CN207114511U - 一种密闭式湿地原位控制实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生态学野外实验装置，具体涉及一种密闭式湿地原位控制实验装置。所述装置为底端开口的中空筒状壳体，底端用于插入水下土壤中从而在所述中空筒状壳体的内部形成相对密闭的空间；所述中空筒状壳体的高度设置成大于水面到水下土壤的距离，处于水面之上的部分为水上密闭部分，处于水面之下的部分为水下密闭部分；所述水下密闭部分采用不透水、不透气的硬质材料制成；所述水上密闭部分的侧壁采用透明材料制成；所述水上密闭部分的侧壁或顶部设置有可通气的通孔；所述水上密闭部分靠近顶部的位置设置有托盘。本装置能够在野外原位条件下，对湿地生态系统水体、土壤、大气、植物中的目标元素实现定量控制，提高研究结果的准确性。

Description

一种密闭式湿地原位控制实验装置

技术领域

本实用新型涉及生态学野外实验装置，特别是涉及一种密闭式湿地原位控制实验装置。

背景技术

湿地一般为开放式生态系统，物质交换与能量流动过程十分复杂，使得相应的机理性研究存在较大的不确定性。所以开展清晰的定量研究需要构筑可控的实验环境，人工控制部分影响因子。

传统湿地控制实验装置为人工湿地床，用砖和水泥砂浆砌成床体墙，以混凝土打床底，在床体内人工放置土壤(底泥)、水体，种植湿地植物，模拟湿地生态系统结构。该装置较好地实现了对研究目标影响因素的控制，但由于规模较小以及配置要素不全面，人工湿地床的控制实验环境与野外实际环境存在一定差异，使得研究结果并不准确。目前，还没有利用湿地原位控制实验装置进行野外实验的相关报道。

因此，有必要研发一种能够满足野外原位条件下使用的湿地控制实验装置。

实用新型内容

为了克服传统湿地控制实验装置研究结果不准确的缺点，本实用新型提供一种密闭式湿地原位控制实验装置，能够满足在野外原位条件下，对湿地生态系统水体、土壤、大气、植物中的目标元素实现定量控制的实验装置。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供一种密闭式湿地原位控制实验装置，其特征在于，所述装置为底端开口的中空筒状壳体，底端用于插入水下土壤中从而在所述中空筒状壳体的内部形成相对密闭的空间；所述中空筒状壳体的高度设置成大于水面到水下土壤的距离，处于水面之上的部分为水上密闭部分，处于水面之下的部分为水下密闭部分；所述水下密闭部分采用不透水、不透气的硬质材料制成；所述水上密闭部分的侧壁采用透明材料制成；所述水上密闭部分的侧壁或顶部设置有可通气的通孔；所述水上密闭部分靠近顶部的位置设置有托盘，用于盛放药品。

将所述实验装置的底端插入水下土壤后，由土壤的表面、壳体的顶部和壳体的侧壁形成相对密闭的空间，构成了一个相对独立的小生态环境。所述壳体的水下密闭部分采用硬质材料制成，不透水也不透气，优选防腐、防锈、防霉、耐磨、硬度较高的材料制成，用于插入土壤(底泥)中，从而将所述装置固定在选定的实验区域。所述水上密闭部分采用透明材料制成，优选防腐、防锈、防霉、韧性强、质地较轻的材料制成，阳光能够透过该部分，使装置内的植物能正常地进行光合作用。将装置插入选定的实验区域，使水上密闭部分位于水面上，水下密闭部分位于水面下或略高于水面。所述水下密闭部分和水上密闭部分的交界处密封，使整个装置竖直向下插入土壤后，壳体内部呈密闭状态，从而定量控制湿地生态系统水体、土壤、大气及植物中的目标元素。所述水上密闭部分的侧壁或顶部设置有通孔，用于向密闭的实验装置中注入某种气体或者连接气体检测仪器进行气体检测，研究该气体对目标植物生长发育的影响以及该气体元素在所述装置内的生态系统中的流动和积累。所述通孔优选为圆形，也可以是多边形或其它合适的形状。所述水上密闭部分靠近顶部的位置设置有托盘，用于盛放药品，根据实验设计对湿地生态系统水体、土壤、大气、植物的全部或部分添加氮、磷、重金属、有机化合物等，与外界形成定量的浓度差异，观察并检测植物的各项生理指标，研究所添加的药品对植物生长发育的影响。根据实际需要，所述托盘可以安装在所述壳体靠近顶部的内壁上，也可以悬挂或固定在壳体内靠近顶部的中央位置。

优选地，所述水下密闭部分的侧壁上还设置有防浪部件，用于保护所述水上密闭部分的透明侧壁；所述防浪部件指设置在靠近水上密闭部分与水下密闭部分的交界处的水下密闭部分的壳体外侧壁上并围绕壳体外侧壁一圈的凸沿结构，所述凸沿结构与水上密闭部分的壳体之间的角度小于90度。

所述防浪部件针对湿地野外实验的特殊条件而设计，能够避免因水浪拍击造成壳体的水上密闭部分近水面处的损坏，同时增强装置的稳定性，避免装置倾倒或位置发生偏移。所述凸沿结构与水上密闭部分的壳体之间的角度小于90度，优选30～70度，更优选40～60度，最优选45度。

优选地，所述防浪部件由不锈钢钢板制成。

在本实用新型的一些实施例中，采用不锈钢钢板制成防浪部件，质地坚硬，防水防霉，能够长期使用，有效抵抗水浪冲击。

优选地，所述凸沿结构围绕壳体形成的截面平行于所述壳体的横截面。

在本实用新型的优选实施例中，当所述装置的壳体竖直向下插入水下土壤中时，壳体的横截面平行于水面，所述凸沿结构围绕壳体所形成的截面平行于壳体的横截面，则所述凸沿结构围绕壳体形成的截面也平行于水面，从而有利于防浪部件减弱水浪的冲击。

优选地，所述通孔有两个，分别设置在所述水上密闭部分相对的侧壁上，且一个位于水上密闭部分的侧壁的下部，另一个位于水上密闭部分的侧壁的上部。

所述下部的通孔用于连接供气装置(例如采气袋)，向壳体内注入待研究的气体；所述上部的通孔用于连接气体检测仪器，由此形成气体的封闭回路，检测壳体内气体成分和含量的变化。

优选地，所述通孔上安装有形状、尺寸和通孔匹配的通气管，所述通气管与通孔的连接处密封；所述通气管的一端通向所述中空筒状壳体内，另一端与供气装置或气体检测仪器连接。

所述通气管作为连接部件，用于连接供气装置或气体检测仪器。通气管与通孔的连接处密封，避免外界气体进入壳体内或壳体内的气体外泄。所述通气管优选为塑料软管，有利于通气管和通孔之间的密封。在一些实施例中，所述通气管也可以是合适的其它类型的管子。

优选地，所述中空筒状壳体为竖放的长方体结构。

在一些实施例中，所述壳体为竖放的长方体结构，壳体的横截面优选为正方形。在另一些实施例中，所述壳体也可以是其它合适的结构，例如，壳体的横截面为圆形、多边形或其它合适的形状。

优选地，所述长方体长1.0m，宽1.0m，高2.5m；所述水下密闭部分高0.5m，水上密闭部分高2.0m。

根据野外的实际情况，例如研究对象的高度，研究对象所在区域的水体深度以及研究区域的大小，选择合适的壳体尺寸，例如壳体横截面的长和宽(或者直径)、壳体的高度等。在一些实施例中，所述壳体的高度远大于壳体横截面的边长或直径。

优选地，所述托盘悬挂在所述水上密闭部分靠近顶部的中央位置。

在一些实施例中，所述壳体为竖放的长方体结构，在所述水上密闭部分靠近顶部处，在壳体对角之间连接管子或绳子，在管子或绳子的中央悬挂所述托盘。

优选地，所述水上密闭部分和水下密闭部分共享一套构成所述中空筒状壳体的支撑框架结构，所述支撑框架结构由不锈钢材料制成；所述水下密闭部分是在对应的支撑框架结构部位焊接不锈钢钢板构成水下密闭部分的侧壁；所述水上密闭部分是在对应的支撑框架结构部位以及顶部缠绕覆盖聚四氟乙烯膜构成。

所述不锈钢的支撑框架结构能够增强整个装置的稳定性，避免风浪过大而导致装置变形或倒塌。所述支撑框架结构的横截面可以是圆形、正方形、长方形或其它合适的形状。在支撑框架结构处于水面下的部位焊接不锈钢板，构成水下密闭部分的侧壁。然后用聚四氟乙烯膜缠绕覆盖支撑框架结构处于水面上的部位，构成水上密闭部分，并密封水下密闭部分和水上密闭部分的侧壁连接处。阳光能够透过聚四氟乙烯膜，使装置内的植物能够正常地进行光合作用，保留了研究区域内湿地生态系统的初始结构与功能。聚四氟乙烯膜具有抗酸抗碱、抗有机溶剂、耐高温等特点，长时间使用不易损坏；且质地轻，作为壳体水上密闭部分的制作材料，最大程度地减小了装置倒塌的可能性。

本实用新型的湿地原位控制实验装置具有以下优点：

(1)准确性高：本装置既保留了研究区域内湿地生态系统的初始结构与功能，又满足了定量分析的控制环境，提高了研究结果的准确性，增强了装置的实用性。

(2)稳定性强：针对湿地野外实验的特殊条件，设计防浪部件，以避免因水浪拍击造成装置的破坏并增强装置的稳定性。

(3)安装方便：只需选择湿地岸带处挺水植物生长良好的浅水处，将本装置的水下密闭部分竖直向下插入土壤中，使水上密闭部分位于水面上，即可进行实验。

(4)成本低廉：本装置制作简单，原材料用量少，并且直接利用野外的湿地生态环境，无需采用水泥制作人工湿地床、铺上底泥、种上植物并控制环境因素，大大节约了原材料成本、时间成本、人工成本和能源成本。

综上，本实用新型的湿地原位控制实验装置能够在野外原位条件下，对湿地生态系统水体、土壤、大气、植物中的目标元素实现定量控制，有利于开展湿地生态系统内的物质交换与能量流动过程等方面的研究，具有广阔的应用前景。

附图说明

以下附图仅作为对本实用新型的解释和说明，不限制本实用新型的范围。

图1.典型的密闭式湿地原位控制实验装置透视示意图，

其中，1-水上密闭部分，2-水下密闭部分，3-通孔，4-托盘，5-防浪部件，6-通气管，7- 支撑框架结构。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型进行详细说明，需要声明的是，下述实施例仅作为解释和说明，不构成对本实用新型保护范围的限制。任何根据本实用新型的技术方案所做的修饰或改动，均属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型提供一种密闭式湿地原位控制实验装置，其特征在于，所述装置为底端开口的中空筒状壳体，底端用于插入水下土壤中从而在所述中空筒状壳体的内部形成相对密闭的空间；所述中空筒状壳体的高度设置成大于水面到水下土壤的距离，处于水面之上的部分为水上密闭部分1，处于水面之下的部分为水下密闭部分2；所述水下密闭部分采用不透水、不透气的硬质材料制成；所述水上密闭部分的侧壁采用透明材料制成；所述水上密闭部分的侧壁或顶部设置有可通气的通孔3；所述水上密闭部分靠近顶部的位置设置有托盘4，用于盛放药品。

将所述实验装置的底端插入水下土壤后，土壤的表面、壳体的顶部和壳体的侧壁共同形成了相对密闭的空间，构成了一个相对独立的小生态环境。所述壳体的水下密闭部分采用硬质材料制成，不透水也不透气，优选防腐、防锈、防霉、耐磨、硬度较高的材料制成，用于插入土壤(底泥)中，从而将所述装置固定在选定的实验区域。所述水上密闭部分采用透明材料制成，优选防腐、防锈、防霉、韧性强、质地较轻的材料制成，阳光能够透过该部分，使装置内的植物能正常地进行光合作用。将装置插入选定的实验区域，使水上密闭部分位于水面上，水下密闭部分位于水面下或略高于水面。所述水下密闭部分和水上密闭部分的交界处密封，使整个装置竖直向下插入土壤后，壳体内部呈密闭状态，从而定量控制湿地生态系统水体、土壤、大气及植物中的目标元素。所述水上密闭部分的侧壁或顶部设置有通孔，用于向密闭的实验装置中注入某种气体或者连接气体检测仪器进行气体检测，研究该气体对目标植物生长发育的影响以及该气体元素在所述装置内的生态系统中的流动和积累。所述通孔优选为圆形，也可以是多边形或其它合适的形状。所述水上密闭部分靠近顶部的位置设置有托盘，用于盛放药品，根据实验设计对湿地生态系统水体、土壤、大气、植物的全部或部分添加氮、磷、重金属、有机化合物等，与外界形成定量的浓度差异，观察并检测植物的各项生理指标，研究所添加的药品对植物生长发育的影响。根据实际需要，所述托盘可以安装在所述壳体靠近顶部的内壁上，也可以悬挂或固定在壳体内靠近顶部的中央位置。本装置能够在野外原位条件下，对湿地生态系统水体、土壤、大气、植物中的目标元素实现定量控制。

在一些实施例中，所述水下密闭部分的侧壁上还设置有防浪部件5，用于保护所述水上密闭部分的透明侧壁；所述防浪部件指设置在靠近或水上密闭部分1与水下密闭部分2的交界处的水下密闭部分的壳体外侧壁上并围绕壳体外侧壁一圈的凸沿结构，所述凸沿结构与水上密闭部分的壳体之间的角度小于90度。所述防浪部件针对湿地野外实验的特殊条件而设计，能够避免因水浪拍击造成壳体的水上密闭部分近水面处的损坏，同时增强装置的稳定性，避免装置倾倒或位置发生偏移。所述凸沿结构与水下密闭部分固定连接或可拆卸连接，与水上密闭部分的壳体之间的角度优选为30～70度，更优选为40～60度，最优选为45度。

在一些实施例中，所述防浪部件5由不锈钢钢板制成。所述不锈钢钢板与水下密闭部分之间采用固定连接，例如焊接；或可拆卸连接，例如螺栓连接。采用不锈钢钢板制成的防浪部件，质地坚硬，防水防霉，能够长期使用，有效抵抗水浪冲击。

在一些实施例中，所述凸沿结构围绕壳体形成的截面平行于所述壳体的横截面。在这种情况下，当所述装置的壳体竖直向下插入水下土壤中时，壳体的横截面平行于水面，则所述凸沿结构围绕壳体形成的截面也平行于水面，从而有利于防浪部件减弱水浪的冲击。

在一些实施例中，所述通孔3有两个，分别设置在所述水上密闭部分1相对的侧壁上，且一个位于水上密闭部分的侧壁的下部，另一个位于水上密闭部分的侧壁的上部。下部的通孔用于连接供气装置，例如采气袋，向壳体内注入待研究的气体；上部的通孔用于连接气体检测仪器，由此形成气体的封闭回路，检测壳体内气体成分和含量的变化。在另一些实施例中，根据实际需要，所述通孔也可以是多个。

在一些实施例中，所述通孔3上安装有形状、尺寸和通孔匹配的通气管6，所述通气管与通孔的连接处密封，避免外界气体进入壳体内或壳体内的气体外泄；所述通气管的一端通向所述中空筒状壳体内，另一端与供气装置或气体检测仪器连接。所述通气管优选为塑料软管，有利于通气管和通孔之间的密封。任选地，所述通气管也可以是其它材料制成的管子。

在另一些实施例中，还配有与所述通气管管口的形状和大小匹配的能够密封通气管管口的管塞。当不需要向实验装置内注入气体或不需要检测实验装置内气体时，可以利用所述管塞密封通气管管口。

在一些实施例中，所述中空筒状壳体为竖放的长方体结构。优选地，所述壳体的横截面为正方形。在另一些实施例中，所述壳体也可以是其它合适的结构，例如，壳体的横截面为圆形、多边形或其它合适的形状。

在一些实施例中，所述长方体长1.0m，宽1.0m，高2.5m；所述水下密闭部分2高0.5m，水上密闭部分1高2.0m。根据野外的实际情况，例如研究对象的高度，研究对象所在区域的水体深度以及研究区域的大小，选择合适的壳体尺寸，例如壳体横截面的长和宽(或者直径)、壳体的高度等。在一些实施例中，所述壳体的高度远大于壳体横截面的边长或直径。

在一些实施例中，所述托盘4悬挂在所述水上密闭部分1靠近顶部的中央位置。例如，所述壳体为竖放的长方体结构，在壳体靠近顶部的对角之间连接管子或绳子，在管子或绳子的中央悬挂所述托盘。

在一些实施例中，所述水上密闭部分1和水下密闭部分2共享一套构成所述中空筒状壳体的支撑框架结构7，所述支撑框架结构由不锈钢材料制成；所述水下密闭部分是在对应的支撑框架结构部位焊接不锈钢钢板构成水下密闭部分的侧壁；所述水上密闭部分是在对应的支撑框架结构部位以及顶部缠绕覆盖聚四氟乙烯膜构成。所述不锈钢的支撑框架结构能够增强整个装置的稳定性，避免风浪过大而导致装置变形或倒塌。所述支撑框架结构的横截面可以是圆形、正方形、长方形或其它合适的形状。在支撑框架结构处于水面下的部位焊接不锈钢板，构成水下密闭部分的侧壁。然后用聚四氟乙烯膜缠绕覆盖支撑框架结构处于水面上的部位，构成水上密闭部分，并密封水下密闭部分和水上密闭部分的侧壁连接处。阳光能够透过聚四氟乙烯膜，使装置内的植物能够正常地进行光合作用，保留了研究区域内湿地生态系统的初始结构与功能。聚四氟乙烯膜具有抗酸抗碱、抗有机溶剂、耐高温等特点，长时间使用不易损坏；且质地轻，作为壳体水上密闭部分的制作材料，最大程度地减小了装置倒塌的可能性。

在一个典型的实施例中，选择湿地岸带处挺水植物生长良好、水深约0.3m处，将本装置浸入水中，水下密闭部分插入水下土壤中约0.2m固定。使水上密闭部分和水下密闭部分的交界处与水面齐平或略高于水面，防浪部件保持在水面附近。水上密闭部分高2.0m，为芦苇、香蒲等挺水植物在装置内的生长预留足够空间。在托盘上放置药品，通气管外接气体监测仪，进行一定浓度气体胁迫下植物生长和物质迁移的实验。

Claims (10)

1.一种密闭式湿地原位控制实验装置，其特征在于，所述装置为底端开口的中空筒状壳体，底端用于插入水下土壤中从而在所述中空筒状壳体的内部形成相对密闭的空间；

所述中空筒状壳体的高度设置成大于水面到水下土壤的距离，处于水面之上的部分为水上密闭部分，处于水面之下的部分为水下密闭部分；

所述水下密闭部分采用不透水、不透气的硬质材料制成；所述水上密闭部分的侧壁采用透明材料制成；

所述水上密闭部分的侧壁或顶部设置有可通气的通孔；所述水上密闭部分靠近顶部的位置设置有托盘，用于盛放药品。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水下密闭部分的侧壁上还设置有防浪部件，用于保护所述水上密闭部分的透明侧壁；

所述防浪部件指设置在靠近水上密闭部分与水下密闭部分的交界处的水下密闭部分的壳体外侧壁上并围绕壳体外侧壁一圈的凸沿结构，所述凸沿结构与水上密闭部分的壳体之间的角度小于90度。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述防浪部件由不锈钢钢板制成。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述凸沿结构围绕壳体形成的截面平行于所述壳体的横截面。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通孔有两个，分别设置在所述水上密闭部分相对的侧壁上，且一个位于水上密闭部分的侧壁的下部，另一个位于水上密闭部分的侧壁的上部。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通孔上安装有形状、尺寸和通孔匹配的通气管，所述通气管与通孔的连接处密封；所述通气管的一端通向所述中空筒状壳体内，另一端与供气装置或气体检测仪器连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空筒状壳体为竖放的长方体结构。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述长方体长1.0m，宽1.0m，高2.5m；所述水下密闭部分高0.5m，水上密闭部分高2.0m。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述托盘悬挂在所述水上密闭部分靠近顶部的中央位置。

10.根据权利要求1～9任一所述的装置，其特征在于，所述水上密闭部分和水下密闭部分共享一套构成所述中空筒状壳体的支撑框架结构，所述支撑框架结构由不锈钢材料制成；所述水下密闭部分是在对应的支撑框架结构部位焊接不锈钢钢板构成水下密闭部分的侧壁；所述水上密闭部分是在对应的支撑框架结构部位以及顶部缠绕覆盖聚四氟乙烯膜构成。