CN210151656U - 一种环境变量可控的室内溪流模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种环境变量可控的室内溪流模拟装置，模拟溪流包括腔体和填料，腔体上端敞口并由昆虫网覆盖，填料设置于腔体内底部，腔体包括溪流进口和溪流出口，光照系统设置于腔体上方，腔体的壁为透明材质，储水箱的出水口经由进水泵连接溪流进口，溪流出口连接储水箱的进水口，模拟溪流的高度高于所述储水箱，温度控制系统连接控制储水箱内的水温。本实用新型装置适用于在室内探究溪流生态系统对不同环境条件的响应；其制作简单，装拆更换零部件方便，价格低廉，测定结果稳定，可长时间不间断的运转，使用寿命长，并且可控制温度、流速、营养盐浓度以及光照时间。
Description
技术领域
本实用新型属于生态学及环境科学领域，具体涉及一种环境变量可控的室内溪流模拟装置，是一种在室内条件下，通过控制温度、流速及营养盐含量，来探讨溪流生态系统对不同环境条件响应的实验装置。
背景技术
河流具有维持全球物质与水分循环、调节气候等生态功能，是人类社会可持续发展和生态服务功能正常发挥的重要保障，但是随着人类非理性活动强度的增加，水体污染、断流与生态破坏是我国河流面临的主要环境问题。尤其是经济发达地区和流经城镇的河流，由于污染物的大量排放及不合理的土地利用，致使许多河流水体受到污染，生态遭到破坏，河流生态功能丧失。营养物质的供给不均衡、外界环境条件的改变等因素是造成河流微生物群落变化的主要原因。在河流、湖泊等淡水生态系统中，微生物作为物质循环和能量流动的主要参与者，起着特别重要的作用；而且底栖动物的大小、种类、群落结构、变动规律等很多方面对维持水域生态系统中物质及能量的循环有着极为重要的作用。当水体环境条件发生变化时，水体中的微生物、底栖动物等会发生相应的变化。
由于每条河流所处的环境条件以及受氮、磷等营养物质的污染程度不同，因此，在自然条件下探究各种环境变量对生态系统中各种生物的影响具有一定的难度。目前，由于实验设备的不完善和未加以整合，实验室内进行的溪流生态系统对环境变化相应的研究在实验条件方面兼顾难以齐全，如温度、流速和营养盐等。通过自制可控变量室内溪流模拟装置，可探究河流生态系统中的生物对不同环境条件的响应，同时可探究溪流生物生长的最佳条件，旨在为揭示气候变化对水体生物群落结构的影响和预测生物对气候变化的响应提供科学依据，为河流等淡水水体生物的生长提供最佳的生长条件。
实用新型内容
针对目前没有能够将多种因素（如温度、流速和营养盐等）综合考虑的装置，用于研究溪流生态系统对环境变化的响应，本实用新型提供了能够有效控制各种环境因素的室内溪流模拟实验装置。
为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
一种环境变量可控的室内溪流模拟装置，包括：温度控制系统、储水箱、进水泵、模拟溪流和光照系统，
所述模拟溪流包括腔体和填料，所述腔体上端敞口并由昆虫网覆盖，所述填料设置于所述腔体内底部，所述腔体包括溪流进口和溪流出口，所述光照系统设置于所述腔体上方，所述腔体的壁为透明材质，
所述储水箱的出水口经由进水泵连接所述溪流进口，所述溪流出口连接所述储水箱的进水口，所述模拟溪流的高度高于所述储水箱，
所述温度控制系统连接控制所述储水箱内的水温。腔体上端的昆虫网用于捕获陆生的成虫昆虫。模拟溪流的高度高于储水箱，可使得模拟溪流内的水在重力的作用下流向储水箱，而储水箱内经过温度控制系统调温后的水再在进水泵的作用下进入模拟溪流，形成循环。
进一步的，所述腔体为长方体。
进一步的，所述腔体的壁为玻璃材质。
进一步的，所述填料层分为下填料层和上填料层。
进一步的，所述下填料层为粒径0.5~2mm的砂石，所述下填料层的厚度大于等于10cm。
进一步的，所述上填料层为粒径2~40mm的砾石，所述上填料层的厚度大于等于20cm。上填料层和下填料层为水体微生物提供生长附着的场所。
进一步的，所述昆虫网为聚酯网。
进一步的，所述昆虫网的孔径为500µm。
进一步的，所述昆虫网通过围绕所述腔体外壁的弹性带固定于所述腔体的上端。
进一步的，所述腔体上端和所述昆虫网之间还设置有水平交叉的支撑杆，用以支撑昆虫网。
进一步的，所述溪流出口处设置有网孔为60目的尼龙网，用以拦截水体中游泳型的底栖动物。
进一步的，所述温度控制系统包括恒温水浴槽和热交换器，所述热交换器的进口和出口分别通过恒温水管连接所述恒温水浴槽的出口和进口，所述热交换器置于所述储水箱内，所述恒温水管上还连接有泵。
进一步的，所述储水箱内还设置有温度探头，用以实时反馈水体温度。
进一步的，所述模拟溪流设置于溪流支架上。
进一步的，所述光照系统包括LED植物生长灯，用以满足植物光合作用所需要的光照条件。
进一步的，所述LED植物生长灯连接到定时器插座，通过定时器自动控制光照时间。
所述储水箱中的水为人工溪水，可通过人工添加的方式形成一定的营养盐浓度，以探讨溪流生态系统对营养物质的利用过程。
本实用新型的有益效果在于：（1）结构紧凑，装拆更换零部件方便，运转平稳可靠，可长时间不间断的运转，使用寿命长；（2）能有效的控制水体的温度，使水体温度更精确，且达到预设目标温度时间短；（3）提供光照，以满足植物光合作用所需要的光照条件。
附图说明
图1是本实用新型所述环境变量可控的室内溪流模拟装置的整体结构示意图。
图2是腔体部分的俯视示意图图。
其中1是腔体，2是上层填料，3是下层填料，4是恒温水浴槽，5是热交换器，6是储水箱，7是温度探头，8是进水泵，9是弹性带，10是溪流支架，11是LED植物生长灯，12是聚酯网，13是尼龙网，14是支撑杆。
具体实施方式
实施例1
下面将结合附图对本实验装置做进一步的具体描述：
如图1所示，一种环境变量可控的室内溪流模拟装置，包括：温度控制系统、储水箱、进水泵、模拟溪流和光照系统，
所述模拟溪流包括腔体和填料，所述腔体上端敞口并由昆虫网覆盖，所述填料设置于所述腔体内底部，所述腔体包括溪流进口和溪流出口，所述光照系统设置于所述腔体上方，所述腔体的壁为透明材质，
所述储水箱的出水口经由进水泵连接所述溪流进口，所述溪流出口连接所述储水箱的进水口，所述模拟溪流的高度高于所述储水箱，
所述温度控制系统连接控制所述储水箱内的水温。腔体上端的昆虫网用于捕获陆生的成虫昆虫。模拟溪流的高度高于储水箱，可使得模拟溪流内的水在重力的作用下流向储水箱，而储水箱内经过温度控制系统调温后的水再在进水泵的作用下进入模拟溪流，形成循环。
所述腔体为长方体。
所述填料层分为下填料层和上填料层。
所述下填料层为粒径0.5~2mm的砂石，所述下填料层的厚度大于等于10cm。
所述上填料层为粒径2~40mm的砾石，所述上填料层的厚度大于等于20cm。上填料层和下填料层为水体微生物提供生长附着的场所。
所述昆虫网为聚酯网。
所述昆虫网的孔径为500µm。
所述昆虫网通过围绕所述腔体外壁的弹性带固定于所述腔体的上端。
所述腔体上端和所述昆虫网之间还设置有水平交叉的支撑杆，用以支撑昆虫网。
所述溪流出口处设置有网孔为60目的尼龙网，用以拦截水体中游泳型的底栖动物。
所述温度控制系统包括恒温水浴槽和热交换器，所述热交换器的进口和出口分别通过恒温水管连接所述恒温水浴槽的出口和进口，所述热交换器所述储水箱内还设置有温度探头，用以实时反馈水体温度。
所述模拟溪流设置于溪流支架上。
所述光照系统包括LED植物生长灯，用以满足植物光合作用所需要的光照条件。
所述LED植物生长灯连接到定时器插座，通过定时器自动控制光照时间。
所述储水箱中的水为人工溪水，可通过人工添加的方式形成一定的营养盐浓度，以探讨溪流生态系统对营养物质的利用过程。
本装置的操作方法如下：
（1）在腔体底部设置填料层，分为下填料层和上填料层，下填料层为粒径0.5~2mm的砂石，厚度大于等于10cm，上填料层为粒径2~40mm的砾石，厚度大于等于20cm；
（2）将恒温水浴槽的水通过硅胶管作为恒温水管，连接到热交换器的进水口，而热交换器的出水口也通过恒温水管连接到恒温水浴槽外循环的进水口，在恒温水浴槽内注入水；
（3）储水箱的出水管连接于进水泵，进水泵连接于腔体的进水管；
（4）在储水箱内注入预配置的人工溪水，且将热交换器悬空浸没于进水箱水面下，并添加一定浓度的营养盐（氮磷，如NaNO3和KH2PO4）；
（5）在温度探头与显示仪表相连后，将温度探头放入水箱内；
（6）将从溪流中捕捉到的底栖动物以及原位溪水加入到反应腔体中；
（7）把支撑杆交叉安装在腔体上方，并把聚酯网放于支撑杆上，并用围绕在腔体外壁的弹性带固定；
（8)在腔体上方，设置LED植物生长灯作为光源，且把LED植物生长灯连接到定时器插座。
（9）接通电源，通过进水泵把储水箱里的水泵入腔体，水流经腔体后在出水管处通过重力作用循环至储水箱。
在实验室设置了三台相同的实验装置，用以探究不同浓度营养盐条件下溪流生态系统的响应。
在紫金山溪流的均匀浅滩运行区域用底栖网从下游到上游依次收集底栖动物样品，将采集到的样品随机抽取八分之一分配到腔体中，并从溪流中采集10L原位溪水放入腔体内。把支撑杆交叉安装在腔体上方，并把聚酯网放于腔体上方用支撑杆支撑，并用围绕在外壁的弹性带固定。在腔体上方，设置LED植物生长灯作为光源，其功率为50W，且将LED植物生长灯连接到定时器插座，通过定时器编程，自动控制光照时间，使得光照时间为10h。随后，依据紫金山溪流水的离子组成，配制人工溪水，并将人工溪水注入储水箱中。最后，通过进水泵把储水箱里的人工溪水泵入反应腔体，人工溪水流经腔体后在出水管处通过重力作用循环至水箱。
在实验初期，采用连续进出水的动态自然挂膜法使水体中的微生物在人工溪流反应器中生存，实验进水为10L的溪流原位水以及依据原位溪水配制的人工溪水，通过进水泵把储水箱里的人工溪水泵入腔体，水流经腔体后在出水管处通过重力作用循环回水箱内，自然挂膜时间为一个月。待人工溪流系统稳定后，在三个反应器的温度、流速以及光照时间相同的条件下，添加不同浓度的营养盐（氮磷，NaNO3和KH2PO4），探究营养盐浓度改变下溪流生态系统的响应。
通过长达3个月的运行，温度探头的监测结果表明温度控制精确，达到了预期的效果（20℃左右）；此外整个研究系统中光照时间控制在每天10h，流速控制在0.3m/s。在这样的温度、流速以及光照条件下，测定营养盐消耗速率、底栖生物多样性等参数，从而达到探究不同营养盐条件下生态系统响应的目的。此外，本实验装置也可通过设置相同的流速、营养盐浓度以及光照时间，来探讨不同温度条件下生态系统的响应；或设置相同的温度、营养盐浓度以及光照，来探讨不同流速条件下生态系统的响应。
本实用新型所述装置也可根据实验的不同要求采用本领域的常规操作方法操作。
Claims (10)
1.一种环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，包括：温度控制系统、储水箱、进水泵、模拟溪流和光照系统，
所述模拟溪流包括腔体和填料，所述腔体上端敞口并由昆虫网覆盖，所述填料设置于所述腔体内底部，所述腔体包括溪流进口和溪流出口，所述光照系统设置于所述腔体上方，所述腔体的壁为透明材质，
所述储水箱的出水口经由进水泵连接所述溪流进口，所述溪流出口连接所述储水箱的进水口，所述模拟溪流的高度高于所述储水箱，
所述温度控制系统连接控制所述储水箱内的水温。
2.根据权利要求1所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述填料分为下填料层和上填料层。
3.根据权利要求2所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述下填料层为粒径0.5~2mm的砂石，所述下填料层的厚度大于等于10cm，所述上填料层为粒径2~40mm的砾石，所述上填料层的厚度大于等于20cm。
4.根据权利要求1所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述昆虫网的孔径为500µm。
5.根据权利要求1所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述昆虫网通过围绕所述腔体外壁的弹性带固定于所述腔体的上端。
6.根据权利要求1所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述腔体上端和所述昆虫网之间还设置有水平交叉的支撑杆。
7.根据权利要求1所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述溪流出口处设置有网孔为60目的尼龙网。
8.根据权利要求1所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述温度控制系统包括恒温水浴槽和热交换器，所述热交换器的进口和出口分别通过恒温水管连接所述恒温水浴槽的出口和进口，所述热交换器置于所述储水箱内，所述恒温水管上还连接有泵。
9.根据权利要求1所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述储水箱内还设置有温度探头。
10.根据权利要求1所述的环境变量可控的室内溪流模拟装置，其特征在于，所述光照系统包括LED植物生长灯。
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| CN201920274733.2U CN210151656U (zh) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | 一种环境变量可控的室内溪流模拟装置 |
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| CN109811714A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-05-28 | 中国科学院南京地理与湖泊研究所 | 一种环境变量可控的室内溪流模拟装置 |
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2019
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