CN111328586B - 一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱 - Google Patents

一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱 Download PDF

Info

Publication number
CN111328586B
CN111328586B CN202010314046.6A CN202010314046A CN111328586B CN 111328586 B CN111328586 B CN 111328586B CN 202010314046 A CN202010314046 A CN 202010314046A CN 111328586 B CN111328586 B CN 111328586B
Authority
CN
China
Prior art keywords
root system
culture solution
dynamic monitoring
soil
incubator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010314046.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111328586A (zh
Inventor
刘寅
钱进
陆卞和
唐思婧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hohai University HHU
Original Assignee
Hohai University HHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hohai University HHU filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN202010314046.6A priority Critical patent/CN111328586B/zh
Publication of CN111328586A publication Critical patent/CN111328586A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111328586B publication Critical patent/CN111328586B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/02—Receptacles, e.g. flower-pots or boxes; Glasses for cultivating flowers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/06—Treatment of growing trees or plants, e.g. for preventing decay of wood, for tingeing flowers or wood, for prolonging the life of plants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

本发明涉及一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，包括根系培养箱体、培养液配制模块、动态监测模块、根系生长网箱和出水口。根系生长网箱用于植物根系的前期培养，培养液配制模块包括驱动搅拌杆、外壁刻度尺、流量调节泵等组件完成对含污染物质的培养液配制与输送过程，根系培养箱体通过回字渗液管和流量传感器完成培养液的合理布流与流量记录过程，动态监测模块通过污染物检测探针实时记录污染物的分布与浓度情况，实验所得相关数据可利用根系培养箱体上的仪表盘进行显示并通过终端接口实现数据传输。该装置将含污染物质的培养液的配制过程、输入过程、布水过程与检测过程合为一体，操作简单，易于调试，能够得出较为准确的数据分析结果。

Description

一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱
技术领域
本发明是一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，属于植物根系分泌物与土壤污染物降解技术领域。
背景技术
经大量植物根系修复污染土壤的研究发现，根系及其分泌物能通过酶的直接降解作用、根系分泌物的共代谢及降毒作用等功能促进了土壤污染物的转移和降解。目前，研究新型污染物在土壤中的迁移转化过程和根系吸收降解作用成为一大热点，一套能够用于研究根际土壤降解污染物的装置也是研究人员所必需的实验设备，其功能包含能够合理布置土壤污染物的输入、控制土壤污染物浓度和监测记录动态变化等。
在目前所采用的实验方法大多是在根际箱或培养箱中直接输入一定浓度污染物，直至根系及土壤样本取出后方可测定记录土壤污染物降解转化情况。而植物在不同的生长周期所分泌的根系分泌物是完全不同的，即处于不同生长期的植物根际土壤对污染物的降解转化情况也是有差异，所以目前设备在实时记录污染物在根际土壤中动态变化过程有一定难度。如专利公开号为CN208047489U实用新型公开的 一种四周环绕型光照的根系培养过渡装置，其具有有利于植物为矩形四周环绕型种植的生长发育，但是该装置缺少动态监测模块，因而较难利用该种根系培养装置进行土壤污染物的相关研究。同时在对根际土壤样本输入研究污染物时，研究人员对目标污染物的输入方式大多为土壤浇灌，由上至下进行下渗漫延。该类污染物质的输入方式难以做到研究污染物质在根际土壤中的均匀分布，常常出现污染物质在底层土壤或部分区域土壤的聚集。如专利公开号为CN110133200A发明专利公开的 一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置，其优点在于设有多个传感器，可以监测根际微环境的情况。但其发明所包含的十字布水架和输水管仅局限于上层土壤进水，无论是营养物质的输送还是研究所用污染物质的输入，都难做到均匀分布。
有研究表明根系形态及根系构型特征的差异性对氮磷、微塑料等污染物质的吸收存在吸收动力学差异，即不同的根系构型或根系部位对污染物质的吸收降解能力不同。因而进行根系及其分泌物对污染物降解作用研究时采用分层的平流进水相较于下渗式进水更为合适。目前尚未有技术将根际箱或培养装置的进水模式系统地改进成不同深度土壤均匀水平布水模式。在水平布水进料的情况下，相较于四周式进水，中心辐射式布水进料有利于根际土壤与污染物质的接触。传统的根箱与培养装置难以做好合理的污染物输入控制与实时的动态监测记录。
发明内容
本发明提出的是一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，其目的在于弥补现有技术存在的上述缺陷，提出一种将含污染物质的培养液的配制过程、输入过程、布水过程与检测过程合为一体的土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱。
本发明的技术解决方案：一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，结构包括根系培养箱体1、培养液配制模块2、动态监测模块3、根系生长网箱4、出水口5，所述根系培养箱体1右侧连接培养液配制模块2实现培养液的输入；动态监测模块3与根系培养箱体1上部连接，实时监测箱体内部土壤中污染物分布及浓度的动态变化；动态监测模块3上设有孔洞，根系生长网箱4穿过孔洞进入根系培养箱体1内部；出水口5连接根系培养箱体1左侧控制多余培养液或水分流出。
所述的根系培养箱体1内部布置上中下三层的回字渗液管11，回字渗液管11上设有若干细孔，培养液从细孔中渗入土壤，回字渗液管11设置有流量传感器12监测培养液在管中的流量情况，根系培养箱体1外部设有仪表盘13显示与控制整个装置的运行，根系培养箱体1上部用连接插口14与动态监测模块3连接，根系培养箱体1左侧设置终端接口实现装置的供电与数据传输。
所述的培养液配制模块箱体2底部为隔温基座21，外壁设有刻度尺22与温度指示计23，在配制含目标污染物质的培养液时分别显示溶液体积与温度情况，培养液配制模块2箱体内设有驱动搅拌杆24搅拌培养液，所配制培养液通过传输管26输入根系培养箱体1中的回字渗液管11，并通过流量调节泵25控制流量。
所述的动态监测模块3通过连接插销32与根系培养箱体1连接，动态监测模块3底部布置有污染物检测探针31，污染物检测探针31根据不同污染物检测需要进行更换。
所述的根系生长网箱4采用孔径1mm的网片构成，用于植物根系前期培养或转移。
本发明的有益效果：
一、本装置设有动态监测模块，能够设置相应时间节点检测土壤中污染物的分布与浓度情况，记录植物不同生长期对污染物的降解能力，可供研究人员分析整个实验流程中污染物在根际土壤中变化的动态过程。
二、本装置通过流量调节泵控制污染物的输入，联合动态监测模块能够较为精准的控制根系生长网箱中根际土壤的污染物浓度并进行适时调整。
三、本装置利用回字渗液管将含污染物质培养液输入方式控制为辐射式水平层流输入形式，避免了传统四周浇灌式的渗流造成的污染物质在土壤底层堆积带来的负面影响，同时便于根系及其分泌物与污染物质的充分接触。
四、本装置提供孔径细小的根系生长网箱，可供研究人员进行前期的植物培养，在污染物输入实验时在将装有植物样本根系生长网箱置入主箱体内。同时也方便样本的取出或更换。
五、本装置可以通过终端接口与计算机连接进行数据传输与记录等，也可借助物联网系统建立数据共享平台。
六、本装置通过各模块之间的连接使得含污染物质的培养液的配制过程、输入过程、布水过程与检测过程合为一体，操作简单，易于调试，能够得出较为准确的数据分析结果。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明培养液配制模块的正视图。
附图3是本发明根系培养箱体的结构示意图。
附图4是本发明动态监测模块的结构示意图
图中1是根系培养箱体，2是培养液配制模块、3是动态监测模块、4是根系生长网箱、5是出水口、11是回字渗液管、12是流量传感器、13是仪表盘、14是连接插口、15是终端接口、21是隔温基座、22是外壁刻度尺、23是温度指示计、24是驱动搅拌杆、25是流量调节泵、26是传输管、31是污染物检测探针、32是连接插销。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施技术方案进行进一步的描述。
如图1所示，一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱包括根系培养箱体1、培养液配制模块2、动态监测模块3、根系生长网箱4和出水口5。所述根系培养箱体1通过传输管26与培养液配制模块连接。在使用时，动态监测模块3的连接插销32与根系培养箱体1的连接插口14连接，将装有植物根系样本的根系生长网箱4通过动态监测模块3的孔洞置于根系培养箱体1内，根系培养箱体1左侧出水口5控制排水。
如图2所示，所述的培养液配制模块2包含隔温基座21、外壁刻度尺22、温度指示计23、驱动搅拌杆24、流量调节泵25和传输管26。实验时，根据所述的外壁刻度尺22量取制备定量的含有污染物质的培养液，如有实验需求可根据温度指示计23调节至相应温度，整个配制过程可以依靠驱动搅拌杆24将培养液搅拌均匀。配制过程完成后，根据实验设计流量控制调节泵25输入培养液，在土壤中污染物达到相应浓度时关闭。
如图3所示，所述的根系培养箱体1包括回字渗液管11、流量传感器12、仪表盘13、连接插口14和终端接口15。所述的回字渗液管11共设计有上中下三层，每层的回字渗液管11均布有细小的渗流孔供培养液的输入。所述的仪表盘13可显示该装置的培养液流量及动态监测模块分析出的根际土壤中污染物分布与浓度情况，研究人员能够通过仪表盘13调节控制实验条件。终端接口15包含输电终端和数据接口，实现装置的供电和数据传递，与此同时研究人员也可通过终端接口15联系物联网系统，建立数据共享平台。
如图4所示，所述的动态监测模块3包括污染物检测探针31和连接插销32。所述的污染物检测探针31可以根据不同污染物检测需要进行更换，实时测定分析污染物在土壤中的分布与浓度。
实施例1
聚乙烯（PE）在根际土壤中降解实验
首先根据研究实验所选择的植物在根系生长网箱中进行前期培养，此过程无需接触污染物质（聚乙烯）。前期培养完成后将无污染土壤填充根系培养箱体，组装动态监测模块并置入装有植物样本的根系生长网箱。在培养液配制模块中配制含聚乙烯的培养液，利用外壁刻度尺和驱动搅拌杆将培养液配制至实验所需浓度（聚乙烯浓度0.5 mg•L-1），控制流量调节泵将培养液通过传输管输入到根系培养箱体中，最后通过回字渗液管合理布流并结合流量传感器监测流量，同时将动态监测模块安插入土壤中。在培养液输入完成后，研究人员选择相应时间节点记录仪表盘上显示的相关数据，也可通过终端接口连接计算机实现数据传输与分析。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的指导下，在不脱离本发明宗旨的前提下，对该装置的外形设计还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，其特征是结构包括根系培养箱体（1）、培养液配制模块（2）、动态监测模块（3）、根系生长网箱（4）、出水口（5），所述根系培养箱体（1）右侧连接培养液配制模块（2）实现培养液的输入；动态监测模块（3）与根系培养箱体（1）上部连接，实时监测箱体内部土壤中污染物分布及浓度的动态变化；动态监测模块（3）上设有孔洞，根系生长网箱（4）穿过孔洞进入根系培养箱体（1）内部；出水口（5）连接根系培养箱体（1）左侧控制多余培养液或水分流出；
所述的一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，其特征是所述的根系培养箱体（1）内部布置上中下三层的回字渗液管（11），回字渗液管（11）上设有若干细孔，培养液从细孔中渗入土壤，回字渗液管（11）设置有流量传感器（12）监测培养液在管中的流量情况，根系培养箱体（1）外部设有仪表盘（13）显示与控制整个装置的运行，根系培养箱体（1）上部用连接插口（14）与动态监测模块（3）连接，根系培养箱体（1）左侧设置终端接口实现装置的供电与数据传输；
所述的一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，其特征是所述的培养液配制模块（2）箱体底部为隔温基座（21），外壁设有刻度尺（22）与温度指示计（23），在配制含目标污染物质的培养液时分别显示溶液体积与温度情况，培养液配制模块（2）箱体内设有驱动搅拌杆（24）搅拌培养液，所配制培养液通过传输管（26）输入根系培养箱体（1）并通过流量调节泵（25）控制流量。
2.根据权利要求1所述的一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，其特征是所述的动态监测模块（3）通过连接插销（32）与根系培养箱体（1）连接，动态监测模块（3）底部布置有污染物检测探针（31），污染物检测探针（31）根据不同污染物检测需要进行更换。
3.根据权利要求1所述的一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱，其特征是所述的根系生长网箱（4）采用孔径1mm的网片构成，用于植物根系前期培养或转移。
CN202010314046.6A 2020-04-20 2020-04-20 一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱 Active CN111328586B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010314046.6A CN111328586B (zh) 2020-04-20 2020-04-20 一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010314046.6A CN111328586B (zh) 2020-04-20 2020-04-20 一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111328586A CN111328586A (zh) 2020-06-26
CN111328586B true CN111328586B (zh) 2021-10-08

Family

ID=71175273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010314046.6A Active CN111328586B (zh) 2020-04-20 2020-04-20 一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111328586B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115250804B (zh) * 2022-07-04 2023-05-23 生态环境部南京环境科学研究所 基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104244697A (zh) * 2012-02-27 2014-12-24 阿吉齐科技公司 土壤条件的监测与控制
CN204461820U (zh) * 2015-04-03 2015-07-08 上海市环境科学研究院 一种可移动型植物根系分泌物分类收集装置
CN204482610U (zh) * 2015-02-09 2015-07-22 浙江农林大学 植物根系生长实时监控装置
CN105432348A (zh) * 2015-12-11 2016-03-30 浙江大学 根际模拟培养装置及其应用
CN106989776A (zh) * 2017-05-05 2017-07-28 北京农业信息技术研究中心 一种可控环境作物表型连续获取系统及方法
CN207612741U (zh) * 2017-12-18 2018-07-17 河海大学 基于定量控制无机盐浓度和氧气含量的植物生长装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110447424A (zh) * 2019-08-28 2019-11-15 河海大学 一种自主控制根际箱

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104244697A (zh) * 2012-02-27 2014-12-24 阿吉齐科技公司 土壤条件的监测与控制
CN204482610U (zh) * 2015-02-09 2015-07-22 浙江农林大学 植物根系生长实时监控装置
CN204461820U (zh) * 2015-04-03 2015-07-08 上海市环境科学研究院 一种可移动型植物根系分泌物分类收集装置
CN105432348A (zh) * 2015-12-11 2016-03-30 浙江大学 根际模拟培养装置及其应用
CN106989776A (zh) * 2017-05-05 2017-07-28 北京农业信息技术研究中心 一种可控环境作物表型连续获取系统及方法
CN207612741U (zh) * 2017-12-18 2018-07-17 河海大学 基于定量控制无机盐浓度和氧气含量的植物生长装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111328586A (zh) 2020-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102426149B (zh) 一种用于土壤水热耦合试验的系统
CN106318866A (zh) 一种小型多用途细胞培养及实验装置
CN105585129A (zh) 一种模拟原位河道生态系统氮素归趋的装置及方法
CN110501476B (zh) 一种旱作农田氮磷迁移转化的试验方法及装置
CN201060185Y (zh) 温控式垃圾体沉降测定装置
CN105543085A (zh) 用于微生物肥菌培养条件优化控制的微流控装置和方法
CN111328586B (zh) 一种土壤污染物输入控制与动态监测的植物培养箱
CN103865757B (zh) 滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置及其应用
CN101736716B (zh) 土壤溶质运移大型土柱串联模拟装置
CN110133200A (zh) 一种用于研究植物根际微环境的多功能根箱装置
CN108801888A (zh) 一种有机质土室内降解模拟装置
CN210995782U (zh) 污染场地土壤-地下水一体式模拟修复装置
CN206074597U (zh) 一种模拟淋溶、温室气体采集及氨挥发的试验装置
CN205103235U (zh) 土体植物根系角度观察测定试验装置
CN206932892U (zh) 一种无土栽培装置
CN111899623B (zh) 基于一种模拟沉积物磷赋存形态装置的磷释放量评估方法
CN208805375U (zh) 一种集成根际土壤取样和根系分泌物收集的装置
CN111487391A (zh) 一种模拟季节性变化下土壤氮胶体入湖的实验装置
CN102234205B (zh) 一种多功能固态发酵反应器
CN113532961B (zh) 一种u型分层式土壤氧化亚氮气体采集方法
CN206020212U (zh) 一种bod在线自动监测系统
CN214334950U (zh) 一种模拟实际土壤环境中重金属纵向迁移的装置
CN205981349U (zh) 一种测定集气袋中沼气体积的简易装置
CN214593063U (zh) 一种渍涝胁迫试验桶
CN213633405U (zh) 一种自馈式土壤盐渍化吸力量测系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant