CN109470530A - 一种阔叶植物叶片降尘连续收集装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阔叶植物叶片降尘连续收集装置及其操作方法，包括采尘器、一级滤网、二级滤网、二级滤网接口、防漏密封圈、收集管、连接管、电能储存装置、降雨遮挡板/光遮挡板、降雨传感器、光源传感器、卷轴、控制器、连接电线、太阳能电板、收集箱、收集瓶、门扇、门把手、门锁。该装置利用太阳能供电，能连续、有效、准确、全面地收集阔叶植物叶表全部降尘颗粒，同时可收集叶片气孔吸收降尘颗粒，并有效隔离降雨、植物残体、大颗粒物质等其它杂质，从而极大的提高了阔叶植物叶片降尘量采集精度。
Description
技术领域
本发明属于生态环境监测技术领域，涉及一种阔叶植物叶片降尘连续收集装置及其操作方法。
背景技术
大气降尘是指在空气环境条件下依靠重力自然沉降的颗粒物，其作为地球地壳表层与大气圈最主要物质交换过程，一直是大气科学、生态环境及化学等领域的研究热点和难度问题。我国大气降尘量巨大，除涉及强沙尘暴区域外，我国降尘量算数平均值为14.73吨/(平方千米·月)，降尘量少于20吨/(平方千米·月)的地区多集中于沿海地区、长江中下游地区以及东北平原地区，而华北平原地区、内蒙古高原地区和准噶尔盆地一带降尘量相对偏高，降尘量最大的地区位于新疆塔里木盆地一带，最大值高达2 915.96吨/(平方千米·月)。
大气降尘对植物的危害分物理危害和化学危害两个方面。物理危害表现在，当降尘落到植物叶片上时，会堵塞植物气孔，使其产生坏死斑点，使得植物体内的叶绿素含量减低，进一步导致光合作用率下降；其次，植被的气孔被粉尘颗粒物堵塞，使得气孔导度下降，影响CO2的吸收，从而降低植物的呼吸速率。同时，还可能使叶子表面温度升高，从而妨碍植物体的新陈代谢和水分循环平衡。化学危害表现在降尘中的重金属对植物的危害上，当重金属元素进入植物体内后，会使植物细胞和酶系统造成损坏，进而影响植物的生物学性状和生理功能。
经检索，关于植物降尘采集的技术已有专利公开，如中国专利申请号：CN201611230184.6，申请日：2016年12月28日，发明创造名称为：一种用于植物叶表降尘采集和定量的方法，该发明提供的方法能有效并准确的收集植物叶表全部降尘，而且能定量称重并获得单位面积叶表的降尘量。该法相较于现有方法大大减少了降尘损失，极大程度地避免了误差，使测定结果更具准确性，且还可获得降尘样品进行物理化学分析。但此方法中涉及的叶片晾干后，用叶面积仪测量叶片面积S，容易导致叶面积减少。另外，将叶片收集至针筒中会将部分降尘丢失，叶片上的一些细小的动植物残体会增大降尘的误差。而且该申请案只能对一次叶片降尘采集(降雨会将叶片降尘冲刷掉)，不能对一段时间内叶片降尘进行采集。
经检索，关于降水降尘采集的技术已有专利公开，如中国专利申请号：2009100895881，申请日：2009年7月22日，发明创造名称为：全自动降尘采集器采集方法，该申请案公开了一种全自动降尘采集器及采集方法，该申请案的采集器，无需外接电，可以自动采集，自动记录相关数据，但只适用于对大气降尘进行采集，无法确定叶片滞尘量和吸收降尘量。
由上述可知，亟待开发一种能有效、准确、长期收集植物叶表全部降尘颗粒、叶片吸收降尘颗粒，并能定量获得单位面积叶表降尘量的方法，且亦能同时用收集到的降尘进行物理化学分析，满足实验需要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的叶片降尘采样野外仅能采集一次降尘、样品采样量不足、保存效果不佳、影响检测结果的缺陷，提供一种阔叶植物叶片降尘连续收集装置及其操作方法，该装置利用太阳能供电，能连续、有效、准确、全面地收集阔叶植物叶表全部降尘颗粒，同时可收集叶片气孔吸收降尘颗粒，并有效隔离降雨、植物残体、大颗粒物质等其它杂质，从而极大的提高了阔叶植物叶片降尘量采集精度。
其技术方案如下：
一种阔叶植物叶片降尘连续收集装置，包括采尘器1、一级滤网103、二级滤网104、二级滤网接口105、防漏密封圈106、收集管107、连接管108、电能储存装置2、降雨遮挡板/光遮挡板201、降雨传感器202、光源传感器203、卷轴204、控制器205、连接电线206、太阳能电板207、收集箱3、收集瓶301、门扇302、门把手303、门锁304；电能储存装置2位于收集箱3底部；采尘器1的底部出尘端设有收集管107，收集管107底部设有二级滤网104，收集管107底端与收集瓶301相连通；连接管108为收集管107的外环，所述二级滤网104的接口处设有防漏密封圈106，所述降雨传感器202设于采尘器1的外部，所述降雨传感器202与降雨遮挡板/光遮挡板201和控制器205电连接，光源传感器203设于采尘器1外部，光源传感器203降雨遮挡板/光遮挡板201和控制器205电连接，降雨传感器202、光源传感器203、降雨遮挡板/光遮挡板201和电能储存装置2由连接电线206相连，所述卷轴204和控制器205连接；所述太阳能电板207位于收集箱3上；
所述采尘器1包括滞尘采尘器101和吸收采尘器102，其中，滞尘采尘器101用于模拟有气孔的叶片表面，所述吸收采尘器102用于模拟叶片表面，不予考虑是否有气孔；
所述降雨遮挡板/光遮挡板201为伸缩式，滞尘采尘器101顶部与降雨遮挡板/光遮挡板201之间设有一级滤网103，所述吸收采尘器102顶部与所述降雨遮挡板/光遮挡板201之间设有一级滤网103；
所述收集箱3内部设有收集瓶301，所述收集箱3上设有门扇302，所述门扇302上设有门把手303和门锁304。
进一步，所述采尘器1的上表面为椭圆形，长轴长15cm，短轴长10cm，高度为1.5cm，所述采尘器1的下部为漏斗型。
进一步，所述一级滤网103的最小方格网为1*1mm2，二级滤网104的最小方格网为0.5*0.5mm2，所述一级滤网103和二级滤网104的滤网材质均为尼龙。
进一步，所述防漏密封圈106为圆环型，圆环内径外径之差为5mm，厚度5mm；二级滤网接口零件高度为3cm，二级滤网104放置位置为离接口底部5mm处。
进一步，所述降雨传感器202、光源传感器203、控制器205、卷轴204内部圆环直径均为1cm，卷轴长度为11cm，卷轴所卷遮挡板长度为15.7cm，宽度最宽为10cm。
进一步，所述降雨遮挡板/光遮挡板201为椭圆形，长轴长15.7cm，短轴长10cm，厚度为1mm，所述降雨遮挡板/光遮挡板201与一级滤网103相距0.3cm，采尘器1顶部与一级滤网103相距1cm。
进一步，所述收集箱3长60cm、宽40cm、高50cm，所述收集瓶301口直径为2.5cm，高度为3cm，收集瓶301底面内径为15cm，收集瓶高为30cm。
进一步，所述门扇302为2扇，高度为40cm，宽为25cm，两门扇之间中轴线中间为门锁304，门锁左右两边3cm处为门把手303。
进一步，所述连接管108的材质为不锈钢金属软管。
进一步，所述连接电线206内部电丝为铜质，外部由塑料质包裹。
一种阔叶植物叶片降尘连续收集装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤1、将该装置露天放置于水平台面上，用钥匙开启门锁304，向外拉动门把手303，打开门扇302，将2个收集瓶301分别放置于左右2个收集管107下端，然后将连接电线206与电能储存装置2连接，使降雨遮挡板/光遮挡板201、降雨传感器202、光源传感器203、卷轴204、控制器205均通电，使植物叶片降尘连续收集装置处于工作状态，然后关闭门扇302，用钥匙锁住门锁304。
步骤2、当降雨传感器202或光源传感器203感受到降雨或光辐射强度大于1500μmol·m-2·s-1时，控制器205开启带动卷轴204逆时针转动，降雨遮挡板/光遮挡板打开并遮挡住采集器，此时空气降尘无法进入滞尘采尘器101和吸收采尘器102，植物叶片降尘连续收集装置处于不收集降尘状态；当降雨传感器202或光源传感器203未感受到降雨或光辐射强度小于1500μmol·m-2·s-1时，控制器205开启带动卷轴204顺时针转动，降雨遮挡板/光遮挡板201收起，采尘器开始继续采集降尘。
步骤3、待收集装置放置一段时期后，可进行降尘样品采集。收集样品前保持降雨传感器202干燥，同时对光源传感器203进行遮光处理，待降雨遮挡板/光遮挡板201收起后，将连接电线206与电能储存装置2断开，先用洗耳球沿采尘器101和102上表面向内吹气，将采尘器表面滞留的降尘吹入二级滤网104处，之后将二级滤网接口105取掉，然后在其下部收集管口注入水，将管壁上的降尘冲刷进收集瓶301中，不予浪费。
步骤4、用钥匙开启门锁304，向外拉动门把手303并打开门扇302，取出收集瓶301并进行封盖处理，对收集瓶编号后送实验室用于降尘分析。
步骤5、将新的2个收集瓶301分别放置于左右2个收集管107下端，关闭门扇302，然后锁住门锁，可以避免自然原因或人为原因破坏收集的样品，此时，植物叶片降尘连续收集装置开始下一时段样品收集。
步骤6、重复上述步骤2-5，可完成下一时段样品采集工作，依次类推。
本发明的有益效果：
本发明的植物叶片降尘连续收集装置，采用两种采尘器装置，一种为模拟叶片滞尘(滞尘采尘器101)，一种为模拟叶片气孔吸收降尘量(吸收采尘器102)，能够更准确定量化叶片吸收降尘量。
本发明的植物叶片降尘连续收集装置，降雨遮挡板的设计，可以阻挡降雨以及排除降雨中物质对降尘元素的影响；
本发明的植物叶片降尘连续收集装置，光遮挡板的设计，可以模拟植物午休气孔关闭状态，减小气孔对降尘的吸收；
本发明的植物叶片降尘连续收集装置连接管为不锈钢金属软管，可以根据太阳高度或常年风向，按研究需要，将采尘器进行俯仰以及360°任意旋转方向设置。
本发明的植物叶片降尘连续收集装置，收集样品前先用洗耳球沿采尘器上表面吹气，将收集的管壁上的降尘吹入二级滤网处，之后将二级滤网接口取掉，在其下部收集管口注入水，将管壁上的降尘冲刷进收集瓶中，不予浪费。
本发明的植物叶片降尘连续收集装置，通过太阳能来为各动力机构提供电力，无需外接电源，可在野外长期使用。
附图说明
图1为本发明一种植物叶片降尘连续收集装置的结构示意图；
图2为本发明的光遮挡板和降雨遮挡板的结构示意图；
图3为本发明的光遮挡板和降雨遮挡板卷轴的结构示意图；
图4为本发明的遮盖装置工作状态示意图；
图5为本发明的二级滤网接口的结构示意图；
图6为本发明的收集瓶的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
参照图1-图6，一种阔叶植物叶片降尘连续收集装置，包括采尘器1、一级滤网103、二级滤网104、二级滤网接口105、防漏密封圈106、收集管107、连接管108、电能储存装置2、降雨遮挡板/光遮挡板201、降雨传感器202、光源传感器203、卷轴204、控制器205、连接电线206、太阳能电板207、收集箱3、收集瓶301、门扇302、门把手303、门锁304；电能储存装置2位于收集箱3底部，由于本发明电路消耗功率极小，因此本发明用太阳能来为各动力进行供电，可供野外长期使用；采尘器1的底部出尘端设有收集管107，收集管107底部设有二级滤网104，收集管107底端与收集瓶301相连通；连接管108为收集管107的外环，材质为不锈钢金属软管，所述二级滤网104的接口处设有防漏密封圈106，所述降雨传感器202设于采尘器1的外部，所述降雨传感器202与降雨遮挡板/光遮挡板201和控制器205电连接，光源传感器203设于采尘器1外部，光源传感器203降雨遮挡板/光遮挡板201和控制器205电连接，光源辐射强度大于光饱和点时设置为1500μmol·m-2·s-1，普遍植物光饱和点小于此值，光遮挡板开启，遮住带有气孔的采尘器；光源辐射强度小于光饱和点时，光遮挡板收起，模拟叶片气孔装置吸收降尘。降雨传感器设于采尘器1和电能储存装置2外部，并与降雨遮挡板和控制器电连接，当降雨传感器感受到降雨时，降雨遮挡板开启，遮住采尘器；无降雨时，降雨遮挡板收起，采尘器开始继续采集降尘。
如图2所示，所述采尘器1的上表面为椭圆形，长轴长15cm，短轴长10cm，高度为1.5cm，包括滞尘采尘器101和吸收采尘器102，其中，滞尘采尘器101用于模拟有气孔的叶片表面，所述吸收采尘器102用于模拟叶片表面，不予考虑是否有气孔，所述采尘器1的下部为漏斗型。降雨传感器202、光源传感器203、降雨遮挡板/光遮挡板201和电能储存装置2由连接电线206相连，连接电线置于仪器内部，防止风吹日晒或外界干扰损坏电路。所述卷轴204和控制器205连接；所述太阳能电板207位于收集箱3上；滞尘采尘器101顶部与降雨遮挡板/光遮挡板201之间设有一级滤网103，所述吸收采尘器102顶部与所述降雨遮挡板/光遮挡板201之间设有一级滤网103，降雨遮挡板/光遮挡板201与一级滤网103相距0.3cm，一级滤网103和二级滤网104的滤网材质均为尼龙，避免对采集样品后续测定重金属元素产生影响。避免对采集样品后续测定重金属元素产生影响。采尘器1顶部与一级滤网103相距1cm。一级滤网103(最小方格网为1*1mm2)和二级滤网104(最小方格网为0.5*0.5mm2)；如图3所示，降雨传感器202、光源传感器203、控制器205、卷轴204内部圆环直径均为1cm，卷轴长度为11cm，卷轴所卷遮挡板长度为15.7cm，宽度最宽为10cm。连接电线206内部电丝为铜质，外部由塑料质包裹。
如图4所示，所述降雨遮挡板/光遮挡板201为伸缩式，降雨遮挡板/光遮挡板201为椭圆形，长轴长15.7cm，短轴长10cm，厚度为1mm，当降雨传感器202或光源传感器203感受到降雨或光辐射强度大于1500μmol·m-2·s-1时，控制器205开启带动卷轴204逆时针转动，降雨遮挡板/光遮挡板打开并遮挡住采集器；当降雨传感器202或光源传感器203未感受到降雨或光辐射强度小于1500μmol·m-2·s-1时，控制器205开启带动卷轴204顺时针转动，降雨遮挡板/光遮挡板收起，采尘器开始继续采集降尘。
如图5所示，所述防漏密封圈106为圆环型，圆环内径外径之差为5mm，厚度5mm；二级滤网接口零件高度为3cm，二级滤网104放置位置为离接口底部5mm处。收集样品前将接口处打开后，先用洗耳球沿采尘器上表面吹气，将收集的管壁上的降尘吹入二级滤网处，之后将二级滤网接口105取掉，在其下部收集管口注入水，将管壁上的降尘冲刷进收集瓶中，不予浪费。
如图6所示，收集箱3长60cm、宽40cm、高50cm，所述收集箱3内部设有收集瓶301，所述收集箱3上设有门扇302，所述门扇302上设有门把手303和门锁304；门扇302为2扇，高度为40cm，宽为25cm，两门扇之间中轴线中间为门锁304，门锁左右两边3cm处为门把手303，替换收集瓶前后，用钥匙开启门锁，其他时间门锁关闭。可以避免自然原因或人为原因破坏收集的样品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：包括采尘器(1)、滞尘采尘器(101)、吸收采尘器(102)、一级滤网(103)、二级滤网(104)、二级滤网接口(105)、防漏密封圈(106)、收集管(107)、连接管(108)、电能储存装置(2)、降雨遮挡板/光遮挡板(201)、降雨传感器(202)、光源传感器(203)、卷轴(204)、控制器(205)、连接电线(206)、太阳能电板(207)、收集箱(3)、收集瓶(301)、门扇(302)、门把手(303)、门锁(304)；电能储存装置(2)位于收集箱(3)底部；采尘器(1)的底部出尘端设有收集管(107)，收集管(107)底部设有二级滤网(104)，收集管(107)底端与收集瓶(301)相连通；连接管(108)为收集管(107)的外环，所述二级滤网(104)的接口处设有防漏密封圈(106)，所述降雨传感器(202)设于采尘器(1)的外部，所述降雨传感器(202)与降雨遮挡板/光遮挡板(201)和控制器(205)电连接，光源传感器(203)设于采尘器(1)外部，光源传感器(203)降雨遮挡板/光遮挡板(201)和控制器(205)电连接，降雨传感器(202)、光源传感器(203)、降雨遮挡板/光遮挡板(201)和电能储存装置(2)由连接电线(206)相连，所述卷轴(204)和控制器(205)连接；所述太阳能电板(207)位于收集箱(3)上；
所述采尘器(1)包括滞尘采尘器(101)和吸收采尘器(102)，其中，滞尘采尘器(101)用于模拟有气孔的叶片表面，所述吸收采尘器(102)用于模拟叶片表面，不予考虑是否有气孔；
所述降雨遮挡板/光遮挡板(201)为伸缩式，滞尘采尘器(101)顶部与降雨遮挡板/光遮挡板(201)之间设有一级滤网(103)，所述吸收采尘器(102)顶部与所述降雨遮挡板/光遮挡板(201)之间设有一级滤网(103)；
所述收集箱(3)内部设有收集瓶(301)，所述收集箱(3)上设有门扇(302)，所述门扇(302)上设有门把手(303)和门锁(304)。
2.根据权利要求1所述的阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：所述采尘器(1)的上表面为椭圆形，长轴长15cm，短轴长10cm，高度为1.5cm，所述采尘器(1)的下部为漏斗型。
3.根据权利要求1所述的阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：所述一级滤网(103)的最小方格网为1*1mm2，二级滤网(104)的最小方格网为0.5*0.5mm2，所述一级滤网(103)和二级滤网(104)的滤网材质均为尼龙。
4.根据权利要求1所述的阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：所述防漏密封圈(106)为圆环型，圆环内径外径之差为5mm，厚度5mm；二级滤网接口零件高度为3cm，二级滤网(104)放置位置为离接口底部5mm处。
5.根据权利要求1所述的阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：所述降雨传感器(202)、光源传感器(203)、控制器(205)、卷轴(204)内部圆环直径均为1cm，卷轴长度为11cm，卷轴所卷遮挡板长度为15.7cm，宽度最宽为10cm。
6.根据权利要求1所述的阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：所述降雨遮挡板/光遮挡板(201)为椭圆形，长轴长15.7cm，短轴长10cm，厚度为1mm，所述降雨遮挡板/光遮挡板(201)与一级滤网(103)相距0.3cm，采尘器(1)顶部与一级滤网(103)相距1cm。
7.根据权利要求1所述的阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：所述收集箱(3)长60cm、宽40cm、高50cm，所述收集瓶(301)口直径为2.5cm，高度为3cm，收集瓶(301)底面内径为15cm，收集瓶高为30cm。
8.根据权利要求1所述的阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：所述门扇(302)为2扇，高度为40cm，宽为25cm，两门扇之间中轴线中间为门锁(304)，门锁左右两边3cm处为门把手(303)。
9.根据权利要求1所述的阔叶植物叶片降尘连续收集装置，其特征在于：所述连接管(108)的材质为不锈钢金属软管；所述连接电线(206)内部电丝为铜质，外部由塑料质包裹。
10.一种权利要求1所述阔叶植物叶片降尘连续收集装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将该装置露天放置于水平台面上，用钥匙开启门锁(304)，向外拉动门把手(303)，打开门扇(302)，将2个收集瓶(301)分别放置于左右2个收集管107下端，然后将连接电线(206)与电能储存装置(2)连接，使降雨遮挡板/光遮挡板(201)、降雨传感器(202、光源传感器(203)、卷轴(204)、控制器(205)均通电，使植物叶片降尘连续收集装置处于工作状态，然后关闭门扇(302)，用钥匙锁住门锁(304)；
步骤2、当降雨传感器(202)或光源传感器(203)感受到降雨或光辐射强度大于1500μmol·m-2·s-1时，控制器(205)开启带动卷轴(204)逆时针转动，降雨遮挡板/光遮挡板打开并遮挡住采集器，此时空气降尘无法进入滞尘采尘器(101)和吸收采尘器(102)，植物叶片降尘连续收集装置处于不收集降尘状态；当降雨传感器(202)或光源传感器(203)未感受到降雨或光辐射强度小于1500μmol·m-2·s-1时，控制器(205)开启带动卷轴(204)顺时针转动，降雨遮挡板/光遮挡板(201)收起，采尘器开始继续采集降尘；
步骤3、待收集装置放置一段时期后，进行降尘样品采集；收集样品前保持降雨传感器(202)干燥，同时对光源传感器(203)进行遮光处理，待降雨遮挡板/光遮挡板(201)收起后，将连接电线(206)与电能储存装置(2)断开，先用洗耳球沿滞尘采尘器(101)和吸收采尘器(102)上表面向内吹气，将采尘器表面滞留的降尘吹入二级滤网(104)处，之后将二级滤网接口(105)取掉，然后在其下部收集管口注入水，将管壁上的降尘冲刷进收集瓶(301)中，不予浪费；
步骤4、用钥匙开启门锁(304)，向外拉动门把手(303)并打开门扇(302)，取出收集瓶(301)并进行封盖处理，对收集瓶编号后送实验室用于降尘分析；
步骤5、将新的2个收集瓶(301)分别放置于左右2个收集管(107)下端，关闭门扇(302)，然后锁住门锁，能避免自然原因或人为原因破坏收集的样品，此时，植物叶片降尘连续收集装置开始下一时段样品收集；
步骤6、重复上述步骤2-5，完成下一时段样品采集工作，依次类推。
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