CN103749145A - 沉水植物模块化生长床及恢复水底沉水植物生长的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是沉水植物模块化生长床及恢复水底沉水植物生长的方法。由悬浮体、种植层、植物层、生长基质层、承载层和配重设施构成生长模块，生长模块床与生长模块床相互连接成整片，承载层上设置微孔，便于植物的根系穿过，生长基质层采用种植土壤，种植层的四周边缘与承载层的四周边缘固定相连接，种植层和承载层包裹住生长基质层，生长模块床的四周固定安设悬浮体，悬浮体中空透明充气，悬浮体的下端部固定安设配重体，保持生长模块床悬浮水面的深度。本发明设计合理，结构紧凑，制作简单，成本低廉，操作简单，管理方便，生长模块床随着恢复水底沉水植物的生长实现降解，无污染，绿色环保，适用范围广的特点，便于广泛推广，利于不同水域恢复水底沉水植物。

Description

沉水植物模块化生长床及恢复水底沉水植物生长的方法

技术领域

本发明涉及一种沉水植物生长床，尤其涉及一种沉水植物模块化生长床及恢复水底沉水植物生长的方法。 

背景技术

沉水植物是水生态系统的初级生产者之一，对水体生产力及生物地球化学循环具有重要的影响，在水体生态修复中具有重要作用，沉水植被比喻为“水下森林”，能够净化水质、保持水体美观及改善景观生态环境。 

但是，沉水植物的生长和分布受到多项环境因子的调控和胁迫，如光照和透明度、氧化还原环境以及营养盐等。沉水植物光合作用的光补偿点等光合特征，决定了沉水植物在水下可分布的最大深度和光合产量及竞争能力，水深是影响沉水植物生长、繁殖与分布的重要生态因子。另外，水下光照强度也是制约沉水植物成活及生长的主要因子之一，而水下光强主要与水体悬浮物对水下光照的吸收和散射密切相关，在水体透明度较低、水下光照不足的深区，沉水植物很难生存。 

沉水植物生态净化中受补偿深度条件的限制，通常采用的方法是通过降低水位的办法来改变水下光照条件，随着植物的生长, 逐渐恢复到原来的水位。通过降低水位的办法克服补偿深度对植被恢复的限制在实践中也取得了一定的效果, 但是受到技术条件和实施难度的限制。建立大型围隔可以成功恢复若干种沉水植物，采用群落镶嵌技术、利用网箱种草等沉水植物恢复方式也具有一定的可操作性，但是，小区域内实现沉水植物的恢复，达到净化水质的效果相对容易，在大的水体中进行沉水植物的恢复将面临一系列的问题，如水位波动、水生动物的摄食等。利用连接升降装置的固定支架调节草坪在水中的深浅，提高沉水植物的成活率，但是这种方法结构复杂、手动操作繁琐。利用水下插桩和调节器，可根据植物生长需要调节浮床沉水深度，但是在深水区域不易操作。利用浮体和绳索调节育苗盘在水体中的高度，并与锚或岸用绳索固定，缺少可控性。悬浮式水中绿篱，利用浮子自行调节水深，可实现沉水植物生长环境由浅水区扩展到深水区，但绿篱垂直悬浮在水体会影响到水生生物的活动，还易形成绿色阻隔。多层次生态浮床，可实现垂直方位多层次水生植物体系，通过调节沉水部深度能满足沉水植物的生长，特别是能见度差的水域，但同时也增加了满足各层次水生植物生长条件的难度。沉水植物繁育恢复悬浮装置，只需将承重架连接到相应的连接孔即可实现水位的调节，实现深水区沉水植物的恢复，但是水下工程操作难度大且成本较高。 

现有的恢复沉水植物的实施还存在一些问题，如水下打桩不易实施、水位不易人工控制、浮体占用水体面积较多、影响水生态环境等。另外，所采用材料价格较贵，不易降解或移除水体，所以采用环保材料也是实现水域水生态环境改善考虑的因素之一。 

发明内容

本发明的主要目的在于解决上述深水区沉水植物的恢复中存在的问题，提供一种沉水植物模块化生长床及恢复水底沉水植物生长的方法。 

为适应水中生长，沉水植物的根、茎和叶都具有吸收功能，而且表皮细胞还含叶绿素，能够进行光合作用，因此，沉水植物可以有效地吸收与利用水体和底泥中的氮、磷以及难降解有机污染物，浓缩富集重金属元素，降解人工合成物质和有害物质等，具有非常强的净化水体能力。沉水植物通过分泌化感物质还可以有效抑制藻类的生长，改善富营养化水体水环境，提高水体水质。另外，沉水植物通过有效增加水生态系统的空间生态位，促进悬浮性物质沉积和保持底泥的稳定，减少微粒再悬浮，可改善水下光照和溶氧条件，提高水体透明度。随着沉水植物逐步恢复，沉水植物及生长模块床渐渐沉入水体底部，可降解生长模块床逐渐降解，沉水植物在水体沉积物中扎根，达到沉水植物彻底恢复的目的。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

由悬浮体、种植层、植物层、生长基质层、承载层和配重设施构成生长模块床，生长模块床与生长模块床相互连接成整片，至少2片相连接。

本发明是利用悬浮体改变沉水植物的生长水位，实现深水水域恢复沉水植物的生长，利用沉水植物群落降低水体氮、磷等营养物质的含量，增加水体溶解氧，提高水体透明度，提高水体的自我净化能力，改善水域水生态环境。在深水区沉水植物得不到充足的光照，光照强度弱会影响到沉水植物的光合作用，当低于沉水植物的光补偿作用点时，会抑制植物的生长甚至死亡，恢复沉水植物根据沉水植物恢复区的面积设计单个或多个生长模块床连接在一起，覆盖沉水植物恢复区，利用生长模块床的受力平衡，可定量调节沉水植物的生长水位，在深水区域或透明度较低的水体，恢复沉水植物建群。 

承载层整体呈矩形，承载层上设置微孔，便于植物层的植物的根系穿过，承载层采用聚乳酸材质制作。 

本发明的承载层上设置微孔，在植物生长过程中有利于植物的根系穿过承载层，与水底的河床接触，扎入水底的河床，达到在水底河床扎根挺立，在恢复区恢复生长沉水植物，承载层采用可降解材料或塑胶泡棉等材料制作，随着沉水植物在河床上的生长，承载层也随之降解。沉水植物生长后期，植株长大根系发达能够固定的时候，可降解承载层还可以为沉水植物生长提供养分。 

承载层上设置生长基质层，生长基质层采用种植土壤。 

本发明在承载层上铺设一定厚度的培育基质即种植土壤，可直接选用当地泥土，也可采用特制的培育基质，然后在生长基质层上再铺设种植层，以保证沉水植物的生长环境，防止生长基质层被水流冲散或解散。 

生长基质层上设置种植层，种植层整体呈矩形，种植层的四周边缘与承载层的四周边缘固定相连接，种植层和承载层相吻合，种植层和承载层包裹住生长基质层，种植层采用聚乳酸材质制作，种植层上等距设置种植孔，种植孔内种植植物层的植物。 

本发明种植层上等距设置种植孔，有利于在生长模块床上种植沉水植物，生长基质层上下两面的种植层和承载层可以减少生长基质层的流失和分散，生长模块床漂移的情况下沉水植物也不易漂散和脱离，易于沉水植物的固定和生长，还可以提供水体微生物和水生生物良好的栖息空间，另外，沉水植物的根部扎根在两层种植层和承载层之间，即使生长模块床主体被鱼蟹类吞食或破坏，沉水植物仍能继续生长。沉水植物生长后期，植株长大根系发达，能够固定住培养基质的时，可降解的种植层和承载层还可以为沉水植物生长提供养分。 

种植层上设置植物层，植物层种植的沉水植物选用黄花鸢尾、千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、美人蕉，至少种植1种，植物层的植物种植在种植层的种植孔内构成植物层； 

本发明在种植层上种植植物层，植物层的植物的根系起到过滤、吸附和吸收作用，去除污水中的污染物质。实现对水体的净化。植物通过光合作用和输氧过程将氧气释放到水体中，增加水体中溶解氧含量，提高水体的自净能力，抑制藻类生长，防止水体富营养化。

生长模块床的四周固定安设悬浮体，悬浮体整体呈棒状，悬浮体采用聚乳酸材质制作，悬浮体中空透明，悬浮体内充气，至少安设4个，保持生长模块床悬浮平衡，悬浮体的下端部固定安设配重体，配重体整体呈块状，采用石材制作，配重体与悬浮体相吻合，保持生长模块悬浮水面的深度。 

本发明生长模块床与悬浮体的连接可以定量控制沉水植物的生长水位，由于悬浮体是中空，充气，生长模块床四周向上提拉作用和悬浮体受到的浮力，还可以降低风浪、鱼虾等对装置的影响，降低生长模块床被翻转的可能性。根据沉水植物的生长情况增加配重体定量调节生长模块床的水深，实现可控式调节。植物层的沉水植物在开始时期通过悬浮体提高水中所处的水位，这样可以提高沉水植物的光照，随着沉水植物的生长逐步沉入水底，始终保持在水中的光照，实现深水水域沉水植物的恢复。 

生长基质层和植物层制作成沉水植物草皮，在生长基质层的种植土壤内栽种沉水植物，培育沉水植物构成沉水植物草皮，把沉水植物草皮放入种植层和承载层之间构成生长模块床。 

本发明把沉水植物种植在生长基质层，培育成沉水植物草皮，培育好的沉水植物草皮直接放入生长模块床的种植层和承载层内，构成生长模块床的生长基质层，沉水植物经过生长，沉水植物的茎和叶穿过种植层构成植物层，沉水植物的根系穿过承载层扎入水底的河床，随着沉水植物的生长逐步沉入水底，始终保持在水中的充分光照，实现深水水域沉水植物的恢复。 

把裁剪成矩形种植层的四周边缘和承载层的四周边缘缝制固定，在种植层和承载层之间填充种植土壤构成生长基质层，在生长模块床的四周安设悬浮体，悬浮体采用聚乳酸材质制作，悬浮体的下端部固定安设配重体，配重体整体呈圆锥状，配重体与悬浮体相吻合，保持生长模块床悬浮水面的深度； 

本发明沉水植物生长的种植层和承载层两部分组成，其中种植层包括生长基质层、种植层两部分。种植层和承载层主要采用尼龙网，但不限于尼龙材质，承载层采用可降解材料或塑胶泡棉按照一定的孔距制成疏松多孔，具有一定硬度和柔韧性的块状种植网格，承载层的基网上面铺设一定厚度的生长基质层，生长基质层采用种植土壤，可选用当地泥土，也可采用特制的培育基质，生长基质层上面再铺设一层种植层以保证沉水植物的生长环境，防止生长基质层被水流冲散或解散。生长模块底层的承载层用一定空隙的承载层网住底部，即尼龙网，承载层的四角用绳索与四个规格相同的悬浮体相连接，即气囊。沉水植物刚移栽或种植时，根据水体透明度和折光情况选择合适的生长水深，通过在承载层下部附上相同质量的配重体或者在悬浮体底端附上相同质量的配重体。随着植株的生长，沉水植物株高增大，生长茂盛，此时根据水体的情况在不影响植株正常生长的情况下增加配重体的重量，使生长模块下降一定深度，逐步恢复沉水植物建群。配重体的重量可以根据装置的受力平衡准确计算出来，如假设沉水植株可以下降的高度为h，即整个生长模块需下沉h，则在h高度上悬浮体增加的浮力需要通过配重体的质量进行平衡，                                                   

，其中，n1是悬浮体的个数，n2是布置配重体的位置数，本发明的生长模块中设置四个悬浮体和四个配重体位置，s是每个悬浮体的横截面积，m是每个位置需增加的配重体的质量。配重体的材质不限，可选择石头，也可以选择其他密度大的物质，但要符合环保要求，易于控制。

在种植层的种植孔内栽种沉水植物构成植物层，植物层的植物选用黄花鸢尾、千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、美人蕉，至少种植1种。 

本发明在种植层的种植孔内栽种沉水植物类植物，例如黄花鸢尾、千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、美人蕉等等，可以把这些沉水植物类植物培育成沉水植物草皮，将培育成的沉水植物草皮直接放入生长模块中，操作简单、快捷。可降解草皮的应用不仅环保而且后期管理方便。 

根据恢复沉水植物恢复区的面积将生长模块床与生长模块床相互连接成整片，至少2片相连接，把生长模块床放入需要恢复沉水植物生长的水域，生长模块床悬浮在需要恢复沉水植物生长的水域上。 

本发明恢复沉水植物根据沉水植物恢复区的面积设计单个或多个生长模块床连接在一起，覆盖沉水植物恢复区。利用生长模块床体的受力平衡，定量调节沉水植物的生长水位，在深水区域或透明度较低的水体，恢复沉水植物建群。 

植物层的植物悬浮在水面上得到充分的阳光的光照，获得良好的生长条件，随着植物层的植物生长，植物层的植物的根系在生长基质层扎根挺立，并穿过承载层微孔。 

本发明植物层的沉水植物在开始时期通过悬浮体提高生长模块床体在水中所处的水位，这样可以提高对沉水植物的光照，承载层上设置微孔，在植物生长过程中有利于植物的根系穿过承载层，与水底的河床接触，随着沉水植物的生长逐步沉入水底，扎入水底的河床，达到在水底河床扎根挺立，沉水植物始终保持在水中的光照，实现深水水域沉水植物的恢复。 

植物层的植物不断生长，生长模块床悬浮水面的深度也向水底的河床接近，直至植物层的植物的根系扎入水底河床，植物层的植物的根系在水底河床上扎根挺立。 

本发明沉水植物生长后期，植株长大根系发达能够扎入水底河床，植物的根系在水底河床固定挺立的时候，则达到深水水域恢复沉水植物的初期，可降解承载层还可以为沉水植物生长提供养分。 

生长模块床随着植物层的植物的生长，沉入水底的河床上，生长模块床的种植层和承载层也随着植物生长时间的推移在水中逐渐降解，植物层的植物在水底河床上扎根，达到深水水域河床上恢复生长沉水植物。 

本发明深水水域恢复沉水植物的后期生长模块床上的植物的根系生长，沉水植物株高增大，生长茂盛，沉入水底的河床上，沉水植物达到在水底河床扎根挺立，沉水植物在生长过程中始终保持在水中充分的光照，实现深水水域沉水植物的恢复。 

本发明是沉水植物模块化生长床及水底恢复沉水植物生长的方法。本发明设计合理，结构紧凑，制作简单，成本低廉，操作简单，管理方便，生长模块床随着恢复水底沉水植物的生长实现降解，无污染，绿色环保，适用范围广的特点，便于广泛推广，利于不同水域恢复水底沉水植物。利用悬浮体改变沉水植物的生长水位，实现深水水域恢复沉水植物的生长，利用沉水植物群落降低水体氮、磷等营养物质的含量，增加水体溶解氧，提高水体透明度，提高水体的自我净化能力，改善水域水生态环境。根据沉水植物恢复区的面积设计单个或多个生长模块床连接在一起，覆盖沉水植物恢复区，利用生长模块床的受力平衡，可定量调节沉水植物的生长水位，在深水区域或透明度较低的水体，恢复沉水植物建群。生长基质层上下两面的种植层和承载层可以减少生长基质层的流失和分散，生长模块床漂移的情况下沉水植物也不易漂散和脱离，易于沉水植物的固定和生长，还可以提供水体微生物和水生生物良好的栖息空间。沉水植物的根部扎根在两层种植层和承载层之间，即使生长模块床主体被鱼蟹类吞食或破坏，沉水植物仍能继续生长。沉水植物生长后期，植株长大根系发达，能够固定住培养基质的时，可降解的种植层和承载层还可以为沉水植物生长提供养分。植物通过光合作用和输氧过程将氧气释放到水体中，增加水体中溶解氧含量，提高水体的自净能力，抑制藻类生长，防止水体富营养化。悬浮体是中空、充气，生长模块床四周向上提拉作用和悬浮体受到的浮力，还可以降低风浪、鱼虾等对装置的影响，降低生长模块床被翻转的可能性。根据沉水植物的生长情况增加配重体，定量调节生长模块床的水深，实现可控式调节。植物层的沉水植物在开始时期通过悬浮体提高水中所处的水位，这样可以提高沉水植物的光照，随着沉水植物的生长逐步沉入水底，始终保持在水中的充分光照，实现深水水域沉水植物的恢复。 

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明详细说明。 

图1  沉水植物模块化生长床的俯视示意图。 

图2  沉水植物模块化生长床的剖视示意图。 

1悬浮体，2种植层，3植物层，4生长基质层 ，5承载层，6配重体，7种植孔，8生长模块床。 

具体实施方式

实施例1 

由悬浮体（1）、种植层（2）、植物层（3）、生长基质层（4）、承载层（5）和配重设施（6）构成生长模块床（8），生长模块床（8）与生长模块床（8）相互连接成整片，至少2片相连接。

承载层（5）整体呈矩形，承载层（5）上设置微孔，便于植物层（3）的植物的根系穿过，承载层（5）采用聚乳酸材质制作。 

承载层（5）上设置生长基质层（4），生长基质层（4）采用种植土壤。 

生长基质层（4）上设置种植层（2），种植层（2）整体呈矩形，种植层（2）的四周边缘与承载层（5）的四周边缘固定相连接，种植层（2）和承载层（5）相吻合，种植层（2）和承载层（5）包裹住生长基质层（4），种植层（2）采用聚乳酸材质制作，种植层（2）上等距设置种植孔（7），种植孔（7）内种植植物层（3）的植物。 

种植层（2）上设置植物层（3），植物层（3）种植的沉水植物选用黄花鸢尾、千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、美人蕉，至少种植1种，植物层（3）的植物种植在种植层（2）的种植孔（7）内构成植物层（3）； 

生长模块床（8）的四周固定安设悬浮体（1），悬浮体（1）整体呈棒状，悬浮体（1）采用聚乳酸材质制作，悬浮体（1）中空透明，悬浮体（1）内充气，至少安设4个，保持生长模块床（8）悬浮平衡，悬浮体（1）的下端部固定安设配重体（6），配重体（6）整体呈块状，采用石材制作，配重体（6）与悬浮体（1）相吻合，保持生长模块（8）悬浮水面的深度，如图1、图2所示。

实施例2 

生长基质层（4）和植物层（3）制作成沉水植物草皮，在生长基质层（4）的种植土壤内栽种沉水植物，培育沉水植物构成沉水植物草皮，把沉水植物草皮放入种植层（2）和承载层（5）之间构成生长模块床（8），如图1、图2所示。

实施例3 

把裁剪成矩形种植层（2）的四周边缘和承载层（5）的四周边缘缝制固定，在种植层（2）和承载层（5）之间填充种植土壤构成生长基质层（4），在生长模块床（8）的四周安设悬浮体（1），悬浮体（1）采用聚乳酸材质制作，悬浮体（1）的下端部固定安设配重体（6），配重体（6）整体呈圆锥状，配重体（6）与悬浮体（1）相吻合，保持生长模块床（8）悬浮水面的深度。

在种植层（2）的种植孔（7）内栽种沉水植物构成植物层（3），植物层（3）的植物选用黄花鸢尾、千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、美人蕉，至少种植1种。 

根据恢复沉水植物恢复区的面积将生长模块床（8）与生长模块床（8）相互连接成整片，至少2片相连接，把生长模块床（8）放入需要恢复沉水植物生长的水域，生长模块床（8）悬浮在需要恢复沉水植物生长的水域上。 

植物层（3）的植物悬浮在水面上得到充分的阳光的光照，获得良好的生长条件，随着植物层（3）的植物生长，植物层（3）的植物的根系在生长基质层（4）扎根挺立，并穿过承载层（5）微孔。 

植物层（3）的植物不断生长，生长模块床（8）悬浮水面的深度也向水底的河床接近，直至植物层（3）的植物的根系扎入水底河床，植物层（3）的植物的根系在水底河床上扎根挺立。 

生长模块床（8）随着植物层（3）的植物的生长，沉入水底的河床上，生长模块床（8）的种植层（2）和承载层（5）也随着植物生长时间的推移在水中逐渐降解，植物层（3）的植物在水底河床上扎根，达到深水水域河床上恢复生长沉水植物，如图1、图2所示。 

Claims (3)

1.一种沉水植物模块化生长床，其特征是由悬浮体（1）、种植层（2）、植物层（3）、生长基质层（4）、承载层（5）和配重设施（6）构成生长模块（8），生长模块床（8）与生长模块床（8）相互连接成整片，至少2片相连接；

承载层（5）整体呈矩形，承载层（5）上设置微孔，便于植物层（3）的植物的根系穿过，承载层（5）采用聚乳酸材质制作；

承载层（5）上设置生长基质层（4），生长基质层（4）采用种植土壤；

生长基质层（4）上设置种植层（2），种植层（2）整体呈矩形，种植层（2）的四周边缘与承载层（5）的四周边缘固定相连接，种植层（2）和承载层（5）相吻合，种植层（2）和承载层（5）包裹住生长基质层（4），种植层（2）采用聚乳酸材质制作，种植层（2）上等距设置种植孔（7），种植孔（7）内种植植物层（3）的植物；

种植层（2）上设置植物层（3），植物层（3）种植的沉水植物选用黄花鸢尾、千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、美人蕉，至少种植1种，植物层（3）的植物种植在种植层（2）的种植孔（7）内构成植物层（3）；

生长模块床（8）的四周固定安设悬浮体（1），悬浮体（1）整体呈棒状，悬浮体（1）采用聚乳酸材质制作，悬浮体（1）中空透明，悬浮体（1）内充气，至少安设4个，保持生长模块床（8）悬浮平衡，悬浮体（1）的下端部固定安设配重体（6），配重体（6）整体呈块状，采用石材制作，配重体（6）与悬浮体（1）相吻合，保持生长模块床（8）悬浮水面的深度。

2.根据权利要求1所述的沉水植物模块化生长床，其特征在于所述的生长基质层（4）和植物层（3）制作成沉水植物草皮，在生长基质层（4）的种植土壤内栽种沉水植物，培育沉水植物构成沉水植物草皮，把沉水植物草皮放入种植层（2）和承载层（5）之间构成生长模块床（8）。

3.一种利用权利要求1所述的沉水植物模块化生长床的恢复水底沉水植物生长的方法，其特征是把裁剪成矩形种植层（2）的四周边缘和承载层（5）的四周边缘缝制固定，在种植层（2）和承载层（5）之间填充种植土壤构成生长基质层（4），在生长模块床（8）的四周安设悬浮体（1），悬浮体（1）采用聚乳酸材质制作，悬浮体（1）的下端部固定安设配重体（6），配重体（6）整体呈圆锥状，配重体（6）与悬浮体（1）相吻合，保持生长模块床（8）悬浮水面的深度；

在种植层（2）的种植孔（7）内栽种沉水植物构成植物层（3），植物层（3）的植物选用黄花鸢尾、千屈菜、泽芹、香蒲、水葱、美人蕉，至少种植1种；

根据恢复沉水植物恢复区的面积将生长模块床（8）与生长模块床（8）相互连接成整片，至少2片相连接，把生长模块床（8）放入需要恢复沉水植物生长的水域，生长模块床（8）悬浮在需要恢复沉水植物生长的水域上；

植物层（3）的植物悬浮在水面上得到充分的阳光的光照，获得良好的生长条件，随着植物层（3）的植物生长，植物层（3）的植物的根系在生长基质层（4）扎根挺立，并穿过承载层（5）微孔；

植物层（3）的植物不断生长，生长模块床（8）悬浮水面的深度也向水底河床接近，直至植物层（3）的植物的根系扎入河床，植物层（3）的植物的根系在水底河床上扎根挺立；

生长模块床（8）随着植物层（3）的植物的生长，沉入水底的河床上，生长模块床（8）的种植层（2）和承载层（5）也随着植物生长时间的推移在水中逐渐降解，植物层（3）的植物在水底河床上扎根，达到深水水域河床上恢复生长沉水植物。

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