CN203253712U - 用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，包括分层玻璃柱、透水底座、模拟光照照明灯和淋滤器；分层玻璃柱由多层有机玻璃柱组成，各层通过金属转轴串联，并用玻璃柱间的固定件固定成一个整体；在每层有机玻璃柱侧壁上钻有小细孔以保持空气流通。在各层有机玻璃柱内壁和底部均设有不同孔径的纱网、致密纱布和透水纱布；侧壁设有温湿度调节仪的金属探头及取样门孔；温湿度调节仪实现对各土层温湿度的调控，分层玻璃柱顶部设有模拟自然光照的模拟光照照明灯，和模拟降水的淋滤器；分层玻璃柱底部设有透水底座；透水底座固定在基座上。本装置对蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的研究具有重要意义，应用前景广阔。

Description

用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置。

背景技术

随着土壤重金属污染的日益加剧，传统的物理化学修复技术因其成本高，治理效率低且易造成“二次污染”等弊端已经无法满足社会及生态保护的需求。生物修复作为一项新兴的高效修复技术逐渐引起人们的关注。近年来，蚯蚓在重金属植物修复技术中的应用得到了广泛关注，已经开展了大量研究和应用。

然而过去的研究多集中在蚯蚓-植物系统对重金属的富集以及重金属形态和活性的变化研究上，着重于对修复效果和修复机理的研究。关于重金属在污染土壤中的空间分布和迁移的研究却几乎没有，而其恰恰是展开土壤重金属污染修复的前提。因此，研究蚯蚓—植物系统对重金属在土壤中的空间分布和迁移规律同样具有重要的意义。

目前，传统的实验研究多直接采用土柱淋滤，取流出液检测其中的重金属浓度，用于研究重金属在土壤中的垂直迁移。但是封闭的土柱难以检测到各层土壤中的重金属含量，使得研究中无法实时描绘重金属的空间分布状态。另一方面，简单的土柱实验装置只能一层一层装入土样后展开实验，装柱过程较为复杂，土壤分层不明显且土壤结构、性质易发生改变。同时也无法模拟自然条件下的光照，降水及温度、湿度的调控。因此，传统的实验装置不能较准确地模拟蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的野外实际情况，也无法描绘各时段内重金属在土壤中的空间分布状态。

发明内容

本实用新型的目的是为解决上述已有技术存在的问题，而提供了一种能够实现供试土壤的分层装入和分层采集，能够描绘重金属在土壤中的空间分布，同时还可以模拟自然条件下的光照，降水及温湿度调控的用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，在一定程度上还原蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的野外实际情况。

为了实现上述的目的，本实用新型采取的技术方案是：提供一种用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，包括分层玻璃柱、透水底座、模拟光照照明灯和淋滤器，所述的分层玻璃柱由3～6层有机玻璃柱组成，各层有机玻璃柱通过一金属转轴串联，同时采用玻璃柱间的固定件固定成一个整体；在每一分层有机玻璃柱侧壁上钻有小细孔，在各层有机玻璃柱内壁和底部均设有不同孔径的纱网、致密纱布和透水纱布；各层有机玻璃柱侧壁设有温湿度调节仪的金属探头及取样门孔；分层玻璃柱顶部设有模拟光照照明灯和淋滤器；分层玻璃柱底部设有透水底座；透水底座固定在基座上。

所述的各层有机玻璃柱串联在一金属转轴上，各层有机玻璃柱与金属转轴间均设有锁定开关用于固定有机玻璃柱绕金属转轴转动的角度。

所述的模拟光照照明灯安装在可伸缩的转动杆上，模拟光照照明灯还设有光强大小调节开关和光照时间定时器。

所述各层有机玻璃柱侧壁所设的温湿度调节仪的金属探头深入到各土层中，金属探头与温湿度调节仪连接，温湿度调节仪固定在支架上。

所述的淋滤器通过硅胶管与玻璃转子流量计相连，玻璃转子流量计通过硅胶管和溢水箱相连，玻璃转子流量计和溢水箱安装在支架上。

所述的透水底座设有出水孔，出水孔与硅胶管连接，硅胶管上均设有止水夹。

所述的每一分层有机玻璃柱都装有供试土壤，植物种植在上层试样腔内的土壤中。

本实用新型的实验装置通过金属转轴将各分层有机玻璃柱串联成一个整体的有机玻璃柱，各层有机玻璃柱可绕金属转轴灵活转动，方便了在各分层有机玻璃柱装供试土壤的操作和对各分层土样进行独立测试研究。实验装置在各分层有机玻璃柱侧壁钻有小细孔以保证通风，各层有机玻璃柱内壁和底部所设的不同孔径的纱网和透水纱布可以防止淋滤过程中土壤粘粒的迁移。溢水箱的淋滤液通过玻璃转子流量计后与淋滤器相连，淋滤器可以均匀地对土柱进行重金属淋滤，也可以模拟大气降水。温湿度调控仪可以对各层土壤环境进行实时监测和调整，以保证蚯蚓—植物系统的有效运转。同时模拟光照照明灯和淋滤器能够用于模拟自然条件下的光照和大气降水，使研究更具现实意义和应用价值。试验过程中，可分别取渗出液及各层土壤进行重金属含量的检测，以研究蚯蚓—植物系统对重金属在土壤中的迁移行为的影响，并实时描绘重金属的空间分布状态等，从而对蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染进行深入的研究。

在实验研究中，本实验装置的规格可按实验所需要求进行相应的设计，也可以实现自然条件下的各类参数的调控，因此本装置可以灵活地应用于教学实验和科学研究中。

本实用新型用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置具有以下优点：

1．本实验装置可以实现供试土壤的分层装入，简化了装柱过程。

2．本实验装置能在淋滤过程中实现土壤的分层采集，从而描绘重金属在土壤中的空间分布情况。

3．本实验装置可以模拟自然条件下的光照，降水及温湿度的调控，从而在一定程度上还原蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的野外实际情况，对蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的研究具有重要意义。本实验装置具有继续开发的功能和广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的实验装置结构示意图。

图中：1-分层玻璃柱，2-试样腔，3-玻璃柱间的固定件，4-锁定开关，5-纱网，6-透水纱布，7-金属探头，8-温湿度调节仪，9-支架，10-取样门孔，11-金属转轴，12-淋滤器，13-硅胶管，14-玻璃转子流量计，15-溢水箱，16-模拟光照照明灯，17-透水底座，18-出水孔，19-止水夹，20-基座，21-致密纱布，22-植物。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1：本实用新型提供的用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，其结构如图1所示。实验装置包括分层玻璃柱1、透水底座17、模拟光照明灯16和淋滤器12，所述的分层玻璃柱1由4层有机玻璃柱组成，各层有机玻璃柱通过一金属转轴11串联在一起，同时采用玻璃柱间的固定件3固定。

实验装置中各层有机玻璃柱均能够绕金属转轴11转动，这样方便了在各层有机玻璃柱装供试土壤或对各分层土样测试研究，如在各层有机玻璃柱装供试土壤时，拆掉玻璃柱间的固定件3，使各层有机玻璃柱绕金属转轴11转动，转动到需要的角度后，用锁定开关4锁紧。使用锁定开关4也能防止各层有机玻璃柱同时绕金属转轴11转动时造成晃动。

实验装置在每一分层有机玻璃柱侧壁上钻有小细孔，在每一分层有机玻璃柱内壁和底部均设有不同孔径的纱网5和透水纱布6；所述的不同孔径的纱网，其中有致密纱布21；及在每一分层有机玻璃柱侧壁设有取样门孔10及在有机玻璃柱内布设温湿度调节仪的金属探头7；金属探头7与温湿度调节仪8连接，温湿度调节仪8固定在支架9上。

分层玻璃柱顶层设有模拟光照照明灯16和淋滤器12，所述的模拟光照照明灯16安装在可伸缩的转动杆上，模拟光照照明灯还设有光强大小调节开关和光照时间定时器。淋滤器12通过硅胶管13与玻璃转子流量计14和溢水箱15相连，玻璃转子流量计和溢水箱安装在支架9上。

分层玻璃柱1底部设有透水底座17；透水底座固定在基座20上。透水底座设有出水孔18，出水孔与硅胶管13连接，硅胶管上均设有止水夹19。

所述的分层玻璃柱各层都装有供试土壤，植物22种植在模拟光照照明灯16和淋滤器12下的试样腔内2的供试土壤中。

下面详述对蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验研究的具体工作步骤：

1) 蚯蚓的饲养

取口径15 cm、底部有透气孔的塑料盆若干个。盆底部垫一层纱布，保证透气性良好，并防止蚯蚓从底部钻出；然后分别装入相同质量的培养介质，装盆为容积的四分之三左右(2.4kg)。之后在各盆中放入40条蚯蚓，在盆上做好标记。分别放在阴凉的暗处饲养，定期喷射少量的水保持土壤的湿度大约在60%左右，实验在室温下进行。

2) 植物的栽培

选取理化性质较好且适宜所选植物生长的栽培基质，将从市场上购买的种子或幼苗等份播种至栽培基质中。根据所种植的植物品种、规格及用途选择合适的种植容器，同时配置好种植基质。栽后第一次要浇透定根水。在种植时浇足水后3－5天内一般不须多浇水，可多次进行叶面喷雾，以提高植株周围空气湿度。培育过程控制好水温和盆土温的温度差并定期施肥。一个生长周期后，选取发育良好且性状接近的植株用于实验。

3)土壤取样及处理

供试土壤：表层土壤。

采样田块：选择适宜蚯蚓生存的土块进行采集。采样面积4m²，可在同一田块中多个采样单元，采集后进行混合。

采样深度：蚯蚓在土壤中的活动区域应该在浅土层。在菜园可采取耕作层及其以上土壤，采集0～60cm内各层土壤。

采样分布：花坛和农田均属于平地，可采取对角线取点法。

采样土装袋及处理：采集的样品放入统一的样品袋，写好标签，运回实验室，全部倒在塑料薄膜或瓷盘内，在阴凉处慢慢风干，至半干状态时压碎土块，除去植物根茎、叶、石块等，铺成薄层，在室温下经常翻动，充分风干，要防止阳光直射和尘埃落入，并防止酸、碱等气体的污染。土壤样品风干后，除去杂物，研碎后通过2mm尼龙筛，混匀，四分法取出一部分用玛瑙研钵将其研磨至全部通过100目尼龙筛，混匀备用。

4)试样装柱

实验装置的分层玻璃柱1总高度为50cm，有机玻璃柱的内径为15cm，装填40cm的土样。先装填土柱，土层装填的均匀性和密度的准确性对实验有很大影响。装填必须准确测量土壤的重量含水率，每一次装土5cm高度，操作时将每5cm干土折合为实际湿土重，按这个重量进行分多次的装填，每份装完后压实到5cm刻度并扰动该层的上表面，再继续装填下一份，这样基本能保证装土的均匀性。在装柱过程中在各取样点取一定体积的土壤混合，严格按土层比例在实验装置内装样。各层有机玻璃柱的装样可同步进行，装样完毕后采用玻璃柱间的固定件进行固定和密封。

5)配制淋滤液

模拟大气降水淋滤土壤直接用收集到的雨水或用自来水代替。

配置10.1mg·L^-1的Br^-溶液30L作为示踪剂，配置5561.4mg·L^-1的Cu²⁺溶液以及526.7mg·L^-1的Zn²⁺溶液各30L用以重金属淋滤。

6)淋滤

通过调节玻璃转子流量计，控制渗流流速为0.1ml/s展开淋滤实验。

具体实施步骤：

>>选取在前处理后的土样装柱，将土壤用去离子水调节含水量至土壤田间持水量的一半，在各土柱中分别放入等量的蚯蚓，蚯蚓的起始位置在土柱的5～10cm处；

>>把有机玻璃柱的外面裹上黑胶布，保持避光，变换各土柱的试验参数，在25℃室温下培养相同时间；

>>培养结束后将土柱放入50℃左右的烘箱中5min热法杀灭蚯蚓。土柱取出放置4周， 待蚯蚓完全腐烂后备用。不含蚯蚓的对照土柱的处理过程同蚯蚓土柱；

>>首先用去离子水从下到上缓慢饱和土柱，驱赶柱中的气泡。土柱饱和后用去离子水淋溶，调节蠕动泵使流出速度稳定在217mL·min^-1，并使液面保持高于土柱表面1cm， 改用10.1mg·L^- 1的Br^-溶液淋洗。当Br^-流出浓度等于流入浓度时，停止Br^-溶液淋洗，换成含有Cu(5561.4mg·L^- 1) 和Zn(526.7mg·L^-1) 的溶液(调节pH值为4.0)继续进行淋溶实验。

7)实时监测和调控各层土壤的温度、湿度

通过金属探头7对各层土壤的温度、湿度进行监测，试验中采用温湿度调节仪对不同土层的温湿度进行实时调控。

8)分析渗出液和各层土壤重金属含量变化

每隔一段时间收集一次渗出液，用于分析渗出液中重金属浓度含量的变化规律。

同时取各层土壤检测其中的重金属含量，以描绘重金属在土壤中的空间分布特征。

本实验装置可以模拟自然条件下的光照，降水及温湿度的调控，从而在一定程度上还原蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的野外实际情况，对蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的研究具有重要意义。本实验装置具有继续开发的功能和广泛的应用前景。

Claims (7)

1.一种用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，包括分层玻璃柱、透水底座、模拟光照照明灯和淋滤器，其特征在于：所述的分层玻璃柱由3～6层有机玻璃柱组成，各层有机玻璃柱通过一金属转轴串联，同时采用玻璃柱间的固定件固定成一个整体；在每一分层有机玻璃柱侧壁上钻有小细孔，在各层有机玻璃柱内壁和底部均设有不同孔径的纱网、致密纱布和透水纱布；各层有机玻璃柱侧壁设有温湿度调节仪的金属探头及取样门孔；分层玻璃柱顶部设有模拟光照照明灯和淋滤器；分层玻璃柱底部设有透水底座；透水底座固定在基座上。

2.根据权利要求1所述的用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，其特征在于：所述的各层有机玻璃柱串联在一金属转轴上，各层有机玻璃柱与金属转轴间均设有锁定开关用于固定有机玻璃柱绕金属转轴转动的角度。

3.根据权利要求1所述的用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，其特征在于：所述的模拟光照照明灯安装在可伸缩的转动杆上，模拟光照照明灯还设有光强大小调节开关和光照时间定时器。

4.根据权利要求1所述的用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，其特征在于：所述各层有机玻璃柱侧壁所设的温湿度调节仪的金属探头深入到各土层中，金属探头与温湿度调节仪连接，温湿度调节仪固定在支架上。

5.根据权利要求1所述的用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，其特征在于：所述的淋滤器通过硅胶管与玻璃转子流量计相连，玻璃转子流量计通过硅胶管和溢水箱相连，玻璃转子流量计和溢水箱安装在支架上。

6.根据权利要求1所述的用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，其特征在于：所述的透水底座设有出水孔，出水孔与硅胶管连接，硅胶管上均设有止水夹。

7.根据权利要求1所述的用于研究蚯蚓—植物系统修复土壤重金属污染的实验装置，其特征在于：所述的每一分层有机玻璃柱都装有供试土壤，植物种植在上层试样腔内的土壤中。

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