CN109797700A - 一种野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其中，水泵的进水连接自然溪流，出水连接流速调控系统，流速调控系统包括储水箱，流速调控系统的出口依次连接温控系统和人工溪流，人工溪流为顶部敞口的横置的半管道，半管道底部设置有填料，人工溪流的上游端设置有上游筛网，下游端设置有下游筛网，营养盐调控系统包括营养盐液储藏器和营养盐控制器，营养盐液储藏器的出口通过营养盐控制器连接储水箱，营养盐控制器为自动加水装置。该装置适用于在野外自然条件下探究溪流生态系统对外界环境变化的响应，制作简单，装拆更换零部件方便，价格低廉，测定结果稳定，可长时间不间断的运转，使用寿命长，并且可控制温度、流速以及营养盐浓度。
Description
技术领域
本发明属于生态学及环境科学领域，具体涉及一种野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，是一种在野外自然条件下，通过控制流速、温度以及营养盐含量，来研究溪流生态系统遂于不同环境条件响应的实验装置。
背景技术
在全球变化的大背景下，群落结构对于全球变化的响应现在是生态学中的研究热点，但此前的大部分研究都是基于大型动物和植物的，溪流中微生物的群落结构对于全球变化的响应目前的研究还比较缺乏；在此前的研究中，科学家确定驱动这些变化的主要有两方面因素，首先是气候因素，特别是温度的影响，被认为是大空间尺度上造成群落结构变化的主要影响因素，就生物多样性而言，温度的升高可能会导致初级生产力的增加，从而导致生物多样性的增加，也可能导致较冷地区的一些嗜低温物种灭绝。其次就是人类活动的影响，主要体现在营养盐浓度的增加，该因素已经被确定为近年来造成微生物群落结构变化的主要区总因素之一。较高的温度和营养盐的富集将会进一步的增加生态系统中的初级生产力，这两个因素结合可能会进一步影响群落结构的变化。
在野外自然的条件下每条溪流所处的环境条件不同，其受到氮、磷等营养盐的污染程度有异。因此，在自然条件下，仅靠野外采样对溪流微生物群落结构进行研究，难免会受到自然环境要素之间的共相关性等因素影响，从而影响人们对群落构建机制和生态系统响应的机制性探讨。对于温度这个因素来说，虽然可以依靠海拔等自然环境梯度形成的温度差进行研究，但鉴于在野外自然条件下的地形因素，会极大地影响实验的效率。
发明内容
针对目前用于研究溪流生态系统对环境变化响应的装置中，没有可以综合考虑多种环境因素(温度，流速，营养盐等)的研究系统，本发明提供了可以在野外自然条件下，有效控制各种环境要素的人工溪流实验装置。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，包括水泵、流速调控系统、营养盐调控系统、温控系统和人工溪流，
所述水泵的进水连接自然溪流，所述水泵的出水连接所述流速调控系统，
所述流速调控系统包括储水箱，所述流速调控系统的出口依次连接所述温控系统和所述人工溪流，
所述人工溪流为顶部敞口的横置的半管道，所述半管道底部设置有填料，所述人工溪流的上游端设置有上游筛网，所述人工溪流的下游端设置有下游筛网，
所述营养盐调控系统包括营养盐液储藏器和营养盐控制器，所述营养盐液储藏器的出口通过所述营养盐控制器连接所述储水箱，所述营养盐控制器为自动加水装置。营养液控制器可将预配制的具有一定浓度营养盐液定时定量地加入到流速调控系统中。
进一步的，所述流速调控系统还包括：水箱架，所述储水箱放置于所述水箱架上，所述储水箱的下方通过水管依次连接所述温控系统和所述人工溪流。储水箱内的水在重力的作用下向下方的温控系统和人工溪流流动，通过控制储水箱内水位的高度实现对人工溪流中水流的流速的控制。
进一步的，所述储水箱顶部还包括溢流口。
进一步的，所述流速调控系统有多个。多个流速调控系统便于同步获得不同流速条件下的实验数据。
进一步的，所述温控系统包括潜水电加热管。用于控制流经的溪水的温度。
进一步的，所述半管道为PVC材质。
进一步的，所述填料为鹅卵石，所述填料的厚度大于等于5cm。设置的填料为微生物等水生生物提供生长附着的场所。
进一步的，所述上游筛网为孔径为60目的尼龙筛网。
进一步的，所述下游筛网为孔径为20目的尼龙筛网。尼龙筛网具有韧性高、弹性好、耐腐蚀、耐水、耐磨、耐高温、耐候性等特点，不会在实验过程中失效。
进一步的，所述温控系统的上游端还设置有上游筛网。温控系统上游端设置的上游筛网与人工溪流上游端设置的上游筛网规格相同。
进一步的，每个所述流速调控系统通过分流阀分别连接三组温控系统和人工溪流。对应同一流速调控系统的三组人工溪流可用于平行实验。
本发明所述装置通过控制流速、温度以及营养盐浓度等环境因素，能够应用于溪流生态系统对环境变异响应的研究中。在野外进行人工溪流装置，可以最大程度地还原溪流的日夜光照及温度等自然要素变化，也同时控制了重要环境要素。相关研究结果可为揭示气候变化对水体微生物群落结构的影响和预测微生物对气候变化的响应提供科学依据。
本发明的有益效果在于：（1）结构紧凑，装拆更换零部件方便，运转平稳可靠，可长时间不间断的运转，使用寿命长；（2）能有效的升高水体的温度，可以在自然条件下实现水体的升温；（3）能有效的控制营养盐的浓度，可以在自然条件下实现水体中营养盐浓度的增加；（4）能有效控制流速，可以在自然条件下实现流速的改变。
附图说明
图1是本发明所述野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置立体结构示意图。
图2是本发明所述野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置侧视结构示意图。
图中：1是储水箱，2是储水箱进水口，3是储水箱出水口，4是营养盐调控系统，5是营养盐控制器，6是营养盐液储藏器，7是水箱架，8是水管，9是分流阀，10是上游筛网，11是温控系统，12是潜水电加热管，13是人工溪流，14是填料，15是下游筛网，16是出水系统，17是自然溪流，18是电源，19是水泵，20是溢流口。
具体实施方式：
参看图1-2，一种野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，包括水泵、流速调控系统、营养盐调控系统、温控系统和人工溪流，
所述水泵的进水连接自然溪流，所述水泵的出水连接所述流速调控系统，
所述流速调控系统包括储水箱，所述流速调控系统的出口依次连接所述温控系统和所述人工溪流，
所述人工溪流为顶部敞口的横置的半管道，所述半管道底部设置有填料，所述人工溪流的上游端设置有上游筛网，所述人工溪流的下游端设置有下游筛网，
所述营养盐调控系统包括营养盐液储藏器和营养盐控制器，所述营养盐液储藏器的出口通过所述营养盐控制器连接所述储水箱，所述营养盐控制器为自动加水装置。营养液控制器可将预配制的具有一定浓度营养盐液定时定量地加入到流速调控系统中。
所述流速调控系统还包括：水箱架，所述储水箱放置于所述水箱架上，所述储水箱的下方通过水管依次连接所述温控系统和所述人工溪流。储水箱内的水在重力的作用下向下方的温控系统和人工溪流流动，通过控制储水箱内水位的高度实现对人工溪流中水流的流速的控制。
所述储水箱顶部还包括溢流口。
所述流速调控系统有多个。多个流速调控系统便于同步获得不同流速条件下的实验数据。
所述温控系统包括潜水电加热管。用于控制流经的溪水的温度。
所述半管道为PVC材质。
所述填料为鹅卵石，所述填料的厚度大于等于5cm。设置的填料为微生物等水生生物提供生长附着的场所。
所述上游筛网为孔径为60目的尼龙筛网。
所述下游筛网为孔径为20目的尼龙筛网。尼龙筛网具有韧性高、弹性好、耐腐蚀、耐水、耐磨、耐高温、耐候性等特点，不会在实验过程中失效。
所述温控系统的上游端还设置有上游筛网。
每个所述流速调控系统通过分流阀分别连接三组温控系统和人工溪流。对应同一流速调控系统的三组人工溪流可用于平行实验。
实施例1
采用上述野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，在云南的横断山脉进行野外人工溪流的实验，来探究流速、温度以及营养盐的变化对于微生物群落结构变化的影响。
到达横断山脉以后，首先搭建野外人工溪流装置，先将流速调控系统中的储水箱架搭好，然后将储水箱放到水箱架上，然后安装营养盐调控系统，将营养盐控制器与营养盐液储藏器相连接，将营养盐调控系统连接储水箱，然后在地面设置好温控系统和人工溪流，将潜水电加热管放入温控系统中，将自然溪流中的鹅卵石放入到人工溪流中，并且在人工溪流的上游放置上游筛网，下游放置下游筛网，然后在人工溪流下游设置一个和人工溪流垂直的管道作为出水系统，用于收集流出来的溪水并且让其流回溪流中，然后在自然溪流上游设置水泵，将水泵通过水管连接储水箱的入水口，然后在储水箱出水口处连接水管，并且通过分水阀门将水流分为三股，分别流入到后来的人工溪流中。人工溪流搭建完毕。
然后开始实验阶段，将水泵打开以后，使整个装置开始通水，待装置稳定运行一周，打开营养盐控制器与潜水电加热管，正式开始实验。在此过程中，自然溪水从自然溪流中被水泵抽入储水箱中，溪水在储水箱中与营养盐调控系统所加入的营养盐液混匀，然后经由储水箱出水口和分流阀流入温控系统，温控系统中的潜水电加热管将水升温后流入人工溪流中，随后水通过下游筛网后流入出水系统中，最终流入自然溪流中。
随后，整个系统稳定运行半个月，开始监测人工溪流中的温度、pH以及电导率等实时数据，并同步采集水生生物样品。
Claims (10)
1.一种野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，包括水泵、流速调控系统、营养盐调控系统、温控系统和人工溪流，
所述水泵的进水连接自然溪流，所述水泵的出水连接所述流速调控系统，
所述流速调控系统包括储水箱，所述流速调控系统的出口依次连接所述温控系统和所述人工溪流，
所述人工溪流为顶部敞口的横置的半管道，所述半管道底部设置有填料，所述人工溪流的上游端设置有上游筛网，所述人工溪流的下游端设置有下游筛网，
所述营养盐调控系统包括营养盐液储藏器和营养盐控制器，所述营养盐液储藏器的出口通过所述营养盐控制器连接所述储水箱，所述营养盐控制器为自动加水装置。
2.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述流速调控系统还包括：水箱架，所述储水箱放置于所述水箱架上，所述储水箱的下方通过水管依次连接所述温控系统和所述人工溪流。
3.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述储水箱顶部还包括溢流口。
4.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述流速调控系统有多个。
5.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述温控系统包括潜水电加热管。
6.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述半管道为PVC材质。
7.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述填料为鹅卵石，所述填料的厚度大于等于5cm。
8.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述上游筛网为孔径为60目的尼龙筛网。
9.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述下游筛网为孔径为20目的尼龙筛网。
10.根据权利要求1所述的野外条件下模拟环境变化的人工溪流装置，其特征在于，所述温控系统的上游端还设置有上游筛网。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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