置，利用天然水体在自然环境下进行生态系统的模拟，生态模拟实验过程连续稳定，生物膜培养耗时短，可同时批量采集不同深度水体生物膜，底盘载体可进行分区培养。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种水体中生物栖息地原位模拟装置，包括两个以上网笼和与所述网笼一一对应的底盘载体，所述网笼与所述底盘载体固定连接，所述网笼由上到下依次设置，所述网笼外侧设置有若干个连接管，每个所述网笼上的所述连接管数量相同且位置对应，连接绳穿过位置对应的所述连接管并与其固定连接，所述连接绳数量与每个所述网笼上的所述连接管数量相同，所述连接绳下端连接有铁坠，所述底盘载体上设置有若干个固定柱，所述固定柱上设置有环形垫片，所述环形垫片上固定有活性炭纤维。
进一步地，所述环形垫片上设置有中心孔与固定孔，所述活性炭纤维通过所述固定孔固定在所述环形垫片上，所述环形垫片通过所述中心孔套设于所述固定柱上，所述固定柱上设置有穿绳孔，固定绳依次穿过所述穿绳孔将所述环形垫片固定于所述底盘载体上。
进一步地，所述穿绳孔距所述底盘载体的高度大于所述环形垫片的厚度。
进一步地，所述固定柱设置为两列且对称分布。
进一步地，所述连接管上端和下端分别设置有开孔，所述连接绳穿过所述开孔与所述连接管固定连接。
进一步地，所述连接绳上端固定于浮标上。
进一步地，所述底盘载体上固定有若干个隔板，所述隔板将所述底盘载体分为若干个区域。
进一步地，所述底盘载体为聚甲基丙烯酸甲酯底盘载体，所述隔板为聚甲基丙烯酸甲酯隔板。
进一步地，所述网笼为超强PE纤维网笼。
进一步地，所述环形垫片为有机玻璃环形垫片。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的水体中生物栖息地原位模拟装置，利用天然水体在自然环境下进行生态系统的模拟，通过由上到下依次设置多个网笼，可以同时模拟培养不同深度水体中的生物；采用活性炭纤维作为基质培养生物膜，利用活性炭纤维比表面积大吸附能力强的特点，使得天然水体中的生物快速附着在活性炭纤维上，快速培养生物膜，缩短生物膜培养时间；设置隔板将底盘载体进行功能分区，中间区域用于培养生物膜，其他区域可以放置不同沉积物，种植沉水植物，并根据水体情况培养清洁或耐污底栖物种，由此进行分区培养。本发明结构简单、实用性强，与其他功能类似的装置相比具有成本低廉、方便快捷的特点，可以广泛应用于各种水体的生物栖息地原位培养，适用于环境科学与生态监测领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明水体中生物栖息地原位模拟装置的结构示意图；
图2为本发明底盘载体的结构示意图；
图3为本发明环形垫片的结构示意图。
附图标记说明：1、浮标；2、网笼；3、活性炭纤维；4、固定柱；5、底盘载体；6、连接绳；7、固定孔；8、连接管；9、环形垫片；10、铁坠；11、隔板；12、中心孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示，本实施例提供一种水体中生物栖息地原位模拟装置，包括两个网笼2，网笼2与底盘载体5固定连接，网笼2由上到下依次设置，网笼2外侧设置有四个连接管8，每个网笼2上的连接管8数量相同且位置对应，连接绳6穿过位置对应的连接管8并与其固定连接，连接绳6数量与每个网笼2上的连接管8数量相同，即连接绳8设置有四条，连接绳8下端连接有铁坠10，底盘载体5上设置有六个固定柱4，环形垫片9固定于固定柱4上，环形垫片9上固定有活性炭纤维3。本实施例中的装置利用天然水体在自然环境下进行生态系统的模拟，通过由上到下依次设置多个网笼2，可以同时模拟培养不同深度水体中的生物。
于本具体实施例中，底盘载体5为椭圆形，底盘载体5上固定有四个隔板11，隔板11将底盘载体5分为五个区域，中间的区域用于培养生物膜，其他区域可以放置不同沉积物，种植沉水植物，并根据水体情况培养清洁或耐污底栖物种，由此进行分区培养。
底盘载体5上的六个固定柱4设置为两列且对称分布，环形垫片9上设置有中心孔12与两个固定孔7，活性炭纤维3穿过对称设置的两个环形垫片9上的固定孔7并粘连固定在环形垫片9上，可安装6条2*20cm的活性炭纤维3，进而批量培养多组生物膜，且活性炭纤维3之间彼此保持3cm左右的距离，有利于生物膜的生长，使生物膜长得更均匀。环形垫片9通过中心孔12套设于固定柱4上，固定柱4上设置有穿绳孔，穿绳孔距底盘载体5的高度大于环形垫片9的厚度，固定绳依次穿过穿绳孔将环形垫片9固定于底盘载体5上，由此将固定有活性炭纤维3的环形垫片9牢固地固定于底盘载体5上。
连接管8的上端和下端分别设置有开孔，连接绳6穿过开孔时在开孔处缠绕几圈，由此实现连接绳6与连接管8固定连接。连接绳6上端聚集在一起固定于浮标1或其他固定物上，优选地，本实施例中采用浮标1，使得本装置悬浮在水体之中。
底盘载体5为聚甲基丙烯酸甲酯底盘载体，隔板11为聚甲基丙烯酸甲酯隔板，网笼2为超强PE纤维网笼，环形垫片9为有机玻璃环形垫片。
本实施例中将在北京某条河流利用活性炭纤维3作为基质培养与现有人工基质培养进行比较，试验时间为8月份与9月份之间，气温为26-34℃，生物膜均置于水面下20cm处，结果如下表所示。
表1为不同基质附着生物膜生物量(灰份干重)比较(g/m2)
Figure BDA0001532745950000051
由表1可知，活性炭纤维3上生物膜平均生长速率为1.04mg(AFDW)/m2·d-1，是涂抹玻璃胶的玻璃的3.5倍，是有机玻璃基质的1.7倍，可见活性炭纤维3可将培养时间大大缩短。
表2不同基质附着生物膜藻密度比较(万个/cm2)
Figure BDA0001532745950000052
由表2可知活性炭纤维3可迅速富集水体中的藻类。
表3不同基质附着生物膜的藻类结构分布比较(％)
绿藻 硅藻 蓝藻等 优势藻
玻璃+玻璃胶培养30d 74.1 9.0 16.9 水绵
有机玻璃培养30d 75.2 14.1 10.7 水绵
活性炭纤维培养7d 68.8 11.7 19.5 水绵
由表3可知，活性炭纤维3作为基质培养生物膜用于生态监测富集迅速，且未改变附着藻类的结构，优势藻仍为水绵。综合实验结果，活性炭纤维3可作为水体中生物膜采集培养基质。
由此可见，本实施例中的水体中生物栖息地原位模拟装置，利用天然水体在自然环境下进行生态系统的模拟，通过由上到下依次设置多个网笼2，可以同时模拟培养不同深度水体中的生物；采用活性炭纤维3作为基质培养生物膜，利用活性炭纤维3比表面积大吸附能力强的特点，使得天然水体中的生物快速附着在活性炭纤维3上，快速培养生物膜，缩短生物膜培养时间；设置隔板11将底盘载体5进行功能分区，中间区域用于培养生物膜，其他区域可以放置不同沉积物，种植沉水植物，并根据水体情况培养清洁或耐污底栖物种，由此进行分区培养。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种水体中生物栖息地原位模拟装置，其特征在于，包括两个以上网笼和与所述网笼一一对应的底盘载体，所述网笼与所述底盘载体固定连接，所述网笼由上到下依次设置，所述网笼外侧设置有若干个连接管，每个所述网笼上的所述连接管数量相同且位置对应，连接绳穿过位置对应的所述连接管并与其固定连接，所述连接绳数量与每个所述网笼上的所述连接管数量相同，所述连接绳下端连接有铁坠，所述底盘载体上设置有若干个固定柱，所述固定柱上设置有环形垫片，所述环形垫片上固定有活性炭纤维；所述环形垫片上设置有中心孔与固定孔，所述活性炭纤维通过所述固定孔固定在所述环形垫片上，所述环形垫片通过所述中心孔套设于所述固定柱上，所述固定柱上设置有穿绳孔，固定绳依次穿过所述穿绳孔将所述环形垫片固定于所述底盘载体上，所述穿绳孔距所述底盘载体的高度大于所述环形垫片的厚度；所述固定柱设置为两列且对称分布，所述活性炭纤维穿过对称设置的两个所述环形垫片上的所述固定孔并粘连固定在所述环形垫片上。
2.根据权利要求1所述的水体中生物栖息地原位模拟装置，其特征在于，所述连接管上端和下端分别设置有开孔，所述连接绳穿过所述开孔与所述连接管固定连接。
3.根据权利要求2所述的水体中生物栖息地原位模拟装置，其特征在于，所述连接绳上端固定于浮标上。
4.根据权利要求1所述的水体中生物栖息地原位模拟装置，其特征在于，所述底盘载体上固定有若干个隔板，所述隔板将所述底盘载体分为若干个区域。
5.根据权利要求4所述的水体中生物栖息地原位模拟装置，其特征在于，所述底盘载体为聚甲基丙烯酸甲酯底盘载体，所述隔板为聚甲基丙烯酸甲酯隔板。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的水体中生物栖息地原位模拟装置，其特征在于，所述网笼为超强PE纤维网笼。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的水体中生物栖息地原位模拟装置，其特征在于，所述环形垫片为有机玻璃环形垫片。
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