[发明专利]一种藻类水平迁移模拟实验装置及模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及生态工程技术领域，特别涉及一种藻类水平迁移模拟实验装置及模拟方法。

背景技术

每年春末夏初，随着气温的升高、光照的增强和风向风速等气候条件的改变，水体水-沉积物界面的理化性质和湖体的环境条件也发生了明显的变化，大量藻类细胞开始从湖底复苏并在有利的光照、温度和水动力学等条件下上浮至水体。由于受到水资源短缺和污水排放的影响，浅水湖泊水体的富营养化问题一直很突出，藻类水华的频繁暴发给城市建设和居民生活带来危害。为预防藻类水华的暴发，需要开展其发生机理与控制措施的相关研究。

藻类水华发生受理化因子和生物种类的影响，是多个环境因素在时间和空间上综合作用的结果。研究表明，营养物质、温度、光照、pH值及其他生物是影响藻类生长的重要因素。也有研究认为水动力和气象条件可通过影响湖泊水体的分层、混合与光照，进而直接或间接地影响藻类的细胞密度、种群组成和空间分布。然而，在野外不能获得单一环境因子与水华发生之间的关系，因此有必要开发一种室内藻类水平迁移模拟实验装置。

由于藻类“横向-纵向”迁移受到场地限制，目前研究进展尚没有用于室内藻类水平迁移的模拟装置可供借鉴，因此本发明旨在提供一种能够模拟自然光照、风速风向以及水动力等环境条件的装置，从而实现室内对自然藻类水平迁移的研究。

发明内容

为了弥补上述领域存在的不足，本发明提供一种藻类水平迁移模拟实验装置，能够模拟自然界的温度、光照、风向、风速和水动力，满足藻类水平迁移复杂实验设计需求，实现在室内对自然藻类水平迁移规律的研究。

一方面，本发明提供一种藻类水平迁移模拟实验装置，包括光照系统、风力系统、水下推流系统、上端开口的藻类迁移容器以及程序控制系统；

所述光照系统设置在所述藻类迁移容器的底部和开口之间，用于模拟自然光照；

所述风力系统设置在所述藻类迁移容器的开口处，用于吹动所述藻类迁移容器内的水体波动；

所述水下推流系统设置在所述光照系统下方的所述藻类迁移容器的内壁上，用于改变水面下的水动力；

所述程序控制系统分别连接所述光照系统、风力系统和水下推流系统，用于分别控制所述光照系统、风力系统和水下推流系统的作用强度、作用方向和/或作用时间。

所述光照系统通过控制电流强弱来实现自然光照强度的变化，能够模拟整个白天太阳光强弱变化规律。所述风力系统能够模拟自然风速，例如，采用每隔1～10秒进行脉冲式风速，同时每隔2～5秒摆动一次风力系统，即通过风力系统的旋转来模拟风向转换，从而实现空气动力的乱流功能，达到研究实验设计需求。所述水下推流系统可通过推流方向的改变，例如，每隔2～6秒使所述水下推流系统左右或者上下摆动一次，其中左右摆动角度在60°以内，上下摆动角度在90°以内，实现水下水动力的复杂模拟，达到藻类水平迁移复杂实验设计需求。所述藻类迁移容器用于承载水体，其大小能够满足藻类水平迁移实验的要求。所述程序控制系统可整体控制光照系统、风力系统和水下推流系统的运行程序，根据实验设计需要，设定光照、风速、水动力等参数，例如，控制光照强度范围在5lx～7000lx、风速强度范围在1～6级、水动力强度范围在0.05m/s～0.5m/s，并控制所述风力系统的风向转换和/或所述水下推流系统的水流方向转换，从而实现空气动力和水动力综合因素的复杂模拟，研究藻类水平迁移规律。

优选地，所述光照系统设置在高于所述藻类迁移容器内的水体液面30～50cm的位置；所述风力系统设置在高于所述藻类迁移容器内的水体液面60～120cm的位置；所述水下推流系统设置在低于所述藻类迁移容器内的水体液面20～30cm的位置。

所述光照系统、风力系统、水下推流系统与所述藻类迁移容器内液面之间的垂直距离决定了光照、风力和水动力是否能够有效作用于实验藻类，因此，为了准确模拟自然环境条件，发明人基于对藻类野外环境的大量考察、分析和统计数据，将所述光照系统优选设置在液面上方30～50cm的位置，所述风力系统优选设置在液面上方60～120cm的位置，所述水下推流系统优选设置在液面下20～30cm的位置。

优选地，所述光照系统包括多个对称布置的太阳灯，相邻的两个太阳灯之间的距离不小于30cm；和/或所述风力系统包括多个对称布置的鼓风机，相邻的两个鼓风机之间的距离不小于40cm；和/或所述水下推流系统包括多个对称布置的推流机，相邻的两个推流机之间的距离不小于25cm。

将所述太阳灯、鼓风机和/或推流机分别均匀布置，能够保证藻类水平迁移时所受到的光照、风力和/或水动力的均一性。