CN116879526A - 一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置及涨退潮模拟方法 - Google Patents
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Abstract
一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置及涨退潮模拟方法，属于海洋潮汐模拟技术领域，在实验玻璃缸侧面靠近底部位置设有进水口，实验玻璃缸外部设有储水器，储水器底部设有进水管，进水管通过U型管与实验玻璃缸的进水口相连接，并使储水器与实验玻璃缸相贯通，实验玻璃缸内部设有土壤涨退模拟机构，土壤涨退模拟机构包括退潮、涨潮和涨退交替三个模拟组件，分别用于模拟退潮、涨潮和涨退交替三种场景。本发明结构及方法简单，可同时模拟退潮，涨潮和涨退交替三种场景，适用于湖泊、湿地、河流、海洋等水陆过渡带土壤的退潮、涨潮及涨退交替环境模拟，对模拟水陆过渡带土壤及其微生物群落的环境生态功能研究具有重要的推进作用。
Description
技术领域
本发明属于海洋潮汐模拟技术领域，具体地说是一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置。
背景技术
潮间带是从高潮时到低潮时海水经历的地带，是陆地与海洋之间的过渡带。受潮汐作用的影响，潮间带出现周期性的暴露与淹没现象，即涨退交替现象。在此期间，系统中的各种环境因子会发生一系列的物理、化学和生物变化。潮水周期性涨退引起的涨退变化会影响潮间带土壤的微生物群落响应及理化性质等。
目前关于一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置研究较少，多数方法改变了土壤的原有属性，不能准确模拟原位土壤的涨退交替变化情况，无法同时实现退潮、涨潮及涨退交替的环境，并且装置过于简单，无法控制水位不变，运行时间比较短，因此亟需设计一种能够控制海水水位变化及涨退交替环境的室内培养装置。
发明内容
为解决以上背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置。
为实现以上目的，本发明采用技术方案为：
一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，包括：实验玻璃缸，该实验玻璃缸侧面靠近底部位置设有进水口，包括设置在实验玻璃缸外部的储水器，储水器底部设有进水管，所述的进水管通过U型管与实验玻璃缸的进水口相连接，并使储水器与实验玻璃缸相贯通，实验玻璃缸内部设有土壤涨退模拟机构，所述的土壤涨退模拟机构包括退潮、涨潮和涨退交替三个模拟组件，分别用于模拟退潮、涨潮和涨退交替三种场景；三个模拟组件中分别设有用于放置土壤的透明石英玻璃管，透明石英玻璃管底部设有微孔玻璃纤维滤膜，土壤样本设置在透明石英玻璃管内。
进一步的，退潮模拟组件包括设置在实验玻璃缸内顶部的固定支架，透明石英玻璃管设置在固定支架底部的托板上，且使透明石英玻璃管底部在实验玻璃缸内海水水位以上。
进一步的，涨潮模拟组件中的透明石英玻璃管设置在实验玻璃缸底部，且使透明石英玻璃管顶部在实验玻璃缸内海水水位以上。
进一步的，涨退交替模拟组件包括自动升降支架，包括设置在实验玻璃缸内的吊篮，该吊篮与自动升降支架通过吊绳相连接，所述的自动升降支架上设有均速升降控制器，用于控制吊篮的升降，透明石英玻璃管设置在吊篮底部的托板上。当进行模拟涨退交替环境实验时，通过控制自动升降支架的高低以模拟透明石英玻璃管中土壤的退潮和涨潮环境，在涨潮处理阶段，下调自动升降支架使透明石英玻璃管位于实验玻璃缸的底部，海水水位高于透明石英玻璃管中土壤的上部；在退潮处理阶段，上调自动升降支架使透明石英玻璃管底部高于海水水位。
进一步的，所述的储水器为能够上下移动的活动连接，通过储水器的上下移动调整实验玻璃缸内海水水位高低。
进一步的，所述的微孔玻璃纤维滤膜可更换的固定在透明石英玻璃管底部，实验玻璃缸内的海水通过微孔玻璃纤维滤膜进入透明石英玻璃管内。
进一步的，所述的托板为带有若干通孔的平板，或为网板结构。
一种涨退潮模拟方法，通过本发明装置实现，该模拟方法包括模拟退潮、涨潮和涨退交替三种场景，其中，涨潮场景是将含有土壤的透明石英玻璃管置于实验玻璃缸的底部；退潮场景是将自动升降支架上调，使透明石英玻璃管的底部高于实验玻璃缸内的海水水位；涨退交替场景是通过均速控制自动升降支架的上下移动实现。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：
1.通过所述实验装置能利用原位海水及土壤，同时实现退潮、涨潮及涨退交替环境三个不同实验组。
2.通过所述实验装置能精准的控制海水水位及土壤涨退交替环境。
3.所述实验装置能运行较长时间，可精确模拟退潮、涨潮及涨退交替环境，对不同实验条件下土壤中的微生物多样性及溶解性有机物等研究具有很重要的实际意义。
4.所述实验装置结构简单、操作方便、适用于模拟多种水陆过渡带土壤涨退交替的环境，具备灵活性，可于室内操作。
附图说明
图1为一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置的结构示意图。
图中，1.实验玻璃缸，2.固定支架，3.透明石英玻璃管；4.微孔玻璃纤维滤膜；5.储水器；6.进水管；7.自动升降支架；8.均速升降控制器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明所述实验装置作进一步详细说明。
本发明所述一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，包括储水器5、实验玻璃缸1、微孔玻璃纤维滤膜4、透明石英玻璃管3、固定支架2、自动升降支架7、进水管6，如图1所示。本发明中进水管6通过U型管与实验玻璃缸1的进水口相连接，并使储水器5与实验玻璃缸1相贯通，储水器5为能够上下移动的活动连接，其目的是通过U型管原理储水器5的上下移动调整实验玻璃缸1内海水水位高低，确保海水水位在设定的高度。实验玻璃缸1内部设有土壤涨退模拟机构，所述的土壤涨退模拟机构包括退潮、涨潮和涨退交替三个模拟组件，分别用于模拟退潮、涨潮和涨退交替三种场景；三个模拟组件中分别设有用于放置土壤的透明石英玻璃管3，该透明石英玻璃管3为贯通的管状结构，透明石英玻璃管3底部设有微孔玻璃纤维滤膜4，透明石英玻璃管3和其底部的微孔玻璃纤维滤膜4组成样品柱，土壤样本设置在透明石英玻璃管3内。进行模拟涨退交替实验时，涨潮阶段含有土壤的透明石英玻璃管3置于实验玻璃缸1的底部，退潮阶段将自动升降支架7上调，使透明石英玻璃管3的底部高于实验玻璃缸1内的海水水位。实验过程中，实验玻璃缸1内的原位海水会有一定程度的蒸发，可通过上下调节储水器5的高度控制实验玻璃缸1中的海水水位，使涨潮处理和涨退交替处理涨潮阶段的水位始终高于土壤的上部，实现持续涨潮。本发明装置可以模拟退潮、涨潮及涨退交替实验，涨退交替实验是通过均速控制自动升降支架7的上下移动实现的。
实施例1、研究含有不同类型微塑料薄膜的土壤中微生物群落对退潮、涨潮及涨退交替的响应
实验装置包括储水器5、实验玻璃缸1、微孔玻璃纤维滤膜4、透明石英玻璃管3、固定支架2、自动升降支架7、进水管6。所述储水器5为培养装置提供海水；所述实验玻璃缸1设有进水管6、透明石英玻璃管3、微孔玻璃纤维滤膜4、固定支架2和自动升降支架7；所述微孔玻璃纤维滤膜4固定于透明石英玻璃管3的底部，用于固定土壤，微孔玻璃纤维滤膜4使海水从底部透过膜进入土壤，以调节土壤中水位的高低。
所述实验玻璃缸1同时进行退潮、涨潮及涨退交替处理。
本实施例中所述透明石英玻璃管3内为含有不同类型微塑料薄膜的土壤，其中微塑料薄膜被随机放置于含有土壤的透明石英玻璃管内，在退潮、涨潮及涨退交替条件下培养。
本实施例选定三种常见的微塑料薄膜碎片，即聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)和聚氯乙烯薄膜(PVC)。在退潮、涨潮及涨退交替处理下，均设定PE、PP和PVC三种处理和3个实验重复。每个透明石英玻璃管内随机放置9片面积为均1cm2的规则微塑料薄膜碎片。该实验共培养3个月，分别在实验中期和末期收集不同处理组的土壤样本，测定土壤中的微生物多样性。该实验装置适合研究持续性退潮、涨潮及涨退交替处理对含有不同类型微塑料薄膜的土壤中微生物群落的影响。
实施例2、退潮、涨潮及涨退交替环境下微塑料浸出物对土壤中微生物群落的影响
本发明提供另一实施例，本发明实验装置，包括储水器5、实验玻璃缸1、微孔玻璃纤维滤膜4、透明石英玻璃管3、固定支架2、自动升降支架7、进水管6。所述储水器5为培养装置提供海水；所述实验玻璃缸1设有进水管6、透明石英玻璃管3、微孔玻璃纤维滤膜4、、固定支架2和自动升降支架7；所述微孔玻璃纤维滤膜4固定于透明石英玻璃管3的底部，用于固定土壤，微孔玻璃纤维滤膜4使海水从底部透过膜进入土壤，以调节土壤中水位的高低。
本实施例中所述透明石英玻璃管3内为含有微塑料浸出物的土壤，其中微塑料浸出物被定量加入含有土壤的透明石英玻璃管内，在退潮、涨潮及涨退交替条件下培养。实验中加入微塑料浸出物溶液时，涨潮处理和涨退交替处理的涨潮阶段的透明石英玻璃管3内水位低于其上部。
本实施例选定一种常见微塑料PP进行浸出实验，将微塑料PP浸泡于超纯水中，并在自然光下放置一年，收集浸出液用于本实验。每个透明石英玻璃管3内加入20ml微塑料PP的浸出液。该实验培养2个月，分别在实验中期和末期收集退潮、涨潮及处理组的土壤样本，测定土壤中的微生物多样性。该实验装置适合研究退潮、涨潮及涨退交替环境下土壤中微生物群落对微塑料浸出物的响应。
以上实施例提供了针对不同土壤样品通过本发明装置实现退潮、涨潮及涨退交替环境下实验，均是通过本发明装置完成。本发明装置涉及的模拟退潮、涨潮和涨退交替三种场景的三个模拟组件中，具有相同的透明石英玻璃管3，并且设置在透明石英玻璃管3微孔玻璃纤维滤膜4可根据实验需求替换为其他材质的滤膜及选择滤膜的孔径大小。在上述三个模拟组件中，退潮和涨退交替均具有用于放置透明石英玻璃管3的托板，该托板可设置为带有若干通孔的平板，或为网板结构，以利于海水从透明石英玻璃管3底部的微孔玻璃纤维滤膜4进入透明石英玻璃管3内。进一步的，本发明中，涨退交替模拟组件具有设置在实验玻璃缸1内的吊篮，该吊篮与自动升降支架7通过吊绳相连接，所述的自动升降支架7上设有均速升降控制器8，用于控制吊篮的升降。当进行模拟涨退交替环境实验时，通过控制自动升降支架7的高低以模拟透明石英玻璃管中土壤的退潮和涨潮环境，在涨潮处理阶段，下调自动升降支架7使透明石英玻璃管3位于实验玻璃缸1的底部，海水水位高于透明石英玻璃管3中土壤的上部；在退潮处理阶段，上调自动升降支架7使透明石英玻璃管3底部高于海水水位，达到涨退交替环境的目的。自动升降支架7的升降通过均速升降控制器8实现。
需要进一步说明的是，以上实施例并非对本发明结构的限制，对属于本发明技术构思，对结构仅做显而易见的变通或改进，均应属于本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，其特征是，包括：实验玻璃缸(1)，该实验玻璃缸(1)侧面靠近底部位置设有进水口，包括设置在实验玻璃缸(1)外部的储水器(5)，储水器(5)底部设有进水管(6)，所述的进水管(6)通过U型管与实验玻璃缸(1)的进水口相连接，并使储水器(5)与实验玻璃缸(1)相贯通，实验玻璃缸(1)内部设有土壤涨退模拟机构，所述的土壤涨退模拟机构包括退潮、涨潮和涨退交替三个模拟组件，分别用于模拟退潮、涨潮和涨退交替三种场景；三个模拟组件中分别设有用于放置土壤的透明石英玻璃管(3)，透明石英玻璃管(3)底部设有微孔玻璃纤维滤膜(4)，土壤样本设置在透明石英玻璃管(3)内。
2.根据权利要求1所述的模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，其特征是：退潮模拟组件包括设置在实验玻璃缸(1)内顶部的固定支架(2)，透明石英玻璃管(3)设置在固定支架(2)底部的托板上，且使透明石英玻璃管(3)底部在实验玻璃缸(1)内海水水位以上。
3.根据权利要求1所述的模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，其特征是：涨潮模拟组件中的透明石英玻璃管(3)设置在实验玻璃缸(1)底部，且使透明石英玻璃管(3)顶部在实验玻璃缸(1)内海水水位以上。
4.根据权利要求1所述的模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，其特征是：涨退交替模拟组件包括自动升降支架(7)，包括设置在实验玻璃缸(1)内的吊篮，该吊篮与自动升降支架(7)通过吊绳相连接，所述的自动升降支架(7)上设有均速升降控制器(8)，用于控制吊篮的升降，透明石英玻璃管(3)设置在吊篮底部的托板上。
5.根据权利要求4所述的模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，其特征是：当进行模拟涨退交替环境实验时，通过控制自动升降支架(7)的高低以模拟透明石英玻璃管中土壤的退潮和涨潮环境，在涨潮处理阶段，下调自动升降支架(7)使透明石英玻璃管(3)位于实验玻璃缸(1)的底部，海水水位高于透明石英玻璃管(3)中土壤的上部；在退潮处理阶段，上调自动升降支架(7)使透明石英玻璃管(3)底部高于海水水位。
6.根据权利要求1所述的模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，其特征是：所述的储水器(5)为能够上下移动的活动连接，通过储水器(5)的上下移动调整实验玻璃缸(1)内海水水位高低。
7.根据权利要求1所述的模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，其特征是：所述的微孔玻璃纤维滤膜(4)可更换的固定在透明石英玻璃管(3)底部，实验玻璃缸(1)内的海水通过微孔玻璃纤维滤膜(4)进入透明石英玻璃管(3)内。
8.根据权利要求2或4所述的模拟潮间带土壤涨退交替环境的室内共培养装置，其特征是：所述的托板为带有若干通孔的平板，或为网板结构。
9.一种涨退潮模拟方法，通过权利要求1-8任一项所述的装置实现，其特征是：该模拟方法包括模拟退潮、涨潮和涨退交替三种场景，其中，涨潮场景是将含有土壤的透明石英玻璃管(3)置于实验玻璃缸(1)的底部；退潮场景是将自动升降支架(7)上调，使透明石英玻璃管(3)的底部高于实验玻璃缸(1)内的海水水位；涨退交替场景是通过均速控制自动升降支架(7)的上下移动实现。
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|---|---|---|---|---|
| CN117630338A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-03-01 | 云南大学 | 耦合地表及地下的水陆交错带污染物运输模拟装置及方法 |
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| CN117630338B (zh) * | 2024-01-25 | 2024-04-09 | 云南大学 | 耦合地表及地下的水陆交错带污染物运输模拟装置及方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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