[发明专利]一种模拟原位河道生态系统氮素归趋的装置及方法

权利要求书

1.一种模拟并测定河道生态系统氮素归趋的装置，其特征在于，包括依次相连的进水装置、模拟河道实验装置和检测装置；

所述进水装置包括依次相连的储水箱、恒流泵和进水阀；

所述模拟河道实验装置为有机玻璃组成的带可拆卸顶盖的透明长方体，底部铺设河道沉积物，该实验装置分为三个区域：进水区、模拟河道、出水区，之间由有机玻璃相分隔，有机玻璃面上有网孔，进水时，恒流泵将河水通过进水阀泵入进水区，河水通过小网孔进入模拟河道内，从而不会扰动底部的沉积物；出水时，出水区内的水通过出水阀流出；河道沉积物是拟研究的任何水体沉积物，铺设厚度为0.4m，以满足实验对沉积物采集的需要；

可拆卸顶盖上设有一个以上活动式隔板，按下活动式隔板，从而将实验装置分为不同隔间；顶盖另设有一个以上气体静态采集箱，与活动式隔板相互交错设置，采气箱上部设置采气口；

所述实验装置每个隔间外侧底部垂直方向上还设置有一个以上取泥口，用于采集在垂直方向上的多个底泥样品；取泥口上方还设置有一个以上取水口，用于采集不同高度上覆水样品；

所述检测装置包括依次相连的监测探头、计算机主机和液晶显示屏；所述监测探头包括温度探头、pH计探头和溶氧探头，该监测探头将采集的温度、pH和溶解氧数据实时传输到计算机主机，并在显示器上显示。

2.根据权利要求1所述的模拟并测定河道生态系统氮素归趋的装置，其特征在于，可拆卸顶盖上设置3个活动式隔板，每隔0.5m设置一个；按下活动式隔板，从而将实验装置分为A、B、C、D四个隔间。

3.根据权利要求1所述的模拟并测定河道生态系统氮素归趋的装置，其特征在于，所述采气箱为直径10cm，高10cm的圆柱体，采气箱上部设置一个直径4cm的采气口。

4.根据权利要求1~3任一所述的模拟并测定河道生态系统氮素归趋的装置，其特征在于，所述模拟河道实验装置上方还设置有外加光源，在外界光照不足时用于满足植物生长的光照需要，装置外侧包裹铝箔纸以避光。

5.基于权利要求1所述的装置模拟并测定河道生态系统氮素归趋的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）实验装置分为A、B、C、D四个隔间，其目的在于将实验装置分为裸泥组、氮循环菌组、沉水植物组和氮循环菌+沉水植物组；并且每个隔间有独立的取水口和取泥口，从而模拟不同生态修复手段下氮归趋；

（2）装置内原位河道沉积物的添加：通过采泥器采集原位河道的沉积物，迅速运回实验室进行转移，在模拟河道实验装置内铺设河道沉积物，厚度为40cm，水土界面与第一个沉积物取泥口相平齐；

（3）装置内水环境的构建：采集实验河道河水存储于储水箱内，进水时，恒流泵将河水通过进水阀泵入进水区，通过布水槽均匀布水，以保证注水过程中柱内沉积物不受扰动；

（4）植物的选取：根据江南河道实际水生植物状况，选取适宜的沉水植物，将沉水植物均匀种植在装置内原位沉积物中，使沉水植物的生物量达到100g/m²左右，每株植株高度为10cm，选取长势较好的伊乐藻、金鱼藻、马来眼子菜、微齿眼子菜作为研究对象；

（5）固定化氮循环菌的制备：用制备的载体富集四种氮循环菌，分别为氨氧化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌、反硝化细菌，将富集四种氮循环菌的固定化载体以细孔网袋包裹，其可向水体和沉积物中释放氮循环菌；

（6）检测分析：装置内的监测探头与计算机主机相连，通过其进行数据处理，并在显示器上显示，定期监测模拟河道装置水体和沉积物的pH、DO、TP、TN、 NH₄⁺、NO₃^-、NO₂^-、溶解性N₂数据。