CN111406541A - 外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了生态修复领域的外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，实验装置包括水泥池和补光装置，实验方法包括如下步骤：S1：设置6个水泥池用于实验，在水泥池的内腔底部铺设底泥；S2：设置2个对照组，在水泥池中种植沉水植物，采用自然光和黑暗条件做为对照组，以甄别不同补光光源的影响；S3：剩下4个作为处理组，处理组的水泥池上方进行遮蔽，仅接受白色、红色、蓝色和绿色外源光源的照射；S4：在处理组的水泥池内种植相同的沉水植物，然后通过补光装置进行补光实验。预期在悬浮物浓度高、透明度低的水体中，增加水生植物的定殖几率，促进水生植物的生长过程，为湖泊生态修复提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域，具体为外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法。
背景技术
湖泊生态系统是非生物环境与水生生物在一定时间和空间内的组合。湖泊生态系统具有多种多样的功能——调蓄、改善水质、为动物提供栖息地、调节局部气候、为人类提供饮用水与食物等。由于社会和经济的快速发展，作为流域最终的纳污单元，湖泊生态系统承受的干扰或胁迫逐年增加，导致其组成和结构发生了显著的变化。随着大量工农业污废水排入湖泊，我国不同区域的湖泊生态系统均出现了不同程度的富营养化过程。尤其是近几年来，水生植物群落大规模缩小，覆盖度急剧下降。更为严重的是有些湖泊已从清水状态突变至浊水状态，水生植物完全消失。国内外证据表明：水生植物的存在与否及其多样性对湖泊生态系统的功能完整性、景观价值，乃至流域内民生安全具有举足轻重的意义。因此，如何恢复湖泊生态系统中的水生植物是治理湖泊的首要任务。
湖泊富营养化导致的蓝藻水华极大地增加了自然光在水体中的衰减速率，使得水生植物尤其是沉水植物无法进行有效的光合作用。这也是目前湖泊生态系统中水生植物消失的主要原因。因此，光照是富营养化水体中沉水植被恢复的关键限制因子。
基于此，本发明设计了一种外源光对富营养化水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，预期在悬浮物浓度高、透明度低的水体中，增加水生植物的定殖几率，促进水生植物的生长过程，为湖泊生态修复提供技术支撑。不同波长的光在水体中的穿透能力不同，对不同沉水植物及其不同生长阶段可能会产生不同的影响，但这种影响有多大，利用特殊光源补光的方式是否可以改善水下光环境，影响的范围、成本等是否可行，目前均不清楚。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，所述的实验装置包括水泥池和补光装置，所述水泥池的内腔底部铺设有底泥，在所述底泥上种植有沉水植物，所述补光装置包括一灯罩，所述灯罩的顶部固定有灯罩固定杆，所述灯罩固定杆上连接牵引绳的一端，所述牵引绳的另一端与电动滑轮模块相连接，所述灯罩内壁上均匀布有多个LED灯珠，所述灯罩的内腔底部设有光强传感模块和光质传感模块，所述灯罩的内部竖直固定有灯罩线管，所述灯罩的外部设有自动清洗装置，所述光强传感模块和光质传感模块通过数据传输线缆与外部综合控制模块相连接，所述LED灯珠、电动滑轮模块和自动清洗装置通过综合控制模块与外部电源连接。
优选的，所述数据传输线缆贯穿于灯罩线管的内部。
优选的，所述自动清洗装置包括丝杆、光轴、电机和清洗架，所述丝杆和光轴竖直对称设置在灯罩的两侧，所述灯罩的顶部安装有电机，所述电机的输出端通过轴承与丝杆的顶端相连接，所述清洗架套设在灯罩的外部，所述清洗架的表面两侧开有螺纹孔和通孔，所述丝杆和光轴分别贯穿于螺纹孔和通孔的内部。
优选的，所述清洗架呈圆环形状，所述清洗架的内侧壁设有与灯罩外壁相贴合的刷毛。
优选的，所述的实验方法包括如下步骤：
S1：设置6个水泥池用于实验，在水泥池的内腔底部铺设底泥；
S2：设置2个对照组，在水泥池中种植沉水植物，采用天然光和黑暗条件作为对照组，以甄别不同补光光源的影响；
S3：其他4个作为处理组，处理组的水泥池上方进行遮蔽，营造一个无光的环境；
S4：在处理组的水泥池内种植相同的沉水植物，然后通过4种不同补光装置进行补光实验。
优选的，所述沉水植物包括但不仅限于：苦草、马来眼子菜、菹草、伊乐藻。
优选的，所述补光装置中LED灯在水生植物定殖初期，设定波长为390-780nm，在水生植物生长阶段，设定波长为450-465nm以及615-650nm。
优选的，所述补光装置中LED灯珠的光照强度维持在5000lux。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明预期在悬浮物浓度高、透明度低的水体中，增加水生植物的定殖几率，促进水生植物的生长过程，为湖泊生态修复提供技术支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实验装置结构示意图；
图2为本发明灯罩清洗机构图；
图3为本发明实验的数据图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、灯罩；2、灯罩固定杆；3、电动滑轮模块；4、LED灯珠；5、灯罩线管；6、清洗架；61、螺纹孔；62、通孔；7、光质传感模块；8、光强传感模块；9、数据传输线缆；10、综合控制模块；11、丝杆；12、光轴；13、电机。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置包括水泥池和补光装置，水泥池的内腔底部铺设有底泥，在底泥上种植有沉水植物。
补光装置包括一灯罩1，灯罩1的顶部固定有灯罩固定杆2，灯罩固定杆2上连接牵引绳的一端，牵引绳的另一端与电动滑轮模块3相连接，通过电动滑轮模块3作为动力，以调节灯罩1在水体中深度，可满足在透明度低的水环境中水生植物的定殖和生长，待水生植物的长度达到真光层深度后，可撤销并回收LED灯，以减少湖泊生态修复成本。
灯罩1内壁上均匀布有多个LED灯珠4，灯罩1的内腔底部设有光质传感模块7和光强传感模块8。根据前期实验结果，LED灯的光照强度为5000lux时，水生植物的生长和繁殖速度最快。因此，手动调节LED灯的光照强度，通过光强传感装置，使其达到5000lux；LED灯珠4放射不同波长的光线，通过光质传感模块7，将波长数据通过数据传输线缆9传送至综合控制模块10。然后手动设置或者改动波长数据，以确保水生植物在不同生长阶段都接收最适宜波长的辐射。
灯罩1的内部竖直固定有灯罩线管5，灯罩1的外部设有自动清洗装置，通过表面设置的自动清洗装置，不定期的对灯罩1的外壁附着物进行清洁，防止附着生物在灯罩1表面大量生长和繁殖，从而可提高LED灯的辐射效率，增加LED灯的使用寿命。
光质传感模块7和光强传感模块8通过数据传输线缆9与外部综合控制模块10相连接，LED灯珠4、电动滑轮模块3和自动清洗装置通过综合控制模块10与外部电源连接。
其中，数据传输线缆9贯穿于灯罩线管5的内部。
其中，光强传感模块型号采用TSL2540AmbientLightSensor、光质传感模块型号采用TCS3400ColorSensor、数据传输线缆型号采用COLANSENSOR500。
其中，自动清洗装置包括丝杆11、光轴12、电机13和清洗架6，丝杆11和光轴12竖直对称设置在灯罩1的两侧，灯罩1的顶部安装有电机13，电机13的输出端通过轴承与丝杆11的顶端相连接，清洗架6套设在灯罩1的外部，清洗架6的表面两侧开有螺纹孔61和通孔62，丝杆11和光轴12分别贯穿于螺纹孔61和通孔62的内部，清洗架6呈圆环形状，清洗架6的内侧壁设有与灯1罩外壁相贴合的刷毛。通过综合控制模块10可控制电机13进行工作，电机13通过丝杆11和光轴12可带点清洗架6在灯罩1的外部进行上下移动，以实现对灯罩1的外部进行清洗。
实施例2
在太湖站的水泥池中进行，外源光对水体中沉水植物生长影响的实验方法包括如下步骤：
S1：设置6个水泥池用于实验，在水泥池的内腔底部铺设底泥；
S2：设置2个对照组，在水泥池中种植沉水植物，采用天然光和黑暗条件作为对照组，以甄别不同补光光源的影响；
S3：其他4个作为处理组，处理组的水泥池上方进行遮蔽，营造一个无光的环境；
S4：在处理组的水泥池内种植相同的沉水植物，然后通过4种不同补光装置进行补光实验。测定沉水植物的生长状态及群落的变化，如：叶绿素荧光、植株的形态及生理生化指标(如：植株长度、根系长度、生物量等)、覆盖度等；
其中，沉水植物包括但不仅限于：苦草、马来眼子菜、菹草、伊乐藻。
其中，补光装置中LED灯珠4在水生植物定殖初期，设定波长为390-780nm，在水生植物生长阶段，设定波长为450-465nm以及615-650nm。
其中，补光装置中LED灯珠4的光照强度维持在5000lux。
通过本发明设计，水生植物在自然光不足的条件下依然可正常生长，叶片面积、周长及长度均有显著增加，尤其是长度从15厘米增加至60厘米。另外，水生植物种群植株数量从16株增加至52株，如图2所示的实验的数据图。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，其特征在于：所述的实验装置包括水泥池和补光装置，所述水泥池的内腔底部铺设有底泥，在所述底泥上种植有沉水植物，所述补光装置包括一灯罩，所述灯罩的顶部固定有灯罩固定杆，所述灯罩固定杆上连接牵引绳的一端，所述牵引绳的另一端与电动滑轮模块相连接，所述灯罩内壁上均匀布有多个LED灯珠，所述灯罩的内腔底部设有光强传感模块和光质传感模块，所述灯罩的内部竖直固定有灯罩线管，所述灯罩的外部设有自动清洗装置，所述光强传感模块和光质传感模块通过数据传输线缆与外部综合控制模块相连接，所述LED灯珠、电动滑轮模块和自动清洗装置通过综合控制模块与外部电源连接。
2.根据权利要求1所述的外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，其特征在于：所述数据传输线缆贯穿于灯罩线管的内部。
3.根据权利要求1所述的外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，其特征在于：所述自动清洗装置包括丝杆、光轴、电机和清洗架，所述丝杆和光轴竖直对称设置在灯罩的两侧，所述灯罩的顶部安装有电机，所述电机的输出端通过轴承与丝杆的顶端相连接，所述清洗架套设在灯罩的外部，所述清洗架的表面两侧开有螺纹孔和通孔，所述丝杆和光轴分别贯穿于螺纹孔和通孔的内部。
4.根据权利要求3所述的外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，其特征在于：所述清洗架呈圆环形状，所述清洗架的内侧壁设有与灯罩外壁相贴合的刷毛。
5.根据权利要求1所述的外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，其特征在于：所述的实验方法包括如下步骤：
S1：设置6个水泥池用于实验，在水泥池的内腔底部铺设底泥；
S2：设置2个对照组，在水泥池中种植沉水植物，采用天然光和黑暗条件作为对照组，以甄别不同补光光源的影响；
S3：其他4个作为处理组，处理组的水泥池上方进行遮蔽，营造一个无光的环境；
S4：在处理组的水泥池内种植相同的沉水植物，然后通过4种不同补光装置进行补光实验。
6.根据权利要求5所述的外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，其特征在于：所述沉水植物包括但不仅限于：苦草、马来眼子菜、菹草、伊乐藻。
7.根据权利要求5所述的外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，其特征在于：所述补光装置中LED灯在水生植物定殖初期，设定波长为390-780nm，在水生植物生长阶段，设定波长为450-465nm以及615-650nm。
8.根据权利要求5所述的外源光对水体中沉水植物生长影响的实验装置及实验方法，其特征在于：所述补光装置中LED灯珠的光照强度维持在5000lux。
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|---|---|---|---|---|
| CN114772737A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-22 | 中国科学院南京地理与湖泊研究所 | 一种用于水生植物恢复的水下光场-水质调控装置及方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114772737A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-22 | 中国科学院南京地理与湖泊研究所 | 一种用于水生植物恢复的水下光场-水质调控装置及方法 |
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