用于沉水植物培育和根际微区DGT测试的根箱及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种用于沉水植物培育和根际微区DGT测试的根箱及其使用方法，所述根箱采用两个滤网将其箱体内腔分隔成由下至上依次设置的下层腔室、中层腔室和上层腔室，并将沉水植物的根部培育在中层腔室中，有效地将根际微区的沉积物与无根沉积物明显区分开，同时本发明专利技术的根箱装置在其中层腔室的侧壁上设置有供DGT、沉积物取样器通过的检测口，实现了DGT对磷等元素在植物根际/沉积物界面迁移过程的原位、准确测定，同时还能获得完整的植物根部特征，并且本发明专利技术的根箱具有结构简单、植物成活率高及能用于磷等元素生物有效性评估的优点。本发明专利技术的根箱使用方法能够同步实现对沉水植物的培育和根际微区DGT的原位测试，其操作简便、易于大规模推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水环境生态修复
，尤其涉及一种用于沉水植物培育和植物根际微区磷等元素DGT原位测试的根箱装置及其使用方法。
技术介绍
目前，我国已有80％以上的湖泊受到了污染，水体富营养化日趋严重，已成为当前亟待解决的一大环境问题，为此，水体治理与水环境生态修复技术应运而生。根据水体治理及修复原理的不同，可将该技术分为物理法、化学法和生物-生态法三大类，其中，生物-生态修复技术因其成本低、环境效益高及修复效果好而逐渐发展成为水环境污染治理的主要技术手段。在生物-生态修复技术中，作为浮游藻类在营养物质及水能利用上的竞争者，沉水植物能有效抑制浮游藻类的生长，同时还能吸收水体中的氮、磷等营养物质，起到去除污染物、加速有机物分解的作用，因此，以沉水植物为主体的水生植物修复技术是当前本领域的热点研究方向。现有技术中，用于种植沉水植物的方法主要有(1)叉子种植法：利用带叉的竹竿叉住沉水植物的颈部并叉入水中；(2)抛种法：通过人工在静水中将沉水植物抛入到水中；(3)渐沉式种植法：将沉水植物种植在承载体上，承载体通过与之配合的升降调节装置控制沉水植物在水中下沉的深度。针对上述种植方法，由于被污染水体的可见度较差，当人位于移动的船上时，叉子种植法和抛种法都无法准确地控制沉水植物的种植密度，且流动的水体还会影响抛种法所种植的植株位置，导致植株沉入水底后会产生倾斜甚至平倒在水底，从而影响沉水植物的成活；而渐沉式种植法因沉水植物通常栽培在种植装置底部的培养基料上，培养基料的阻隔使得河床附近的水和底泥内的溶氧量降低，导致厌氧性微生物的繁殖，严重影响水体修复效果，并且现有的种植装置一般还需向水体中添加混合菌种以形成生物膜来对水体进行修复，但这种生物膜的净化针对性弱，对污染物的处理效果较差，外源菌种的引入也不利于水体修复，况且种植装置的结构复杂，成本较高，难以推广应用，因此就迫切需要对现有的渐沉式种植装置进行结构改进。另外，由于根际是作物根系与土壤进行养分和能量交换的重要区域，是土壤微生物最活跃的场所，是受作物根系生长影响同时又影响作物养分的吸收与转运的特定区域，因此，根际微区一直是国内外土壤学、植物营养学、农学等多学科研究的焦点，揭示沉水植物根际微区磷迁移和磷的生物有效性是恢复与重建沉水植被中必须解决的关键科学问题，而目前对于这方面的研究仍相对较为薄弱。虽然薄膜扩散梯度技术(DGT)可用于土壤中的植物根部对磷的吸收动力学、磷在植物根际/空隙水/沉积物之间的迁移转化特征、预测植物根区磷生物有效性和植物的磷含量的DGT指示器等方面的研究，但迄今为止，DGT从未对沉水植物的根际微区进行过测试，也未能用于研究根际区域对磷等元素的吸收机制和生物可用性。鉴于此，如何将沉水植物根际微区的DGT测试与其根箱种植装置相结合，以实现直接在根箱中对沉水植物根际微区进行DGT原位测试，从而获得更符合实际情况的磷等元素在根际区域界面的迁移特征及根部吸收机制的DGT参数和各相如植物、沉积物、空隙水和DGT中的磷等元素浓度，是真正掌握沉水植物根区对磷等元素吸收和水生态修复机制的关键，也是本研究领域技术人员尚未解决的一个技术难题。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于克服现有的沉水植物种植装置所存在的结构复杂、水体修复效果差、无法进行DGT原位测试的缺陷，进而提供一种结构简单、水体修复效果好且可进行DGT原位测试的用于沉水植物培育和根际微区DGT测试的根箱及其使用方法。为此，本专利技术实现上述目的的技术方案为：一种用于沉水植物培育和根际微区DGT测试的根箱，包括：箱体，在所述箱体内设置有第一滤网和第二滤网，所述第一滤网位于所述第二滤网的上方，所述第一滤网和所述第二滤网将所述箱体的内腔分隔成由下至上依次设置的下层腔室、中层腔室和上层腔室；其中，所述上层腔室的顶部开口，在所述第一滤网上设置若干供沉水植物的茎部穿过的通孔；所述中层腔室用于培育所述沉水植物的根部，在所述中层腔室的侧壁上设置有供DGT、沉积物取样器通过的检测口；所述下层腔室的底部安装有第三滤网。所述中层腔室与所述下层腔室的高度之比为1:1～2:1。所述第一滤网和所述第三滤网的孔径均小于用于培育所述沉水植物的沉积物的粒度；所述第一滤网、第二滤网和第三滤网均由玻璃纤维制成。还包括DGT安放装置，所述DGT安放装置包括输送杆，在所述输送杆的两端部分别设置夹具和按钮，沿所述输送杆的长度方向设置连接所述夹具和按钮的弹簧机械装置。还包括沉积物取样器，其为不带针头的塑料注射器，用于抽取根际沉积物样品；在位于所述第一滤网中部的所述通孔中设置用于检测根际微区pH值、Eh值及温度的探头。在所述箱体的侧壁外部沿高度方向设置纵向标尺；在所述输送杆上沿所述输送杆的长度方向设置有刻度。还包括一对吊耳，所述一对吊耳固定设置在所述箱体顶部的相对的侧壁上；还包括密封盖，所述密封盖设置于所述检测口的外部。上述根箱的使用方法，包括如下步骤：(1)向所述下层腔室和所述中层腔室中加入沉积物，将所述沉水植物的根部种植在所述中层腔室中，并使所述沉水植物的茎部穿过所述通孔延伸至所述上层腔室中；(2)将所述根箱固定在建造于所研究水域内的浮台上，使所述根箱的顶部距离水面0.5～1m；(3)待所述沉水植物在所述浮台中培育一段时间后，对所述沉水植物的根际微区进行测试，所述测试的步骤包括：S1、从所述浮台上取出所述根箱；S2、将系有细线的圆形DGT夹持在所述DGT安放装置的夹具上，经所述检测口将所述圆形DGT送入所述中层腔室的根际沉积物中，按压所述按钮以将所述圆形DGT放置于所述根际沉积物中，取出所述DGT安放装置，并将所述细线的末端置于所述检测口外；S3、再将放置有所述圆形DGT的根箱固定于所述浮台中，以使所述圆形DGT在所述沉水植物的根际微区进行原位测试，待所述原位测试完成后，拉动所述细线即可取出所述圆形DGT。所述沉积物由如下方法制得：采集总磷含量为3000mg/Kg的湖泊底泥，风干；采集未受污染水域的湖沙，风干；将风干后的湖泊底泥与湖沙按质量比1:14～14:1的比例混匀，即得所述沉积物。所述圆形DGT的放置位置与所述检测口之间的距离等于所述检测口在所述第一滤网上的投影与所述通孔的中心之间的距离；在步骤(3)中所述测试还包括对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于沉水植物培育和根际微区DGT测试的根箱，包括：箱体，在所述箱体内设置有第一滤网和第二滤网，所述第一滤网位于所述第二滤网的上方，所述第一滤网和所述第二滤网将所述箱体的内腔分隔成由下至上依次设置的下层腔室、中层腔室和上层腔室；其中，所述上层腔室的顶部开口，在所述第一滤网上设置若干供沉水植物的茎部穿过的通孔；所述中层腔室用于培育所述沉水植物的根部，在所述中层腔室的侧壁上设置有供DGT、沉积物取样器通过的检测口；所述下层腔室的底部安装有第三滤网。

【技术特征摘要】
1.一种用于沉水植物培育和根际微区DGT测试的根箱，包括：
箱体，在所述箱体内设置有第一滤网和第二滤网，所述第一滤网位于
所述第二滤网的上方，所述第一滤网和所述第二滤网将所述箱体的内腔分
隔成由下至上依次设置的下层腔室、中层腔室和上层腔室；其中，
所述上层腔室的顶部开口，在所述第一滤网上设置若干供沉水植物的
茎部穿过的通孔；
所述中层腔室用于培育所述沉水植物的根部，在所述中层腔室的侧壁
上设置有供DGT、沉积物取样器通过的检测口；
所述下层腔室的底部安装有第三滤网。
2.根据权利要求1所述的根箱，其特征在于，所述中层腔室与所述下层
腔室的高度之比为1:1～2:1。
3.根据权利要求1或2所述的根箱，其特征在于，所述第一滤网和所述
第三滤网的孔径均小于用于培育所述沉水植物的沉积物的粒度；所述第一
滤网、第二滤网和第三滤网均由玻璃纤维制成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的根箱，其特征在于，还包括DGT安
放装置，所述DGT安放装置包括输送杆，在所述输送杆的两端部分别设置
夹具和按钮，沿所述输送杆的长度方向设置连接所述夹具和按钮的弹簧机
械装置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的根箱，其特征在于，还包括沉积物取
样器，其为不带针头的塑料注射器，用于抽取根际沉积物样品；
在位于所述第一滤网中部的所述通孔中设置用于检测根际微区pH值、

\tEh值及温度的探头。
6.根据权利要求1-5任一项所述的根箱，其特征在于，在所述箱体的侧
壁外部沿高度方向设置纵向标尺；在所述输送杆上沿所述输送杆的长度方
向设置有刻度。
7.根据权利要求1-6任一项所述的根箱，其特征在于，还包括一对吊耳，
所述一对吊耳固定设置在所述箱体顶部的相对的侧壁上；
还包括密封盖，所述密封盖设置于所述检测口的外部。
8.权利要求1-7任一项所述根箱的使...

【专利技术属性】
技术研发人员：王圣瑞，吴志皓，倪兆奎，赵海超，焦立新，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11