專利名稱：陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，適用于研究農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入 陸生生態(tài)系統(tǒng)后的環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)。
背景技術(shù)：
微宇宙技術(shù)(Microcosm)是指應(yīng)用小型生態(tài)系統(tǒng)或?qū)嶒炇夷M生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行試 驗的技術(shù)。近年來，該技術(shù)在生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用微宇宙技術(shù)不 僅可以研究一般生態(tài)系統(tǒng)，而且便于對那些人們難于到達(dá)的沙漠、遠(yuǎn)洋和火山口等特殊生 態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究。人們甚至設(shè)計了包括人類在內(nèi)的微宇宙系統(tǒng)，例如，1992年美國亞利桑那 州的“第二生物圈(Biosphere 2) ”，用來模擬研究地球生態(tài)系統(tǒng)，對于保護(hù)全球生態(tài)環(huán)境做 出了重大貢獻(xiàn)。由此可見，微宇宙的設(shè)計、研究和應(yīng)用具有重要意義。微宇宙技術(shù)是生態(tài)毒理學(xué)研究中很有價值的試驗方法，因為它提供了在人工控制 條件下模擬研究生態(tài)系統(tǒng)對污染物反應(yīng)的可能性。微宇宙總體可分為三大類，即陸生、水生 和水陸生(濕地)微宇宙。微宇宙系統(tǒng)比單一生物實驗提供更完整的信息，可同時提供暴露和效應(yīng)的信息， 它不僅能提供母體化合物的、而且能提供降解產(chǎn)物的信息。所以，近年來在農(nóng)藥及其它毒物 的生態(tài)風(fēng)險評價中，微宇宙系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普遍。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，該裝置可 以在人工控制條件下模擬研究農(nóng)藥等有毒物質(zhì)進(jìn)入陸生生態(tài)系統(tǒng)后的環(huán)境行為和生態(tài)效 應(yīng)，以更好地評價農(nóng)藥對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)險。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案如下陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，它包括取土裝置、模擬試驗裝置和推土裝置；取土裝置包括圓筒外殼、圓筒內(nèi)膽和上蓋；圓筒外殼為空心結(jié)構(gòu)，兩端不封閉，一 端成刀刃狀，另一端與上蓋配合；上蓋可與圓筒外殼拆卸；圓筒內(nèi)膽為空心結(jié)構(gòu)，兩端不封 閉，圓筒內(nèi)膽的外徑與圓筒外殼的內(nèi)徑配合，圓筒內(nèi)膽的高度不高于圓筒外殼的高度，圓筒 內(nèi)膽置于圓筒外殼內(nèi)且可與圓筒外殼拆卸；模擬試驗裝置為具有控溫功能的廂式結(jié)構(gòu)，廂內(nèi)垂直置有2 40個內(nèi)孔，內(nèi)孔結(jié) 構(gòu)與取土裝置中的圓筒內(nèi)膽配合，可將圓筒內(nèi)膽置于內(nèi)孔內(nèi)，每個內(nèi)孔底端分別對應(yīng)一個 布氏漏斗，布氏漏斗上鋪有一層玻璃棉，每個布氏漏斗分別與一個淋出液收集瓶相連通；推土裝置包括壓力系統(tǒng)、推桿和槽板；推桿一端與壓力系統(tǒng)相連，另一端具有活塞 結(jié)構(gòu)，活塞外徑與取土裝置中的圓筒內(nèi)膽內(nèi)徑配合，可將圓筒內(nèi)膽中的土芯推出；槽板具有 半圓槽結(jié)構(gòu)，半圓槽內(nèi)徑與圓筒內(nèi)膽外徑配合，可將圓筒內(nèi)膽置于半圓槽中。其中，所述的圓筒外殼材質(zhì)為不銹鋼。其中，所述的圓筒內(nèi)膽材質(zhì)為高密度聚乙烯(HDPE)。[0013]其中，所述的模擬試驗裝置為底部有輪的廂式結(jié)構(gòu)。其中，所述的槽板材質(zhì)為不銹鋼。有益效果1、本實用新型裝置方法簡便易行，可操作性強。本系統(tǒng)裝置通過熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控 制廂式推車內(nèi)溫度，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、連接管路簡單、制造和維護(hù)方便。2、本實用新型裝置應(yīng)用特制的取土裝置，取出耕作層以下45cm的土層并保持田 間原有性狀，包括土壤動物的生存狀態(tài)，試驗期間通過熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制廂式推車的溫度， 以模擬自然條件的地溫。解決了常規(guī)的盆栽試驗或一般的生態(tài)模擬試驗無法模擬實際地溫 的難題。3、試驗結(jié)束，應(yīng)用退土裝置使土芯整體推出后，能實現(xiàn)真實分層采樣，克服了常規(guī) 分層采樣的困難。

圖1為取土裝置結(jié)果示意圖。圖2為模擬試驗裝置即廂式推車結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為土芯微宇宙系統(tǒng)剖示圖。圖4為模擬試驗裝置中的熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)示意圖。圖5為推土裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、上蓋；2、土芯；3、圓筒內(nèi)膽；4、把手；5、圓筒外殼；6、承圓筒內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)； 7、刀刃結(jié)構(gòu)；8、廂體結(jié)構(gòu)；9、可開關(guān)門；10、輪；11、布氏漏斗；12、玻璃棉；13、淋出液收集 瓶；14、表層土(耕作層土，0 15cm) ； 15、下層土(原狀土，16 60cm) ； 16、密封圈；18、溫 控系統(tǒng)；19、攪拌器；20、熱管；21、水箱；22、致冷管；23、致冷壓縮機；24、水泵；25、熱交換 管((pl2cm紫銅管)；26、槽板；27、推桿；28、小型空壓機；29、氣動液壓管。
具體實施方式
根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本實用新型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實施 例僅用于說明本實用新型，而不應(yīng)當(dāng)也不會限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本實用新型。實施例1 裝置。本實用新型的陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，包括取土裝置、模擬試驗裝置和推土裝置。圖1為取土裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，取土裝置包括圓筒外殼5、圓筒內(nèi)膽3和 上蓋1 ；圓筒外殼5為空心結(jié)構(gòu)，兩端不封閉，由5mm厚不銹鋼板卷制并燒焊而成，高70cm， 內(nèi)徑18cm，上蓋高10cm，下端成鋒利的刀刃狀7，上端與上蓋1配合；上蓋1可與圓筒外殼5 拆卸；圓筒內(nèi)膽3為空心結(jié)構(gòu)，為高密度聚乙烯管(HDPE管)，其兩端不封閉，高65cm，外徑 為17cm，供貯土芯，圓筒內(nèi)膽3置于圓筒外殼5內(nèi)且可與圓筒外殼5拆卸。圖2為模擬試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，模擬試驗裝置為具有控溫功能的 推車廂式結(jié)構(gòu)，廂體由不銹鋼方管為骨架焊制而成，規(guī)格為IOOcmX 60cmX IOOcm，廂體夾層 內(nèi)填充輪泡類保溫材料，廂內(nèi)垂直置有6個內(nèi)孔3，內(nèi)孔3結(jié)構(gòu)與取土裝置中的圓筒內(nèi)膽3 配合，可將圓筒內(nèi)膽3置于內(nèi)孔3內(nèi)，每個內(nèi)孔3底端分別對應(yīng)一個布氏漏斗11，布氏漏斗
411上鋪有一層玻璃棉12，每個布氏漏斗11分別與一個淋出液收集瓶13相連通；箱體底部 有膠輪10便于移動。所述具有控溫功能的箱體為具有熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的箱體，即具有致冷和 致熱功能，廂內(nèi)置有直徑12mm，長約70cm的熱能轉(zhuǎn)換管；用以控制推車廂內(nèi)溫度(模擬地 溫)，熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與廂式推車通過軟管連接，用閥門控制廂體內(nèi)水循環(huán)用以控制推車廂內(nèi) 溫度，當(dāng)然本實用新型的控溫系統(tǒng)不局限于上述熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，任何能夠?qū)崿F(xiàn)控溫功能的 系統(tǒng)都在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。圖5為推土裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，推土裝置包括壓力系統(tǒng)、推桿27和槽板 26 ；推桿27 —端與壓力系統(tǒng)相連，另一端具有活塞結(jié)構(gòu)，活塞外徑與取土裝置中的圓筒內(nèi) 膽3內(nèi)徑配合，推桿27在壓力系統(tǒng)的作用下可通過活塞將圓筒內(nèi)膽3中的土芯整體推出； 槽板具有半圓槽結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為不銹鋼，半圓槽內(nèi)徑與圓筒內(nèi)膽3外徑配合，可將圓筒內(nèi)膽3 置于半圓槽中。實施例2:操作和安裝。按試驗要求選定土壤類型，本次采集江蘇常州的水稻土和江蘇海安的高砂土。用 原狀土芯取土器按下列程序采集原狀土芯(1)各取土點，先將表層0 15cm 土壤去除，并置于采樣袋內(nèi)。(2)將取土裝置安妥，放入HDPE管，蓋上鋼蓋，即用大鐵錘捶打蓋頂，致使取土裝 置入土，連續(xù)捶打，當(dāng)取土裝置入土深度達(dá)50cm，即HDPE管內(nèi)土芯高45cm時，停止捶打，用 鏟挖去周邊土壤，即可抬出取土裝置；如土壤較為堅實，為便于取土裝置入土及抬出，必要 時可用小水壺在取土裝置外面澆少許水，使之潤滑。(3)用金屬鉤串于HDPE管頂端小孔(圖中未畫出，在HDPE管管壁頂部穿孔)，稍 加用力轉(zhuǎn)動HDPE管，然后將其取出，置于平地，用塑料袋套于兩端并扎緊；運輸過程中應(yīng)垂 直安放，不宜平置，以免因震動而致土芯變形而呈現(xiàn)裂縫造成淋溶時與實際情況不符。(4)內(nèi)貯土芯的HDPE管運抵溫室后，及時安置于模擬試驗裝置中。取回的表層土， 經(jīng)風(fēng)干，破碎呈小粒狀后，分別添加于HDPE管上層，添加高度為15cm。并在HDPE管上端與 廂體間套上密封圈，以免澆水時水進(jìn)入廂內(nèi)。(5)HDPE管安妥后，啟動熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，使廂內(nèi)土芯維持一定溫度，以模擬實際地(6)平衡5 10d，大水淋溶一次，使土芯保持一定溫度，當(dāng)淋溶正常，即可播種或 移栽作物或進(jìn)行施藥。實施例3 農(nóng)藥淋溶試驗。(1)種植作物本案例試驗作物為玉米，采用育苗移栽，最后留苗1株；為保證作物正常生長需 要，在播種或移植前施基肥；生長過程中視植株生長狀況，必要時施追肥。(2)施藥處理供試農(nóng)藥為40%樂果乳油。在玉米處于苗期時按40%樂果乳油的最大田間用量 對玉米進(jìn)行處理，每種土 17個重復(fù)，同時每種土設(shè)1個空白對照。40%樂果乳油的最大田間用量為IOOmL制劑/畝，換算成單位面積有效成分含量 為0. 06g/m2，土柱內(nèi)徑為17cm，計算求得面積為226. 8cm2,即每根處理土柱需1. 36mg樂果 有效成分。噴灑施用時的具體做法為，量取IOmL水于噴霧器中，吸取3. 6微升40%樂果乳油溶于噴霧器水中，混勻后于玉米苗上方將藥液均勻噴灑在土柱內(nèi)。(3)模擬降雨農(nóng)藥施用2h后按常州、南通兩地累年6、7、8月份平均降雨量平均值(161. 4mm)的 一半模擬降雨，其后第1周、第2周再以相同的降雨量模擬兩次降雨。模擬降雨時按降雨量 及土柱的面積計算出所需的水量，計算公式如下 其中，V水為模擬降雨時每根土柱所需水量(L)，d為土柱的內(nèi)徑(17cm)。將土柱 內(nèi)徑代入公式，計算得到模擬降雨時每根土柱需1. 8L水。(4)樣品采集每次模擬降雨后收集淋出液，定容并檢測其中的農(nóng)藥濃度。(5)樣品處理取200mL水樣(不足200mL的記下實際體積)，濾紙過濾除去雜質(zhì)，濾液過C18柱 (C18柱先用5mL甲醇活化)，5mL甲醇洗脫，N2吹干，2mL正己烷定容(初始水樣不足200mL 的，按實際體積的100分之一定容)，待氣相色譜測定。(6)樣品分析Agilent6890氣相色譜儀，氮磷檢測器；色譜柱 HP-1701 (15. OmX 530 μ mX 1. 0 μ m)；柱溫，從 180°C 始，保留 2min，5°C /min 升至 240 °C 止，保留2min ；進(jìn)樣口溫度，250°C ；檢測器溫度，330°C ；氣體載氣(N2) 2mL · mirT1，空氣 60mL · mirT1，氫氣 3mL · mirT1 ；進(jìn)樣體積1 μ L0(J)試驗周期本次試驗周期為14d，試驗期間對作物進(jìn)行常規(guī)管理。(8)結(jié)果分析表1為供試農(nóng)藥樂果在淋溶水樣中的濃度。表1淋溶水樣中樂果的濃度(mg/L)采樣時間高砂土水稻土[0061]2h0. 070. 61[0062]7d0. 040. 31[0063]14d0. 0060. 05[0064]CKNDND一般來說，水中溶解度大、土壤吸附系數(shù)小的農(nóng)藥，容易隨地表徑流流失或淋溶進(jìn) 入地下水。本案例中，供試農(nóng)藥樂果在水中的溶解度較大、土壤吸附性較弱，因此，施藥后2h 淋溶，在水樣中的檢出濃度較高，但相對于高砂土，樂果在水稻土中的淋溶濃度要高得多， 主要原因在于高砂土在雨后或泡水后，容易淀漿板結(jié)。同時，施藥后14d淋溶，淋溶水樣中 農(nóng)藥濃度降低迅速，這與樂果在土壤中降解較快這一特性有關(guān)。試驗結(jié)果與受試農(nóng)藥特性相吻合，說明本裝置能夠滿足研究農(nóng)藥進(jìn)入陸生生態(tài)系 統(tǒng)后環(huán)境行為的需要。
6[0067] 本實用新型陸生微宇宙試驗系統(tǒng)不僅很好地模擬了陸生生態(tài)系統(tǒng)，而且操作方 便，是模擬研究農(nóng)藥在陸生生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)的實用裝置。
權(quán)利要求陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，其特征在于它包括取土裝置、模擬試驗裝置和推土裝置；取土裝置包括圓筒外殼(5)、圓筒內(nèi)膽(3)和上蓋(1)；圓筒外殼(5)為空心結(jié)構(gòu)，兩端不封閉，一端成刀刃狀(7)，另一端與上蓋(1)配合；上蓋(1)可與圓筒外殼(5)拆卸；圓筒內(nèi)膽(3)為空心結(jié)構(gòu)，兩端不封閉，圓筒內(nèi)膽(3)的外徑與圓筒外殼(5)的內(nèi)徑配合，圓筒內(nèi)膽(3)的高度不高于圓筒外殼(5)的高度，圓筒內(nèi)膽(3)置于圓筒外殼(5)內(nèi)且可與圓筒外殼(5)拆卸；模擬試驗裝置為具有控溫功能的廂式結(jié)構(gòu)，廂內(nèi)垂直置有2～40個內(nèi)孔(3)，內(nèi)孔(3)結(jié)構(gòu)與取土裝置中的圓筒內(nèi)膽(3)配合，可將圓筒內(nèi)膽(3)置于內(nèi)孔(3)內(nèi)，每個內(nèi)孔(3)底端分別對應(yīng)一個布氏漏斗(11)，布氏漏斗(11)上鋪有一層玻璃棉(12)，每個布氏漏斗(11)分別與一個淋出液收集瓶(13)相連通；推土裝置包括壓力系統(tǒng)、推桿(27)和槽板(26)；推桿(27)一端與壓力系統(tǒng)相連，另一端具有活塞結(jié)構(gòu)，活塞外徑與取土裝置中的圓筒內(nèi)膽(3)內(nèi)徑配合，可將圓筒內(nèi)膽(3)中的土芯推出；槽板具有半圓槽結(jié)構(gòu)，半圓槽內(nèi)徑與圓筒內(nèi)膽(3)外徑配合，可將圓筒內(nèi)膽(3)置于半圓槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的圓筒外殼(5) 材質(zhì)為不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的圓筒內(nèi)膽(3) 材質(zhì)為高密度聚乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的模擬試驗裝置 為底部有輪的廂式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的槽板材質(zhì)為不 銹鋼。
專利摘要本實用新型公開了一種陸生微宇宙試驗系統(tǒng)裝置，它包括取土裝置、模擬試驗裝置和推土裝置。本實用新型裝置方法簡便易行，可操作性強。本系統(tǒng)裝置通過熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制廂式推車內(nèi)溫度，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、連接管路簡單、制造和維護(hù)方便。本系統(tǒng)裝置應(yīng)用特制的取土裝置，取出耕作層以下45cm的土層并保持田間原有性狀，包括土壤動物的生存狀態(tài)，試驗期間通過熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制廂式推車的溫度，以模擬自然條件的地溫。解決了常規(guī)的盆栽試驗或一般的生態(tài)模擬試驗無法模擬實際地溫的難題。試驗結(jié)束，應(yīng)用推土裝置使土芯整體推出后，能實現(xiàn)真實分層采樣，克服了常規(guī)分層采樣的困難。
文檔編號G01N33/00GK201662570SQ20102014511
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者單正軍, 卜元卿, 周軍英, 孔德洋, 林小麗, 程燕, 續(xù)衛(wèi)利, 陳祖義 申請人:環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所