【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生态系统模拟模型与分析领域，具体为一种多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置。
技术介绍
1、土壤生态系统具有复杂性，当其功能被环境胁迫时，除了污染物的难降解性以及生物迁移性会对自身降解速率和效果产生影响外，土壤微生物、温度、水分、气侯、土壤组成、含水率、植物根际环境、ph值、二氧化碳浓度等土壤环境因子也会对土壤污染物的迁移转化造成一定的影响。微宇宙或土壤模型生态系统提供了在人工控制条件下模拟研究生态系统对环境污染物反应的可能性。它能节省时间、空间和劳动力，用于单物种实验室实验并由所得到的数据推断生态系统水平的相应结果。微宇宙是ohio洲立大学建造的综合土壤微宇宙（ism）和由欧盟资助由德国建造的更复杂的土壤模型生态系统（tme）。ism 常用于可重复控制的实验室研究，当要研究微宇宙中农药的转归和淋洗时，可用漏斗代替离子交换膜，并将每个微宇宙中的淋洗液收集于营养盘中待日后测试分析用。tme主要是模拟田间条件这种多品种的测试系统能在两种复杂的水平上进行土壤生态系统中化学物质的生态毒性研究。
2、一种室内微宇宙生态模拟实验装置及生态模拟实验方法(201710551003 .8)通过潮汐模拟控制单元来进行模拟真实的潮汐现象，同时通过湍流模拟控制单元进行湍流模拟实验，从而实现较为真实的生态系统模拟，能够对污染物在沉积层与水相中的相互作用及与生物之间的效应进行深入研究。一种植物组培用智能人工气候箱(cn202010767728.2)利用加热器、半导体制冷片直接对箱体内进行加热和制冷，通过凸块可活动来调节
3、目前，通过模型来模拟生态系统变化仍存在着失真的问题，且现有的模型生态系统大多通过控制内部生态环境来探究单一污染物对生态的影响规律，已知不同特征的污染物及土壤基质都会使生态系统产生功能和结构的变化，且受到环境因子如温度、光照、湿度、空气和水的流动的控制，因此系统性模拟环境胁迫的土壤生态系统变化至关重要。
技术实现思路
1、针对现有污染物对土壤生态系统作用复杂，污染风险高，特定环境条件对土壤胁迫的模拟缺乏真实性以及外场条件变化对土壤生物群落特征影响不明确等问题，本专利技术提供了一种多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，即将土壤置于装置中的土样室，通过模拟环境气体氛围、温湿度、光照、外加物理场等不同环境条件对空间内土壤生物进行环境胁迫试验，模拟外部环境对污染物迁移转化行为的影响及生态系统对环境胁迫的响应。
2、所述环境胁迫来源于土壤自身条件改变及外部环境条件变化；
3、所述土壤自身条件为含不同特征污染物和/或具有其它特殊理化特性的土壤，其中特征污染物包括重金属铜、铅、铬、镉、砷、锌、铁、锰、汞、镍、钴等一种或多种；有机污染物石油烃类、卤代烃类，农药类、多环芳烃、多氯联苯、二恶英、邻苯二甲酸酯等一种或多种；自由基包括碳化氢、氟利昂见光分解产生碳的自由基及卤原子、臭氧转变成过氧化物自由基及放射线产生氧自由基和羟自由基等；特殊理化特性的土壤包括固体废物组成的土壤、盐碱化土壤、高寒/高海拔冻融土壤、沙土、重黏土以及含细菌、病毒、虫卵等特殊生物的土壤中的一种。
4、所述外部环境条件变化包括电场、磁场、光、温度、湿度、大气组成等其中一种或多种条件变化。
5、本专利技术装置包括箱体、土样室、集水池、磁场发生器、混合气体装置、制冷装置、加热板、储水箱、喷头，箱体内顶部设置有若干个补光灯、若干个喷头，喷头通过管道与储水箱连通，箱体上部一侧设置有排气扇，与多个气源连接的混合气体装置设置在箱体中部一侧并与箱体连通，箱体内底部通过隔板分隔出一个土样室，土样室底部为滤网，集水池设置在箱体底部并位于滤网下方，集水池上开有进水口、排水口，磁场发生器设置在土样室前后两侧，加热板设置在磁场发生器与土样室之间，制冷装置设置在土样室左右两侧，箱体内设置有气体探测器、光照温湿传感器，箱体底部安装有万向轮，土样室内设置有电极板，电源分别与补光灯、排气扇、电极板、加热板、制冷装置连接。
6、所述箱体上设置有门。
7、所述磁场发生器包括可移动伸缩平台、设置在可移动伸缩平台上的电磁线圈，可移动伸缩平台设置在轨道上并沿轨道移动。
8、滤网由纵筋支撑，其中纵筋由耐腐蚀及高强度不锈钢焊接而成，滤网孔径为200～500目，下渗水滤至下层集水池后由排水口排出。
9、箱体、隔板由耐酸、碱、热以及其它低有机反应性材料构成，为亚克力板材、电木板、pph板中的一种，能闭光或涂料后能吸收自然光中的特定波长光段。
10、所述补光灯可放射暖白光（3000k）、白光（5000k）、红光（660nm)、红外线(760nm)、紫外线(380～410cm)，功率为50～150w，多个补光灯对土样室选择性使用，同时调控，调节不同强度于不同土样室以形成不同实验条件。
11、所述制冷装置采用半导体铝板制冷机，设置于土样室两侧，距离隔板10cm；加热设备为方形铸铝加热板，设置土样室背部，距离隔板10cm，箱体内温度由光照温湿传感器反应。
12、所述箱体内湿度通过土样室底部的集水池内以及土样室顶部的喷头调节，分别控制土样内部湿度及空气环境湿度，其中土样室下方集水池设置进水口和排水口，进水口旁设置带水泵的储水箱，储水箱内装有清水、营养液或液体污染物；顶部的喷头和带水泵的储水箱，储水箱内装有喷雾及喷淋液体，包括清水、正常雨水、酸雨或含有其它污染物的溶液，喷头出水大小可调节，喷洒流量为1.8l/h～2.4l/h左右，土样室内湿度变化可插入土壤综合传感器监测，箱体内湿度变化采用光照温湿传感器监测。
13、所述混合气体装置安装在距离箱底70～80cm处，与3～12个气源连接，可分别接入正常空气组分氮气、氧气、二氧化碳、氢气、惰性气体以及空气污染物臭氧、二恶英、二氧化硫、颗粒物、硫化氢、氰化氢、氮氧化物等其中的一种或多种；箱体内部设有百叶式换气扇，距箱体底面90～110cm；箱体内还设有固定式气体探测器，悬挂于箱体左侧距箱体底面100～110cm，可选择性监测内部气体污染物的浓度，其中根据二氧化碳、氧气等气体含量的变化来探究空间内生物生命活动的变化。
14、电场施加是将电源与电极板串联接在电路中，电源放置在箱体外部上侧，采用直流稳压型电源，电压范围为0.5～32v，电流为2～10a，功率为50～300w，每个土样室都包括一套阴阳电极板，电极板选用石墨板，对土样室选择性施加电场。
15、所述磁场发生器采用两个相对位置的电磁线圈置于可伸缩平台上，可伸缩平台置于土样室前端3～5cm处，该平台可自由移动，确定适宜的电磁线圈高度，对土样室的土样均匀施加磁场。
16、多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验方法，将土样置入土样室中，或在不同土样室种植不同种类的植本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：包括箱体（1）、土样室（2）、集水池（5）、磁场发生器（8）、混合气体装置（9）、制冷装置（10）、加热板（11）、储水箱（12）、喷头（13），箱体（1）内顶部设置有若干个补光灯（14）、若干个喷头（13），喷头（13）通过管道、泵与储水箱（12）连通，箱体（1）上部一侧设置有排气扇（15），与多个气源连接的混合气体装置（9）设置在箱体中部一侧并与箱体连通，箱体内底部通过隔板（3）分隔出一个土样室（2），土样室底部为滤网（4），集水池（5）设置在箱体底部并位于滤网下方，集水池（5）上开有进水口（6）、排水口（7），磁场发生器（8）设置在土样室前后两侧，加热板（11）设置在磁场发生器（8）与土样室之间，制冷装置（10）设置在土样室左右两侧，箱体内设置有气体探测器（18）、光照温湿传感器（19），箱体底部安装有万向轮，土样室内设置有电极板，电源（16）分别与补光灯、排气扇、电极板、加热板、制冷装置连接。
2.根据权利要求1所述的多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：磁场发生器（
3.根据权利要求2所述的多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：还包括控制器，控制器分别与补光灯、排气扇、电极板、加热板、制冷装置、电磁线圈、混合气体装置连接，用于调控温度、湿度、气体氛围、磁场、电场。
4.根据权利要求1所述的多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：滤网孔径为200～500目。
5.根据权利要求1所述的多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：集水池（5）内放置清水、营养液、模拟污染物的溶液中的一种；储水箱内液体为清水、正常雨水、酸雨或含有其它污染物的溶液，喷洒流量为1L/h～2.4L/h。
6.根据权利要求1所述的多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：将土样置入土样室中，或在不同土样室种植不同种类的植物，密闭环境下打开多个补光灯，模拟太阳光或极端辐射条件对下方土壤的照射；通过控制器控制加热板或制冷装置，调控空间所需温度；通过混合气体装置调节空间内部气相组成和气体流量；土壤多余的水分通过滤网下渗至集水池，集水池的清水能让空间和土壤保持湿度；通过喷头模拟正常雨水淋溶、酸雨及含其它污染物雨水淋溶下土壤生态系统的响应，喷洒清水调节空间湿度；施加多物理场的实验条件，选择或同时施加电场、磁场；确定所施加电场的土样室，将两端电极板串联接在电路中，打开电源开关形成匀强电场；确定所施加磁场的范围，调整可伸缩平台高度，移动放置两个处于相对位置的电磁线圈，对土样室的土样均匀施加磁场；插入土壤综合传感器反映土壤pH、电导率、温湿度及氮磷钾变化，气体探测器监测分析箱内空气质量变化，温湿传感器监测土样间温度湿度，以此综合评价不同胁迫对土壤生态系统与功能的影响。
...【技术特征摘要】
1.一种多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：包括箱体（1）、土样室（2）、集水池（5）、磁场发生器（8）、混合气体装置（9）、制冷装置（10）、加热板（11）、储水箱（12）、喷头（13），箱体（1）内顶部设置有若干个补光灯（14）、若干个喷头（13），喷头（13）通过管道、泵与储水箱（12）连通，箱体（1）上部一侧设置有排气扇（15），与多个气源连接的混合气体装置（9）设置在箱体中部一侧并与箱体连通，箱体内底部通过隔板（3）分隔出一个土样室（2），土样室底部为滤网（4），集水池（5）设置在箱体底部并位于滤网下方，集水池（5）上开有进水口（6）、排水口（7），磁场发生器（8）设置在土样室前后两侧，加热板（11）设置在磁场发生器（8）与土样室之间，制冷装置（10）设置在土样室左右两侧，箱体内设置有气体探测器（18）、光照温湿传感器（19），箱体底部安装有万向轮，土样室内设置有电极板，电源（16）分别与补光灯、排气扇、电极板、加热板、制冷装置连接。
2.根据权利要求1所述的多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：磁场发生器（8）包括可移动伸缩平台（21）、设置在可移动伸缩平台上的电磁线圈（20），可移动伸缩平台（21）设置在轨道（17）上并沿轨道移动。
3.根据权利要求2所述的多维精准测控模拟环境胁迫生态响应的撬装式试验装置，其特征在于：还包括控制器，控制器分别与补光灯、排气扇、电极板、加热板、制冷装置、电磁线圈、混合气体装置连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：瞿广飞，金彩悦，陈帮金，李军燕，田雅欣，杨杰倩，李海林，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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