CN115250804B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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，装置包括支撑组件、培育箱和光照组件；支撑组件包括底板和立柱，立柱设在底板上端面两侧，立柱上套设有伸缩套，伸缩套上设有贯穿伸缩套且与立柱滑动卡接的连接套，连接套上设有延长杆；培育箱设置有数个，其中一个培育箱与伸缩套连接；其余各个培育箱分别与对应侧的延长杆连接，各个培育箱上端均卡接有定植板，各个培育箱底部均设置有滤网和积液收集箱；光照组件包括LED灯板和伸缩调节杆，伸缩调节杆顶端与LED灯板连接，底端与底板连接；本发明的装置结构设计合理，能够为重金属毒害作用预测提供可靠的试验数据，适宜推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及土壤重金属研究技术领域，具体涉及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。
背景技术
土壤既是人类赖以生存的主要的自然资源之一，又是人类生态环境的重要组成部分。土壤对于外来污染物是有自净能力的，但是当外来的污染物超过这种自净能力时，就会使土壤的正常机能遭到破坏，失去自然生态平衡。随着快速增长的全球人口、不断扩大的工业生产规模和快速发展的城市化进程，土壤所承受的压力也越来越大。
土壤重金属污染具有危害大，隐蔽性强，广泛性和滞后性及不可逆转性等特点。农用地土壤环境的改变不仅直接影响农产品的质量，也会导致很多农产品对人体有害的重金属元素超标，部分地区土壤和农产品重金属超标问题尤为严重。土壤镉污染已经成为土壤重金属污染的突出问题，对植物生长，人体健康，生态安全等都造成了极大的伤害。
利用植物预测土壤镉污染的毒害作用是研究推导不同土壤条件下的基于食品健康安全的土壤镉的临界值的有效手段，然而现有技术中缺少一种基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了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。
本发明的技术方案为：基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，包括支撑组件、培育箱和光照组件；支撑组件包括底板和立柱，立柱设置有两个，两个立柱分别设置在底板上端面左右两侧，两个立柱上均活动套设有伸缩套，两个伸缩套上均设置有开槽，两个伸缩套上均活动套设有数个连接套，各个连接套上均设置有贯穿开槽且与对应侧的立柱滑动卡接的滑块，各个连接套的前后两个侧壁上均设置有延长杆；伸缩套与立柱连接处、连接套与伸缩套连接处均设置有限位销；
培育箱设置有数个，培育箱由透明有机玻璃制成，其中一个培育箱的两侧分别与两个伸缩套的顶端固定连接；其余各个培育箱分别与对应侧的两个延长杆滑动卡接，各个培育箱上端开口处均活动卡接有定植板，各个定植板上均设置有数个定植环，各个培育箱底部均设置有滤网，各个培育箱下端面均设置有积液收集箱；
光照组件包括LED灯板和伸缩调节杆，LED灯板位于两个立柱的上端，伸缩调节杆设置有两个，两个伸缩调节杆的顶端分别与LED灯板的两侧固定连接，底端分别与底板活动卡接。
进一步地，定植板上贯穿设置有条形槽，各个定植环均滑动卡接在条形槽内部，通过设置能够在条形槽内部移动的定植环，便于对试验植物的种植密度进行调节，从而提高试验结果的可靠性。
进一步地，两个伸缩调节杆的底端均贯穿底板且均设置有与底板转动卡接的扇形齿板；底板内部两侧均设置有微型电机，两个微型电机分别通过微型齿轮与对应侧的扇形齿板啮合连接，利用微型电机带动扇形齿板旋转，从而使伸缩调节杆带动LED灯板在培育箱上方旋转，从而能能提高试验植物的光照均匀性。
进一步地，各个培育箱上端开口处均活动卡接有位于定植板下端的松土组件，松土组件包括安装盒、动力电机和移动梁，安装盒活动卡接在培育箱上端开口一侧，安装盒上转动卡接有两个旋转丝杠，两个旋转丝杠的一端均贯穿安装盒且均设置有连接齿轮，两个旋转丝杠的另一端分别与培育箱上端开口另一侧转动卡接，动力电机固定设置在安装盒上，动力电机的输出轴贯穿安装盒且设置有分别与两个连接齿轮啮合连接的驱动齿轮，移动梁设置有数个，各个移动梁的两端分别通过螺纹套与对应侧的旋转丝杠螺纹连接，各个移动梁下底面均设置有数个松土板，利用动力电机带动两个旋转丝杠旋转，从而使各个移动梁沿旋转丝杠移动，利用移动梁下端的松土板对种植土壤进行翻动，有利于促进试验植物的生长。
进一步地，各个移动梁的两端分别与对应侧的螺纹套滑动卡接，且连接处均设置有定位螺栓；通过设置能够在螺纹套上移动的移动梁，便于根据试验植物的种植位置对移动梁进行调节，避免移动梁移动过程中对试验植物造成伤害。
进一步地，各个培育箱内部均活动卡接有收集网箱，土壤收集网箱位于松土组件下端；通过设置收集网箱，便于对培育箱内种植土壤进行收集和转移。
进一步地，还包括PLC控制器，PLC控制器与微型电机电性连接；通过设置PLC控制器，有利于提高本发明的自动化程度，从而提高试验效率。
进一步地，移动梁下底面的松土板倾斜设置，且相邻两个移动梁下底面的松土板的倾斜方向相反；倾斜设置的松土板有利于提高松土效率。
进一步地，底板上活动卡接有保温罩，培育箱和光照组件均位于保温罩内部，保温罩上均匀设置有数个透气孔；通过设置保温罩便于对试验植物的生长温度进行调节。
本发明还提供了基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培方法包括以下步骤：
S1、根据土培植物的种植要求调节伸缩套在立柱上的位置，以及各个连接套在伸缩套上的位置，以此调节各个培育箱在水平和竖直方向上的间距；
S2、向各个培育箱内部填充种植土壤，并根据需要调节种植土壤的湿度、pH和镉离子浓度，然后将定植板卡接在培育箱上端开口处，并向各个定植板上的定植环内种植试验植物；
S3、根据试验植物对于光照条件的要求，调节两个伸缩调节杆的高度，然后将LED灯板与外部电源连接，为试验植物提供光照条件；
S4、试验植物生长过程中，通过培育箱观察试验植物的根长状况，种植土壤中沉积的水分通过滤网后进入积液收集箱，通过检测积液收集箱内部积液，研究土壤中镉离子的迁移路径。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：
第一、本发明结构设计合理，通过设置多个培育箱，便于根据试验要求设计多个平行试验，有利于提高试验结果的准确性和可靠性，为土壤镉污染的治理指明了方向；
第二、本发明的支撑组件能够进行横向和纵向两个维度的调节，从而便于根据试验植物的种植要求进行调节，有效提高了装置的实用性和可靠性；
第三、通过本发明的装置进行植入土培过程中，便于对植物的生长条件进行调节和控制，从而有效提高了试验过程中采集数据的可靠性和丰富度。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的纵剖图；
图4是本发明的培育箱与支撑组件的连接示意图；
图5是本发明的伸缩套、连接套与立柱的连接示意图；
图6是本发明的定植环在定植板上的分布图；
图7是本发明的松土组件与培育箱的连接示意图；
图8是本发明的移动梁与旋转丝杠的连接示意图；
图9是本发明的微型齿轮与扇形齿板的连接示意图；
其中，1-支撑组件、10-底板、11-立柱、12-伸缩套、120-开槽、13-连接套、130-滑块、14-延长杆、15-保温罩、2-培育箱、20-定植板、200-定植环、201-条形槽、21-滤网、22-积液收集箱、23-收集网箱、3-光照组件、30-LED灯板、31-伸缩调节杆、32-扇形齿板、33-微型电机、330-微型齿轮、4-松土组件、40-安装盒、400-旋转丝杠、401-连接齿轮、41-动力电机、410-驱动齿轮、42-移动梁、420-螺纹套、421-松土板。
具体实施方式
实施例1
如图1、3、4、5所示的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，包括支撑组件1、培育箱2和光照组件3；支撑组件1包括底板10和立柱11，立柱11设置有两个，两个立柱11分别设置在底板10上端面左右两侧，两个立柱11上均活动套设有伸缩套12，两个伸缩套12上均设置有开槽120，两个伸缩套12上均活动套设有两个连接套13，各个连接套13上均设置有贯穿开槽120且与对应侧的立柱11滑动卡接的滑块130，各个连接套13的前后两个侧壁上均设置有延长杆14；伸缩套12与立柱连接处、连接套13与伸缩套12连接处均设置有限位销；
如图1、2所示，培育箱2设置有5个，培育箱2由透明有机玻璃制成，其中一个培育箱2的两侧分别与两个伸缩套12的顶端固定连接；其余各个培育箱2分别与对应侧的两个延长杆14滑动卡接，各个培育箱2上端开口处均活动卡接有定植板20，各个定植板20上均设置有4个定植环200，各个培育箱2底部均设置有滤网21，各个培育箱2下端面均设置有积液收集箱22；
如图1、2所示，光照组件3包括LED灯板30和伸缩调节杆31，LED灯板30位于两个立柱11的上端，伸缩调节杆31设置有两个，两个伸缩调节杆31的顶端分别与LED灯板30的两侧固定连接，底端分别与底板10活动卡接。LED灯板30位为市售产品，且由外部电源供电。
实施例2
本实施例记载的是实施例1的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置的土培方法，包括以下步骤：
S1、根据土培植物的植株高度调节伸缩套12在立柱11上的位置，以及各个连接套13在伸缩套12上的位置，以此调节各个培育箱2在水平和竖直方向上的间距；
S2、向各个培育箱2内部填充种植土壤，并根据需要调节种植土壤的湿度、pH和镉离子浓度，然后将定植板20卡接在培育箱2上端开口处，并向各个定植板20上的定植环200内种植试验植物；
S3、根据试验植物对于光照条件的要求，调节两个伸缩调节杆31的高度，然后将LED灯板30与外部电源连接，为试验植物提供光照条件；
S4、试验植物生长过程中，通过培育箱2观察试验植物的根长状况，种植土壤中沉积的水分通过滤网21后进入积液收集箱22，通过检测积液收集箱22内部积液，研究土壤中镉离子的迁移路径。
实施例3
如图1、3、4、5所示的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，包括支撑组件1、培育箱2、光照组件3和PLC控制器；支撑组件1包括底板10和立柱11，立柱11设置有两个，两个立柱11分别设置在底板10上端面左右两侧，两个立柱11上均活动套设有伸缩套12，两个伸缩套12上均设置有开槽120，两个伸缩套12上均活动套设有两个连接套13，各个连接套13上均设置有贯穿开槽120且与对应侧的立柱11滑动卡接的滑块130，各个连接套13的前后两个侧壁上均设置有延长杆14；伸缩套12与立柱连接处、连接套13与伸缩套12连接处均设置有限位销；底板10上活动卡接有保温罩15，保温罩15上均匀设置有数个透气孔；
如图1、2、6所示，培育箱2设置有5个，培育箱2由透明有机玻璃制成，其中一个培育箱2的两侧分别与两个伸缩套12的顶端固定连接；其余各个培育箱2分别与对应侧的两个延长杆14滑动卡接，各个培育箱2上端开口处均活动卡接有定植板20，各个定植板20上均设置有4个定植环200，各个培育箱2底部均设置有滤网21，各个培育箱2下端面均设置有积液收集箱22；定植板20上贯穿设置有条形槽201，各个定植环200均滑动卡接在条形槽201内部；各个培育箱2内部均活动卡接有收集网箱23；
如图1、2、9所示，光照组件3包括LED灯板30和伸缩调节杆31，LED灯板30位于两个立柱11的上端，伸缩调节杆31设置有两个，两个伸缩调节杆31的顶端分别与LED灯板30的两侧固定连接，底端分别与底板10活动卡接；两个伸缩调节杆31的底端均贯穿底板10且均设置有与底板10转动卡接的扇形齿板32；底板10内部两侧均设置有微型电机33，两个微型电机33分别通过微型齿轮330与对应侧的扇形齿板32啮合连接；
PLC控制器分别与LED灯板30和微型电机33电性连接；PLC控制器、LED灯板30和微型电机33均为市售产品。
实施例4
本实施例记载的是实施例3的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置的土培方法，包括以下步骤：
S1、根据土培植物的植株高度调节伸缩套12在立柱11上的位置，以及各个连接套13在伸缩套12上的位置，以此调节各个培育箱2在水平和竖直方向上的间距；
S2、向各个培育箱2内部的收集网箱23内填充种植土壤，并根据需要调节种植土壤的湿度、pH和镉离子浓度，然后将定植板20卡接在培育箱2上端开口处，并向各个定植板20上的定植环200内种植试验植物；
S3、根据试验植物对于光照条件的要求，调节两个伸缩调节杆31的高度，然后将LED灯板30与外部电源连接，利用PLC控制器控制微型电机33启动，微型电机33分别通过微型齿轮330与对应侧的扇形齿板32啮合连接，利用微型电机33带动扇形齿板32旋转，从而使伸缩调节杆31带动LED灯板30在培育箱2上方旋转；
S4、试验植物生长过程中，通过培育箱2观察试验植物的根长状况，种植土壤中沉积的水分通过滤网21后进入积液收集箱22，通过检测积液收集箱22内部积液，研究土壤中镉离子的迁移路径。
实施例5
如图1、3、4、5所示的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，包括支撑组件1、培育箱2、光照组件3和PLC控制器；支撑组件1包括底板10和立柱11，立柱11设置有两个，两个立柱11分别设置在底板10上端面左右两侧，两个立柱11上均活动套设有伸缩套12，两个伸缩套12上均设置有开槽120，两个伸缩套12上均活动套设有两个连接套13，各个连接套13上均设置有贯穿开槽120且与对应侧的立柱11滑动卡接的滑块130，各个连接套13的前后两个侧壁上均设置有延长杆14；伸缩套12与立柱连接处、连接套13与伸缩套12连接处均设置有限位销；底板10上活动卡接有保温罩15，保温罩15上均匀设置有数个透气孔；
如图1、2、6、7、8所示，培育箱2设置有5个，培育箱2由透明有机玻璃制成，其中一个培育箱2的两侧分别与两个伸缩套12的顶端固定连接；其余各个培育箱2分别与对应侧的两个延长杆14滑动卡接，各个培育箱2上端开口处均活动卡接有定植板20，各个定植板20上均设置有4个定植环200，各个培育箱2底部均设置有滤网21，各个培育箱2下端面均设置有积液收集箱22；定植板20上贯穿设置有条形槽201，各个定植环200均滑动卡接在条形槽201内部；各个培育箱2内部均活动卡接有收集网箱23；各个培育箱2上端开口处均活动卡接有位于定植板20下端的松土组件4，松土组件4包括安装盒40、动力电机41和移动梁42，安装盒40活动卡接在培育箱2上端开口一侧，安装盒40上转动卡接有两个旋转丝杠400，两个旋转丝杠400的一端均贯穿安装盒40且均设置有连接齿轮401，两个旋转丝杠400的另一端分别与培育箱2上端开口另一侧转动卡接，动力电机41固定设置在安装盒40上，动力电机41的输出轴贯穿安装盒40且设置有分别与两个连接齿轮401啮合连接的驱动齿轮410，移动梁42设置有5个，各个移动梁42的两端分别通过螺纹套420与对应侧的旋转丝杠400螺纹连接，各个移动梁42下底面均设置有数个松土板421；各个移动梁42的两端分别与对应侧的螺纹套420滑动卡接，且连接处均设置有定位螺栓；移动梁42下底面的松土板421倾斜设置，且相邻两个移动梁42下底面的松土板421的倾斜方向相反；
如图1、2、9所示，光照组件3包括LED灯板30和伸缩调节杆31，LED灯板30位于两个立柱11的上端，伸缩调节杆31设置有两个，两个伸缩调节杆31的顶端分别与LED灯板30的两侧固定连接，底端分别与底板10活动卡接；两个伸缩调节杆31的底端均贯穿底板10且均设置有与底板10转动卡接的扇形齿板32；底板10内部两侧均设置有微型电机33，两个微型电机33分别通过微型齿轮330与对应侧的扇形齿板32啮合连接；
PLC控制器分别与LED灯板30、微型电机33和动力电机41电性连接；PLC控制器、LED灯板30、微型电机33和动力电机41均为市售产品。
实施例6
本实施例记载的是实施例5的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置的土培方法，包括以下步骤：
S1、根据土培植物的植株高度调节伸缩套12在立柱11上的位置，以及各个连接套13在伸缩套12上的位置，以此调节各个培育箱2在水平和竖直方向上的间距；
S2、向各个培育箱2内部的收集网箱23内填充种植土壤，并根据需要调节种植土壤的湿度、pH和镉离子浓度，然后将定植板20卡接在培育箱2上端开口处，并向各个定植板20上的定植环200内种植试验植物；
S3、根据试验植物对于光照条件的要求，调节两个伸缩调节杆31的高度，然后将LED灯板30与外部电源连接，利用PLC控制器控制微型电机33启动，微型电机33分别通过微型齿轮330与对应侧的扇形齿板32啮合连接，利用微型电机33带动扇形齿板32旋转，从而使伸缩调节杆31带动LED灯板30在培育箱2上方旋转；
S4、试验植物生长过程中，通过培育箱2观察试验植物的根长状况，种植土壤中沉积的水分通过滤网21后进入积液收集箱22，通过检测积液收集箱22内部积液，研究土壤中镉离子的迁移路径。
S5、利用PLC控制器控制动力电机41启动，利用动力电机41带动两个旋转丝杠400旋转，从而使各个移动梁42沿旋转丝杠400移动，利用移动梁42下端的松土板421对种植土壤进行翻动。
Claims (6)
1.基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，其特征在于，包括支撑组件（1）、培育箱（2）和光照组件（3）；所述支撑组件（1）包括底板（10）和立柱（11），所述立柱（11）设置有两个，两个立柱（11）分别设置在所述底板（10）上端面左右两侧，两个立柱（11）上均活动套设有伸缩套（12），两个所述伸缩套（12）上均设置有开槽（120），两个伸缩套（12）上均活动套设有数个连接套（13），各个所述连接套（13）上均设置有贯穿开槽（120）且与对应侧的立柱（11）滑动卡接的滑块（130），各个连接套（13）的前后两个侧壁上均设置有延长杆（14）；
所述培育箱（2）设置有数个，培育箱（2）由透明有机玻璃制成，其中一个培育箱（2）的两侧分别与两个伸缩套（12）的顶端固定连接；其余各个培育箱（2）分别与对应侧的两个延长杆（14）滑动卡接，各个培育箱（2）上端开口处均活动卡接有定植板（20），各个所述定植板（20）上均设置有数个定植环（200），各个培育箱（2）底部均设置有滤网（21），各个培育箱（2）下端面均设置有积液收集箱（22）；
所述光照组件（3）包括LED灯板（30）和伸缩调节杆（31），所述LED灯板（30）位于两个立柱（11）的上端，所述伸缩调节杆（31）设置有两个，两个伸缩调节杆（31）的顶端分别与LED灯板（30）的两侧固定连接，两个伸缩调节杆（31）的底端分别与底板（10）活动卡接；
两个所述伸缩调节杆（31）的底端均贯穿底板（10）且均设置有与底板（10）转动卡接的扇形齿板（32）；底板（10）内部两侧均设置有微型电机（33），两个所述微型电机（33）分别通过微型齿轮（330）与对应侧的扇形齿板（32）啮合连接；
各个所述培育箱（2）上端开口处均活动卡接有位于定植板（20）下端的松土组件（4），所述松土组件（4）包括安装盒（40）、动力电机（41）和移动梁（42），所述安装盒（40）活动卡接在培育箱（2）上端开口一侧，安装盒（40）上转动卡接有两个旋转丝杠（400），两个所述旋转丝杠（400）的一端均贯穿安装盒（40）且均设置有连接齿轮（401），两个旋转丝杠（400）的另一端分别与培育箱（2）上端开口另一侧转动卡接，所述动力电机（41）固定设置在安装盒（40）上，动力电机（41）的输出轴贯穿安装盒（40）且设置有分别与两个连接齿轮（401）啮合连接的驱动齿轮（410），所述移动梁（42）设置有数个，各个移动梁（42）的两端分别通过螺纹套（420）与对应侧的旋转丝杠（400）螺纹连接，各个移动梁（42）下底面均设置有数个松土板（421）；移动梁（42）下底面的松土板（421）倾斜设置，且相邻两个移动梁（42）下底面的松土板（421）的倾斜方向相反。
2.根据权利要求1所述的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，其特征在于，所述定植板（20）上贯穿设置有条形槽（201），各个所述定植环（200）均滑动卡接在条形槽（201）内部。
3.根据权利要求1所述的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，其特征在于，各个所述移动梁（42）的两端分别与对应侧的螺纹套（420）滑动卡接。
4.根据权利要求1所述的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，其特征在于，各个所述培育箱（2）内部均活动卡接有收集网箱（23），所述收集网箱（23）位于松土组件（4）下端。
5.根据权利要求1所述的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置，其特征在于，还包括PLC控制器，所述PLC控制器与微型电机（33）电性连接。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的基于重金属毒害作用预测土壤镉污染的植物土培装置的土培方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据土培植物的种植要求调节伸缩套（12）在立柱（11）上的位置，以及各个连接套（13）在伸缩套（12）上的位置，以此调节各个培育箱（2）在水平和竖直方向上的间距；
S2、向各个培育箱（2）内部填充种植土壤，并根据需要调节种植土壤的湿度、pH和镉离子浓度，然后将定植板（20）卡接在培育箱（2）上端开口处，并向各个定植板（20）上的定植环（200）内种植试验植物；
S3、根据试验植物对于光照条件的要求，调节两个伸缩调节杆（31）的高度，然后将LED灯板（30）与外部电源连接，为试验植物提供光照条件；
S4、试验植物生长过程中，通过培育箱（2）观察试验植物的根长状况，种植土壤中沉积的水分通过滤网（21）后进入积液收集箱（22），通过检测积液收集箱（22）内部积液，研究土壤中镉离子的迁移路径。
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