一种水华蓝藻模拟实验监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种水华蓝藻模拟实验监测系统，包括：培养装置，用于盛放含有休眠期蓝藻的底泥及取样点水体；多个成像装置，均匀逐层地布置于培养装置的侧壁外，用于拍摄培养装置内位于不同水体层中的蓝藻在不同时间点的生长图像；远程监测装置，与成像装置连接，用于接收和处理成像装置传送的图像并获得水华爆发过程中位于不同水体层的蓝藻絮凝体在不同时间点的特征参数。本发明专利技术还提供了一种水华蓝藻模拟实验监测方法。本发明专利技术提供的水华蓝藻模拟实验监测系统，可以快速、全面掌握水华蓝藻的爆发信息，了解其爆发机理。

【技术实现步骤摘要】
一种水华蓝藻模拟实验监测系统及方法
本专利技术涉及水生植物模拟生长领域，特别涉及一种水华蓝藻模拟实验监测系统及方法。
技术介绍
目前，藻类水华是最为突出的世界性水环境问题之一，且随着全球经济的发展和人类活动影响的扩大而日趋严重。我国水华蓝藻现象尤为严重，大多数河流、湖泊甚至水库中都不同程度地有水华的发生，太湖、滇池、巢湖等湖泊水华爆发更是时有出现。水华蓝藻现象大面积、长时间频发，不仅破坏了湖泊功能和生态环境，而且威胁着人体健康及生活饮用水的安全，己成为困扰中国经济持续发展的主要环境问题之一。但是目前，人们对水华蓝藻的形成机理尚不完全明确，还处于深入探索阶段。蓝藻之所以形成水华的优势种，是它们都具有一种调节细胞沉降的结构—伪空胞，通过动态调节伪空胞内的气囊数与体积，使蓝藻能够控制它的浮力。基于其独特的生理特征(譬如细胞分泌的胞外多糖导致的细胞群体的形成、细胞具有伪空泡使得其具有上浮至水面的生理趋向)，在光强、温度、风浪扰动等一系列条件作用下，蓝藻通过碰撞形成絮凝大群体，并快速上浮形成表面可见水华——即水华“爆发”。一般认为水华蓝藻形成包括相互区别而又连续的四个过程：下沉和越冬(休眠)——复苏——生物量增加——聚集上浮形成水华，而了解蓝藻复苏——爆发过程在水华预警与控制中具有重要意义。由于水华蓝藻的复苏过程相当复杂，同时因为野外监控技术的限制，对于水华蓝藻复苏和从底泥中进入水体到爆发上浮的过程仍然没有一个完整的认识。因此，在短期内水华蓝藻问题尚难得到根本解决的情况下，为了快速、全面掌握水华蓝藻爆发信息，模拟研究蓝藻异常生长的方法与装置显得尤为重要。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的是提供一种可以在实验室内模拟水华蓝藻复苏上浮过程的实验模拟监测系统，通过高分辨率显微数码成像装置分上中下三层监控并拍摄水华蓝藻复苏—形成水华的过程，计算水华爆发过程相关参数与三维模拟演示的方法。通过掌握蓝藻在水下复苏生长的过程和特点，制作模拟水华爆发的三维演示图，为进一步了解水华蓝藻复苏周期内由底泥向水中迁移的基本规律提供实验依据，了解水华形成过程中蓝藻群体在水体中迁移和具体的分层分布机制，为进一步制定预报和预防蓝藻爆发提供准确的数据和技术支持。一种水华蓝藻模拟实验监测系统，包括：培养装置，用于盛放含有休眠期蓝藻的底泥及取样点水体；多个成像装置，均匀逐层地布置于所述培养装置的侧壁外，用于拍摄所述培养装置内位于不同水体层中的蓝藻在不同时间点的生长图像；远程监测装置，与所述成像装置连接，用于接收和处理所述成像装置传送的图像并获得水华爆发过程中位于不同水体层的蓝藻絮凝体在不同时间点的特征参数。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，所述蓝藻絮凝体的特征参数为蓝藻絮凝体的投影面积A、最大周长P以及最大长度L。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，所述培养装置外部套设有外层夹套装置，所述培养装置和所述外层夹套装置的侧壁间留有空隙，用于水的流动以调控所述培养装置内的水体温度；优选地，所述培养装置和所述外层夹套装置的侧壁间的距离为10～15cm(比如10.5mm、11mm、12mm、13mm、14mm、14.5mm)。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括循环水供给装置，与所述培养装置和所述外层夹套装置侧壁间的空隙连通，以向所述空隙中供给具有特定温度的水，更优选地，所述循环水供给装置的出口与所述外层夹套装置的入口连接，所述外层夹套装置的出口与所述循环水供给装置的入口连接。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，所述循环水供给装置包括：水槽；调温元件，设置在所述水槽上；温度探头，设置于所述水槽内，用于检测所述水槽内的水温；温度控制器，设置在所述水槽外，分别与所述温度探头和所述调温元件连接，根据所述温度探头反馈的信息控制所述调温元件调节所述水槽内的水温；优选地，所述水槽的出水温度为10～40℃(比如11℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、39℃)。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，所述培养装置为顶面开口的正方体缸，所述培养装置由透明有机玻璃制成；优选地，所述培养装置的壁厚为7-9mm(比如7.5mm、8mm、8.5mm)。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，所述外层夹套装置为顶面开口的正方体缸，所述外层夹套装置由透明PE材料或玻璃制成；优选地，所述外层夹套装置的壁厚为7-9mm(比如7.5mm、8mm、8.5mm)。更优选地，所述外层夹套装置的四周壁和底壁的外表面上涂覆有黑色颜料，以使所述培养装置的四周壁和底壁密闭不透光。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，在所述外层夹套装置的四周侧壁上设置多个通孔，通孔穿透外层夹套装置并沿外层夹套装置的内壁延伸至所述培养装置外壁面；成像装置设置于通孔内；所述通孔的尺寸与所述成像装置相匹配，所述成像装置的数量与所述通孔的数量相同；更优选地，所述成像装置通过支架设置在所述通孔内。优选地，沿所述外层夹套装置的周向在所述外层夹套装置的侧壁上设置3层相互平行的通孔，每层均匀设置12个通孔，所述3层通孔中，第一层通孔设置于靠近所述培养装置的底部，以便所述成像装置拍摄蓝藻复苏时期的图像；第二层通孔设置于所述培养装置中水体的中部，以便所述成像装置拍摄到蓝藻上浮时期的图像；第三层通孔设置于所述培养装置中水体的上部，以便所述成像装置拍摄到蓝藻聚集在水面形成水华的图像。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，所述成像装置为高分辨率显微数码成像装置；所述高分辨率显微数码成像装置优选为500万像素彩色CMOS逐行扫描图像传感器；优选地，所述远程监测装置为电脑处理器；所述电脑处理器内设置有显微数码分析测量系统；所述显微数码分析测量系统优选为明美显微数码成像系统V9.5.2；更优选地，所述电脑处理器内还设置有图像拼接、图像叠加和三维动画制作软件中的至少一种。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括：光照强度控制装置，设置在所述培养装置正上方，用于向所述培养装置提供光照；优选地，所述光照强度控制装置由多个日光灯并联而成，所述每个所述日光灯都设置开关，一个开关控制一个日光灯，通过控制所述日光灯的开启数量来控制光照强度；优选地，所述光照强度控制装置的光照强度为0～10000lux(比如100lux、500lux、1000lux、2000lux、3000lux、4000lux、5000lux、6000lux、7000lux、8000lux、9000lux、9500lux、9900lux)。在上述水华蓝藻模拟实验监测系统中，作为一种优选实施方式，该系统还包括供风设备，所述供风设备包括鼓风机和风速测量仪；所述鼓风机设置在所述培养装置上方，用于向培养装置提供一定的风；优选地，所述鼓风机为可移动设备，以自由调整所述鼓风机的高度和角度来控制鼓风机的风速和风向；所述风速测量仪靠近所述培养装置的水体表面设置，用于测量所述培养装置的水体表面的风速；优选地，所述培养装置的水体表面的风速为0～3.5m/s(比如0.1m/s、0.5m/s、1.0m/s、1.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水华蓝藻模拟实验监测系统，其特征在于，包括：培养装置，用于盛放含有休眠期蓝藻的底泥及取样点水体；多个成像装置，均匀逐层地布置于所述培养装置的侧壁外，用于拍摄所述培养装置内位于不同水体层中的蓝藻在不同时间点的生长图像；远程监测装置，与所述成像装置连接，用于接收和处理所述成像装置传送的图像并获得水华爆发过程中位于不同水体层的蓝藻絮凝体在不同时间点的特征参数。

【技术特征摘要】
2017.06.29 CN 20171051707311.一种水华蓝藻模拟实验监测系统，其特征在于，包括：培养装置，用于盛放含有休眠期蓝藻的底泥及取样点水体；多个成像装置，均匀逐层地布置于所述培养装置的侧壁外，用于拍摄所述培养装置内位于不同水体层中的蓝藻在不同时间点的生长图像；远程监测装置，与所述成像装置连接，用于接收和处理所述成像装置传送的图像并获得水华爆发过程中位于不同水体层的蓝藻絮凝体在不同时间点的特征参数。2.根据权利要求1所述的水华蓝藻模拟实验监测系统，其特征在于，所述蓝藻絮凝体的特征参数为蓝藻絮凝体的投影面积A、最大周长P以及最大长度L。3.根据权利要求1所述的水华蓝藻模拟实验监测系统，其特征在于，所述培养装置外部套设有外层夹套装置，所述培养装置和所述外层夹套装置的侧壁间留有空隙，用于水的流动以调控所述培养装置内的水体温度；优选地，所述培养装置和所述外层夹套装置的侧壁间的距离为10～15cm；优选地，所述培养装置为顶面开口的正方体缸，所述培养装置由透明有机玻璃制成；优选地，所述培养装置的壁厚为7-9mm；优选地，所述培养装置内水体的氮磷比为1～40：1；优选地，所述外层夹套装置为顶面开口的正方体缸，所述外层夹套装置由透明PE材料或玻璃制成；优选地，所述外层夹套装置的壁厚为7-9mm；更优选地，所述外层夹套装置的四周壁和底壁的外表面上涂覆有黑色颜料，以使所述培养装置的四周壁和底壁密闭不透光。4.根据权利要求1～3任一项所述的水华蓝藻模拟实验监测系统，其特征在于，所述系统还包括循环水供给装置，与所述培养装置和所述外层夹套装置侧壁间的空隙连通，以向所述空隙中供给具有特定温度的水，更优选地，所述循环水供给装置的出口与所述外层夹套装置的入口连接，所述外层夹套装置的出口与所述循环水供给装置的入口连接；进一步优选地，所述循环水供给装置包括：水槽；调温元件，设置在所述水槽上；温度探头，设置于所述水槽内，用于检测所述水槽内的水温；温度控制器，设置在所述水槽外，分别与所述温度探头和所述调温元件连接，根据所述温度探头反馈的信息控制所述调温元件调节所述水槽内的水温；优选地，所述水槽的出水温度为10～40℃。5.根据权利要求1～4任一项所述的水华蓝藻模拟实验监测系统，其特征在于，在所述外层夹套装置的四周侧壁上设置多个通孔，通孔穿透外层夹套装置并沿外层夹套装置的内壁延伸至所述培养装置外壁面；成像装置设置于通孔内；所述通孔的尺寸与所述成像装置相匹配，所述成像装置的数量与所述通孔的数量相同；更优选地，所述成像装置通过支架设置在所述通孔内；优选地，沿所述外层夹套装置的周向在所述外层夹套装置的侧壁上设置3层相互平行的通孔，每层均匀设置12个通孔，所述3层通孔中，第一层通孔设置于靠近所述培养装置的底部，以便所述成像装置拍摄蓝藻复苏时期的图像；第二层通孔设置于所述培养装置中水体的中部，以便所述成像装置拍摄到蓝藻上浮时期的图像；第三层通孔设置于所述培养装置中水体的上部，以便所述成像装置拍摄到蓝藻聚集在水面形成水华的图像；更优选地，所述成像装置为高分辨率显微数码成像装置；所述高分辨率显微数码成像装置优选为500万像素彩色CMOS逐行扫描图像传感器；优选地，所述远程监测装置为电脑处理器；所述电脑处理器内设置有显微数码分析测量系统；所述显微数码分析测量系统优选为明美显微数码成像系统V9.5.2；更优选地，所述电脑处理器内还设置有图像拼接、图像叠加和三维动画制作软件中的至少一种。6.根据权利要求1～5任一项所述的水华蓝藻模拟实验监测系统，其特征在于，所述系统还包括：光照强度控制装置，设置在所述培养装置正上方，用于向所述培养装置提供光照；优选地，所述光照强度控制装置由多个日光灯并联而成，所述每个所述日光灯都设置开关，一个开关控制一个日光灯，通过控制所述日光灯的开启数量来控制光照强度；优选地，所述光照强度控制装置的光照强度为0～10000lux。7.根据权利要求1～6任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇，葛姝洁，赵敏，王传花，于恒国，柯强，戴传军，李军，陈琼珍，金展，陈强龙，刘慧，李君君，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33