CN109254132B - 一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置，设置有天气模拟系统、周期监控系统、试剂存放与试剂传输系统、对照系统、温度控制系统、污水处理箱；可以模拟自然环境下的风雨雷电等天气，较为真实地模拟还原自然环境池塘的天气；可以做到实时监控；使实验专家可以根据自己的实验课题，选择不同的药剂种类与药剂含量，进行多角度全面展开化学物质对模拟水生态环境的影响研究；对照系统让实验专家更好的通过控制试剂变量来探究化学物质对水域生态环境产生的影响，对比更加明显；温度控制系统可以控制各个小模拟池塘生态系统的温度，使微宇宙环境更加易于控制；污水处理箱可以减少做实验对环境产生的影响，做到环保、无污染。

Description

一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置

技术领域

本发明涉及生态毒理学技术领域，尤其涉及一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置。

背景技术

所有化学物质经过不同途径最终都有可能进入到水域环境中，对水域生态系统产生一定的影响。随着近年来水体污染不断加重，化学物质会给水域生态系统产生什么样的影响成为各国环境科学工作者关注的焦点之一，由于直接研究自然生态系统效应情况较为复杂、不易控制、成本高、难度大等缺点，因此生态学家设计了各种模型生态系统来探究化学物质对水域环境的影响。

微宇宙是指模拟某自然生态系统的一个实验装置，近年来微宇宙技术在生态学系统中的应用越来越广泛，其中池塘微宇宙群落结构简单、条件易于控制，因此应用较为广泛。

综上所述，因此急需一种能够充分模拟还原自然生态环境池塘的一种微宇宙装置，从而能够有效的探索多条件下的微观生态效应。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置，该装置具有能够真实模拟池塘生态系统，可以实时监控，实验专家可以根据自己的实验要求进行探究不同因素对生态系统的影响。

本发明实施例提供一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置，所述装置自上而下包括三层结构；

上层结构设有至少一根横杆和箱体，所述箱体位于所述横杆下方，通过滑动结构与所述横杆滑动连接；

所述箱体上设有天气模拟系统、周期监控系统及试剂存放与试剂传输系统；

中层结构具有托盘，所述托盘上设有对照系统和温度控制系统；所述托盘上设有通孔；

所述对照系统包括至少两个模拟池塘，所述模拟池塘侧面设有进出水管道；所述进出水管道与控制开关连接；

所述温度控制系统包括温度传感器和温度调节器；所述温度传感器位于所述模拟池塘内部、外侧面或与所述模拟池塘底部位置相对应的所述托盘另一面；所述温度调节器位于所述托盘上；

下层结构设有污水处理箱，所述污水处理箱通过管道与所述通孔连接。

进一步地，所述天气模拟系统包括雷声模拟器、风模拟器和用于为所述模拟池塘提供光照的照明灯；

所述雷声模拟器由二极管、音圈和电池连接组成；所述音圈位于所述箱体底部，且与所述中层结构相对；

所述风模拟器由风扇与电池连接组成；所述风扇位于所述箱体底部，且与所述中层结构相对。

进一步地，所述周期监控系统为联网的监控摄像头，监控范围覆盖模拟池塘。

进一步地，所述试剂存放与试剂传输系统包括设置在箱体上与所述模拟池塘数量一致的试剂瓶、蠕动泵和传输管道；

所述蠕动泵一端与所述试剂瓶连接，另一端与传输管道一端连接

通过所述箱体在所述横杆上滑动，使所述传输管道的另一端位于相应模拟池塘的上方。

进一步地，所述模拟池塘内壁设有用于放置滤网的凸起。

进一步地，所述滑动结构包括设置在所述箱体上的滑轮和设置在所述横杆上的滑槽。

进一步地，所述箱体长90cm，宽85cm，高40cm；所述箱体上面开口、至少一侧面开口。

进一步地，所述箱体为PVC材质制成。

进一步地，所述模拟池塘直径为20cm，高为30cm，呈圆柱体且顶端开口、内部中空。

进一步地，所述模拟池塘为PVC材质制成。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置，该装置设置有天气模拟系统、周期监控系统、试剂存放与试剂传输系统、对照系统、温度控制系统、污水处理箱；该装置具有能够真实模拟池塘生态系统、可以实时监控、实验专家可以根据自己的实验要求进行探究不同因素，比如试剂种类、试剂含量、生物种类与数量等，对生态系统的影响；该装置可处理污水，环保无污染。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置的结构图；

图2为本发明提供的又一模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置结构图；

图中： 1. 横杆；2. 箱体；21. 天气模拟系统；211.雷声模拟器；212.风模拟器；213.照明灯；22. 周期监控系统；23. 试剂存放与试剂传输系统；231.试剂瓶；232.蠕动泵；233.传输管道；3. 托盘；31. 对照系统；32.通孔；311. 模拟池塘；312.控制开关；4.污水处理箱。

实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置，下面结合附图说明。

参照图1-2所示，支撑框架用于固定整个装置，该装置自上而下包括三层结构；

上层结构设有至少一根横杆1和箱体2，箱体2位于横杆1下方，通过滑动结构与横杆1滑动连接；可实现箱体2沿横杆1轴向方向移动；

其中：箱体2上设有天气模拟系统21、周期监控系统22及试剂存放与试剂传输系统23；

中层结构具有托盘3，托盘3上设有对照系统31和温度控制系统；托盘3上设有通孔32；

对照系统31包括至少两个模拟池塘311，模拟池塘311侧面设有进出水管道；进出水管道与控制开关312连接；

温度控制系统包括温度传感器和温度调节器；温度传感器位于模拟池塘311内部、外侧面或与模拟池塘底部311位置相对应的托盘3另一面；温度调节器位于托盘3上；

下层结构设有污水处理箱4，所述污水处理箱4通过管道与通孔32连接；比如在实验过程中，加入模拟池塘的水过多导致溢出，或是直接由模拟池塘底部的排水口排出的水体，均流入到托盘3上，再通过托盘3的通孔32流入污水处理箱4，进行排污前的处理。

本发明实施例提供的一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置，主要模拟自然生态池塘，搭建生态平台，对不同水生物长期进行模拟跟踪实验，探索多条件下的微观生态效应。

本装置主要包括天气模拟系统、周期监控系统、试剂存放与试剂传输系统、对照系统、温度控制系统、污水处理箱等。其中：天气模拟系统可以模拟自然环境下的风雨雷电等天气，较为真实地模拟还原自然环境池塘的天气；周期监控系统可以做到实时监控；试剂存放与试剂传输系统使实验专家可以根据自己的实验课题，选择不同的药剂种类与药剂含量，进行多角度全面展开化学物质对模拟水生态环境的影响研究；对照系统让实验专家更好的通过控制试剂变量来探究化学物质对水域生态环境产生的影响，对比更加明显；温度控制系统可以控制各个小模拟池塘生态系统的温度，使微宇宙环境更加易于控制；污水处理箱可以减少做实验对环境产生的影响，做到环保、无污染。

进一步地，根据具体实验的需要，也可以将该模拟池塘改成循环流动，比如在该装置中增设循环水箱，内设循环水泵，将水体持续加入模拟池塘中，同时在模拟池塘一侧开设溢出口，该溢出口与循环水箱连接；在上述循环水箱中增设过滤装置，用于过滤水中的杂质，比如淤泥、生物粪便等。

进一步地，上述天气模拟系统21包括雷声模拟器211、风模拟器212和用于为模拟池塘311提供光照的照明灯213；

其中：雷声模拟器211由二极管、音圈和电池连接组成；该音圈位于箱体2底部，且与中层结构的模拟池塘311相对；用于模拟池塘311上空的雷电现象；

风模拟器212由风扇与电池连接组成；用于模拟池塘水面的风速。风扇位于箱体2底部，且与中层结构的模拟池塘311相对。电池可位于箱体2底部，也可位于箱体2内。

照明灯213可以模拟昼夜交替现象。

进一步地，为了便于记录实验过程和周期内的变化，在箱体底部还设有周期监控系统22，该周期监控系统22为联网的监控摄像头，监控范围覆盖模拟池塘。

进一步地，上述试剂存放与试剂传输系统23包括设置在箱体2上与模拟池塘数量311一致的试剂瓶231、蠕动泵232和传输管道233；

蠕动泵232一端与试剂瓶231连接，另一端与传输管道233一端连接

通过箱体2在横杆1上滑动，使传输管道233的另一端位于相应模拟池塘311的上方，便于添加实验所用的试剂。

进一步地，上述模拟池塘311内壁设有用于放置滤网的凸起，比如在模拟池塘311内壁同一水平面上设有多个凸起部，用于托住滤网；且根据凸起部位置高度不同，实现该滤网的高度可调节。比如在微宇宙系统的不同阶段，以隔离的游泳类生物（如鱼类等）对浮游微生物（如溞类等）的灭绝性捕食。另外在试验计数期间，也便于可对游泳类生物和浮游微生物进行分类和计数。

进一步地，上述滑动结构包括设置在箱体2上的滑轮和设置在横杆1上的滑槽，通过滑动结构可实现箱体沿横杆轴向方向移动，便于将传输管道233移动到相应的模拟池塘311上方，进行添加试剂。

具体实施例：本发明提供的装置，比如整体尺寸为240cm×85cm×200cm，参照图1所示，按照结构主要分为上、中、下三层。

一：

上层有四根长为240cm的不锈钢槽，下面有一个长90cm，宽85cm，高40cm的上面开口和一个长侧面开口的PVC材质的长方体箱通过滑轮与四根不锈钢槽相连，方便移动，便于操作。该长方体箱含有以下三个系统：

①天气模拟系统

该天气模拟系统包括有雷声模拟器、风模拟器和照明灯用于模拟平时的天气如：刮风下雨、闪电、打雷、白天与黑夜，其中雷声模拟器由四根二极管与音圈和5号电池连接，风模拟器为底部两侧各有一个半径为3cm的小风扇与5号电池连接；照明灯为两根长40cm的二极管与5号电池连接，其中在两根二级管中间位置可以放置电池，一共可以放置四节5号电池。该装置突破了模型与自然生态系统环境不一致的难题，减少了因为生态环境不一致而对实验结果产生影响。

②周期监控系统

该周期监控系统为监控摄像头，比如监控像素为500万，具有三防功能，可清晰看到位于中层的生态系统的情况；同时该摄像头可联网，可随时随地观察微宇宙的情况；该设备具有高影像内存能保留较长时间影像。

③试剂存放与试剂传输系统

参照图1所示，该试剂存放与试剂传输系统上有三个直径为15cm高为20cm的试剂瓶，用于试剂的存放，还有三个蠕动泵和三个传输管道，其中蠕动泵可以控制输送速率和输送时间，用于把试剂定量输送到中层模拟池塘的生态系统中，使实验更加方便、准确，减少了因为人为因素而导致的误差。

二：

中层有以下两个系统

①对照系统

在中层结构有一个尺寸为240cm×85cm×40cm的长方体托盘，在托盘里放置有六个直径为20cm高为30cm的PVC材质的圆柱体和一个可以控制输水速率的输水管道，每个圆柱体内模拟自然界内一个池塘生态系统，每个圆柱可以加不同的生物、试剂等，来探究不同因素对生态系统的影响；输水管道负责向每个圆柱体内定量输送水；该托盘底部一侧还有一个圆孔与下层结构中的污水处理箱相连用于污水处理。

比如，可在上述模拟池塘中添加沉积物，观察模拟池塘沉积物，研究沉积物对污染物的迁移的影响，并研究水体污染物对底栖生物的毒性影响。

另外可在模拟池塘中加一个高度可调节的滤网系统，在微宇宙系统的不同阶段，以隔离的游泳类生物（如鱼类等）对浮游微生物（如溞类等）的灭绝性捕食。也方便试验计数期间，可对游泳类生物和浮游微生物进行分类和计数。

②温度控制系统

在托盘下有一个温度控制系统，该系统由一个温度传感器和一个温度调节器构成，温度传感器负责检测水温并把信号传送到温度调节器中，温度调节器负责调节水温。

三：

下层有污水处理箱

比如尺寸为100cm×85cm×40cm污水处理箱，与中层生态系统相连，用于处理该微宇宙实验排出来的水使其达到排放标准，减少了做实验对环境产生的影响，实现了环保、无污染。

下面通过一个具体的实施例对本发明提供的模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置的试验过程予以说明：

以模拟开展三氯生对池塘水生态系统的潜在影响为例：

将模拟池塘设置3个浓度组，每个组包括3个模拟池塘；第一组为空白对照组、第二组为浓度A组、第三组为浓度B组；

首先，对模拟的水生态系统9个模拟池塘中加入相同量的试验水体，并设置相同的模拟自然条件；

然后，放置鱼类（如：中华青鳉）、藻类（如：斜生栅藻）、溞类（如：大型溞），待模拟的池塘生态系统达到稳态时，加入三氯生储备液，并使模拟的水环境中三氯生浓度达到0mg/L（即第一组，对照组）、0.01mg/L（第二组）和0.5 mg/L（第三组），暴露一定时间（如30天-365天）后，监测鱼类、藻类、溞类的种群情况，如成体数量、幼体数量、种群结构等，研究污染物三氯生对鱼类、溞类、藻类的种群消长关系、种群结构的影响和对藻类初级生产力的影响情况。

此外，同样可研究三氯生在模拟的池塘水生态系统比如底泥、生物体等中的迁移转化情况。

本项发明是集输送水、输送试剂、模拟自然天气、监控、温度控制、污水处理于一体的微宇宙装置，能够使生态学家可以多角度开展水生物与微生态的研究，对化学物质对池塘水域环境的影响的研究更加方便，将会促进相关研究的进展，具有科研价值；同时该装置减少了做实验对环境产生的影响，具有一定的社会效益。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种模拟池塘生态系统的微宇宙实验装置，其特征在于，所述装置自上而下包括三层结构；

上层结构设有至少一根横杆和箱体，所述箱体位于所述横杆下方，通过滑动结构与所述横杆滑动连接；

所述箱体上设有天气模拟系统、周期监控系统及试剂存放与试剂传输系统；所述试剂存放与试剂传输系统包括设置在箱体上与所述模拟池塘数量一致的试剂瓶、蠕动泵和传输管道；所述蠕动泵一端与所述试剂瓶连接，另一端与传输管道一端连接通过所述箱体在所述横杆上滑动，使所述传输管道的另一端位于相应模拟池塘的上方；

中层结构具有托盘，所述托盘上设有对照系统和温度控制系统；所述托盘上设有通孔；

所述对照系统包括至少两个模拟池塘，所述模拟池塘侧面设有进出水管道；所述进出水管道与控制开关连接；

所述温度控制系统包括温度传感器和温度调节器；所述温度传感器位于所述模拟池塘内部、外侧面或与所述模拟池塘底部位置相对应的所述托盘另一面；所述温度调节器位于所述托盘上；

下层结构设有污水处理箱，所述污水处理箱通过管道与所述通孔连接；

所述天气模拟系统包括雷声模拟器、风模拟器和用于为所述模拟池塘提供光照的照明灯；

所述雷声模拟器由二极管、音圈和电池连接组成；所述音圈位于所述箱体底部，且与所述中层结构相对；

所述风模拟器由风扇与电池连接组成；所述风扇位于所述箱体底部，且与所述中层结构相对。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述周期监控系统为联网的监控摄像头，监控范围覆盖模拟池塘。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟池塘内壁设有用于放置滤网的凸起。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滑动结构包括设置在所述箱体上的滑轮和设置在所述横杆上的滑槽。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述箱体长90cm，宽85cm，高40cm；所述箱体上面开口、至少一侧面开口。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述箱体为PVC材质制成。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟池塘直径为20cm，高为30cm，呈圆柱体且顶端开口、内部中空。

8.如权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述模拟池塘为PVC材质制成。