CN107840459A - 一种具有水体生态修复功能的组合床系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有水体生态修复功能的组合床系统，属于水体生态修复处理技术领域。本发明的组合床系统是一种灵活组合了漂浮床植物、沉水植物、漂浮种植床、悬浮种植床、浮力球、拉绳、光照强度探测器、光照强度调节系统等于一体的悬浮床系统，该系统能够有利于沉水植物的种植和收割，维护成本低；能够根据水中光照强度精确控制床体与水面的距离，能够满足沉水植物生长繁殖所需要的光照条件；漂浮床能够把富营养化水体中的蓝藻等隔开，为悬浮床上的沉水植物生长提供便利。该组合系统通过把床体悬浮在水中，可以应用在深水、河床硬质以及透明度低等水体，应用范围极为广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有水体生态修复功能的组合床系统，属于水体生态修复处理技术领域。
背景技术
改革开放以来，随着我国经济的飞速发展，排入水体的氮磷等营养物质迅速增加，湖泊和河流等天然水体的污染越来越严重，水体富营养化越来越剧烈，蓝藻爆发带来的城市供水危机等问题严重制约着我国经济的可持续发展。水生植物能够通过自身的根系和叶片吸收水中的氮磷等污染物质用于自身的生长繁殖，然后通过人工收割水生植物，把污染从水体中回收。恢复水体原有的沉水植物可以提高生态环境的抵抗力，增强湖泊和河流的自净能力，拯救面临奔溃的水体生态系统，能够实现良好的环境和经济效益。
一个稳健的生态系统包括：非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者。岸生或者沉水植物是湖泊、河流等生态系统中的吸收光能转化为生物能主要初级生产者。岸生植物为野鸭、野鸟等提供栖息地；沉水植物为鱼虾等动物提供食物和繁殖避难场所，吸收水体中的氮磷等无机盐、重金属以及有机污染物，附着在沉水植物上的微生物生长繁殖也会吸收氮磷等营养盐，沉水植物以及其表面附着的微生物通过与蓝藻竞争营养盐和生长空间，抑制水华的爆发，构建以岸生植物和沉水植物为初级生产者的水生环境系统对对维持生态系统的稳定性和功能具有重要作用。但是，由于河堤硬化、水体浑浊、水下光照不足(达不到沉水植物光补偿点)、床底硬质、暴雨引起的水位上升过快等原因，构建植物为主要初级生产者的水生生态系统困难重重。
目前常见污染水体生态修复重建方法主要是生态浮床，生态浮床技术是按照自然界的规律，人工把水生植物或部分陆生植物和农作物，种植到设有浮床的富营养化水体的水面，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争机理，削减富营养化水体中的氮、磷及有机物质，从而达到净化水质的效果，同时又可营造良好的水上景观以及增加作物产量。虽然生态浮床技术对水体生态修复有一定的作用，但按照自然界规律，沉水植物才是水体的主要水下森林，沉水植物对水体生态系统的稳定性至关重要，但是单一的构建沉水植物生态修复系统往往有一些缺陷，比如蓝藻可能漂浮在沉水植物上方使得沉水植物因阳光不足而无法生长。本发明把漂浮床生态修复系统和悬浮床生态修复系统组合起来，不仅可以利用漂浮床为阻挡蓝藻进入沉水植物上方，还可以利用漂浮床植物和沉水植物对营养盐、重金属和有机污染物的吸收的不同机理，构建较为完整的生态系统，使得水体净化能力极大化。
发明内容
本发明的目的是为了把漂浮床生态修复系统和悬浮床生态修复系统对营养盐等水体中污染的不同去除作用有机结合起来。同时也是为了弥补传统沉水植物构建方法种植条件高、劳动量大、环境变化抵抗能力差等不足之处，该组合浮床系统简单、运行条件温和、抵抗环境变化能力强，运行成本低，可用于透明度低、河床硬质或者水深较深水体的中沉水植物的初级生态系统的构建。
本发明的第一个目的是提供一种具有水体生态修复功能的组合床系统，所述组合床系统包含陆生或者挺水植物漂浮种植床系统和沉水植物悬浮种植床系统，具体包括光照强度调节系统(1)、光照强度探测器(2)、浮力球(3)、悬浮床上升或下浮拉绳(4)、沉水植物(5)、悬浮种植床(6)、漂浮床植物(7)、漂浮种植床(8)；在富营养化水体中放置悬浮种植床(6)和漂浮种植床(8)，漂浮床植物(7)通过基质种植在漂浮种植床上(8)；沉水植物(5)种子或者幼苗移栽到悬浮种植床(6)上，用浮力球(3)和悬浮床上升或者下浮拉绳给种植床提供悬浮力，通过光照强度探测器(2)测定水体中的光照强度，光照强度调节系统(1)根据所栽种的沉水植物(5)对光强度的要求以及光照强度探测器(2)测定的水体中的光照强度进行综合分析，通过控制马达减小或者增加悬浮种植床离水面的距离，使得水体中的光照强度满足沉水植物(5)的生长繁殖要求。
在本发明的一种实施方式中，所述悬浮种植床系统能够根据所栽种的沉水植物生长(5) 对光照强度的要求进行相应调节：当水体光照不足或水体透明度低时，光照强度调节系统(1) 接收到光照强度探测器(2)监测到的低于植物生长所需要的光照强度数据，系统(1)控制马达提升拉绳(4)，使得悬浮种植床减小与水面的距离，增加沉水植物(5)周围的光照强度。
在本发明的一种实施方式中，所述悬浮种植床系统能够根据所栽种的沉水植物生长(5) 对光照强度的要求进行相应调节：当阳光充足时，光照强度调节系统(1)接收到光照强度探测器(2)监测到的有害于植物生长所需要的光照强度数据，系统(1)控制马达下降拉绳(4)，使得悬浮种植床增加与水面的距离，减小沉水植物(5)周围的光照强度。
在本发明的一种实施方式中，悬浮种植床可调节距离水面的最小距离为20厘米，距离水面最大距离是200厘米。
在本发明的一种实施方式中，悬浮种植床上拉或下沉速度可以控制马达转速调节，上拉速度0-1.5米/分钟，下沉速度0-1.2米/分钟。
在本发明的一种实施方式中，利用光照强度探测器(2)实时监测沉水植物(5)周围的光照强度，并及时反馈到光照强度调节系统(1)进行调节。
在本发明的一种实施方式中，利用浮力球(3)为种植床提供浮力(6)。
在本发明的一种实施方式中，所述悬浮种植床(6)和漂浮种植床(8)在水质较差的水体中，按照n个悬浮种植床和m个漂浮种植床相间排列的方式进行组合，其中m＝n+1；n根据水体规模设置为大于等于1的整数。
在本发明的一种实施方式中，所述悬浮种植床(6)和漂浮种植床(8)在水质一般的水体中，按照1个悬浮种植床和2个漂浮种植床相间排列的方式进行组合，再根据水体规模进行重复设置。
在本发明的一种实施方式中，该系统可以在光照不充足、河床硬质或水体透明度低的江、河、湖泊等富营养化水体中保证沉水植物(5)的正常生长，同时又可以避免强光对沉水植物 (5)造成的损伤。
沉水植物的光补偿点是指沉水植物在一定的光照下，光合作用吸收的CO2数量与呼吸作用产生的CO2数量达到平衡状态时的光照强度。光的补偿点是植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光照度值。在光补偿点以上，植物的光合作用超过呼吸作用，可以积累有机物质。光补偿点以下，植物的呼吸作用超过光合作用，此时非但不能积累有机物质，反而要消耗贮存的有机物质。如长时间在光补偿点以下，植株逐渐枯黄以致死亡。其设置要根据不同植物队光照的需求来设定。
在本发明的一种实施方式中，所述的低于植物生长所需要的光照强度数据是指水体光照低于或等于沉水植物的光补偿点，狐尾藻光补偿点26-28μmol/(m2·s)，金鱼藻光补偿点23-25 μmol/(m2·s)，菹草光补偿点19-21μmol/(m2·s)，黑藻光补偿点15-17μmol/(m2·s)，苦草光补偿点8-10μmol/(m2·s)。
在本发明的一种实施方式中，所述的有害植物生长所需要的光照强度数据是指水体光照高于或等于沉水植物的光饱和点的1.5倍，狐尾藻光饱和点1000-1200μmol/(m2·s)，金鱼藻光饱和点900-1000μmol/(m2·s)，菹草光饱和点400-550μmol/(m2·s)，黑藻光饱和点500-600 μmol/(m2·s)，苦草光饱和点450-550μmol/(m2·s)。
在本发明的一种实施方式中，沉水植物(5)生长繁殖所需的光照调节完全是自动化，无需手工操作；另外该系统可以提升种植床(6)，不仅有利于沉水植物(5)的种植和收割，减少工人劳动量，还有利于种植床(6)的维护和保养。
本发明的有益效果：
本发明所述的系统巧妙地将漂浮床水体生态修复系统和悬浮床水体生态修复系统组合起来，具有以下优势：一是悬浮床和漂浮床共用浮力球，降低了生产成本；二是组合系统中漂浮床植物和沉水植物去除污染物的效能得到有效叠加；三是系统漂浮床植物的加入，可以为悬浮种植床有效地隔离上方漂浮物，增加水下光照强度，增加了组合系统的大气空间结构，可以为大型水生动物提供繁衍生息的场所，可以增加所构建生态系统的物种丰富度，进一步提高了所构建的“漂浮床+悬浮床”组合生态修复系统的稳定性。
本发明的组合系统能够有利于沉水植物的种植和收割，维护成本低；能够根据水中光照强度精确控制床体与水面的距离，能够满足沉水植物生长繁殖所需要的光照条件；漂浮床能够把富营养化水体中的蓝藻等隔开，为悬浮床上的沉水植物生长提供便利。该组合系统通过把床体悬浮在水中，可以应用在深水、河床硬质以及透明度低等水体，应用范围极为广泛。
附图说明
图1一种具有水体生态修复功能的组合床系统在光照充足条件下工作示意图；
图2一种具有水体生态修复功能的组合床系统在光照不充足条件下工作示意图。
1、光照强度调节系统，2、光照强度探测器，3、浮力球，4、悬浮床上升或者下浮拉绳， 5、沉水植物，6、悬浮种植床，7、漂浮床植物，8、漂浮种植床。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。
实施例1:
如图1所示，本发明提供的是一种具有水体生态修复功能的“漂浮床+悬浮床”组合系统，在漂浮床(8)上种植陆生或者岸生植物；在悬浮种植床(6)上种植沉水植物(5)，浮力球 (3)通过拉拉绳(4)为种植床(6)提供悬浮力，利用光照强度探测器监测沉水植物(5) 周围的光照强度，监测到的光照强度反馈到光照强度调节系统(1)与沉水植物(5)光补偿点进行对比，当光照强度低于光补偿点时，光照调节系统(1)发出指令通过拉绳(4)收缩提升种植床(6)，使得沉水植物周围的光强在光补偿点以上；当光照强度远远大于光补偿点，光强会对沉水植物生长产生不利影响时，光照调节系统(1)发出指令通过拉绳(4)下降提升种植床(6)，使得沉水植物(5)周围的光强适合其生长发育，同时漂浮床也可以沉水植物阻挡水面的蓝藻。
将本发明的一种具有水体生态修复功能的“漂浮床+悬浮床”组合系统应用于太湖某湖湾水体修复实验研究。在湖湾将2米×2米的浮床/悬浮床单元构建了本“漂浮床+悬浮床”水体生态修复系统，系统平面尺寸为10米×10米，外环2米是漂浮床水体生态修复系统，内6 米×6米是悬浮床水体生态修复系统。漂浮床上种植水葱、美人蕉和香蒲，悬浮种植床上种植了马来眼子菜和金鱼藻。2个月后漂浮床植物和沉水植物均正常生长，测定系统内外湖水水质，具体见表1：
表1 10×10悬浮床系统对湖水水质的影响
实施例2:
将本发明的一种具有水体生态修复功能的“漂浮床+悬浮床”组合系统应用于太湖某湖湾水体修复实验研究，在湖湾将2米×2米的浮床/悬浮床单元构建了本“漂浮床+悬浮床”水体生态修复系统，系统平面尺寸为14米×14米，外环2米是漂浮床水体生态修复系统，内10 米×10米是悬浮床水体生态修复系统。漂浮床上种植水葱、美人蕉和香蒲，悬浮种植床上种植了马来眼子菜和金鱼藻。2个月后漂浮床植物和沉水植物均正常生长，测定系统内外湖水水质，具体见表2：
表2 14×14悬浮床系统对湖水水质的影响
实施例3:
将本发明的一种具有水体生态修复功能的“漂浮床+悬浮床”组合系统应用于某河道水体修复实验研究。在湖湾将2米×2米的浮床/悬浮床单元构建了本“漂浮床+悬浮床”水体生态修复系统，系统平面尺寸为10米×10米，外环2米是漂浮床水体生态修复系统，内6米×6 米是悬浮床水体生态修复系统。漂浮床上种植水葱、美人蕉和香蒲，悬浮种植床上种植了马来眼子菜和金鱼藻。2个月后漂浮床植物和沉水植物均正常生长，测定系统内外湖水水质，具体见表3：
表3 10×10悬浮床系统对河水水质的影响
实施例4:
将本发明的一种具有水体生态修复功能的“漂浮床+悬浮床”组合系统应用于太湖某湖湾水体修复实验研究，在湖湾将2米×2米的浮床/悬浮床单元构建了本“漂浮床+悬浮床”水体生态修复系统，系统平面尺寸为14米×14米，外环2米是漂浮床水体生态修复系统，内10 米×10米是悬浮床水体生态修复系统。漂浮床上种植水葱、美人蕉和香蒲，悬浮种植床上种植了马来眼子菜和金鱼藻。2个月后漂浮床植物和沉水植物均正常生长，测定系统内外湖水水质，具体见表4：
表4 14×14悬浮床系统对河水水质的影响
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，所述组合床系统包含陆生或者挺水植物漂浮种植床系统和沉水植物悬浮种植床系统，具体包括光照强度调节系统(1)、光照强度探测器(2)、浮力球(3)、悬浮床上升或下浮拉绳(4)、沉水植物(5)、悬浮种植床(6)、漂浮床植物(7)、漂浮种植床(8)；在富营养化水体中放置悬浮种植床(6)和漂浮种植床(8)，漂浮床植物(7)通过基质种植在漂浮种植床上(8)；沉水植物(5)种子或者幼苗移栽到悬浮种植床(6)上，用浮力球(3)和悬浮床上升或者下浮拉绳给种植床提供悬浮力，通过光照强度探测器(2)测定水体中的光照强度，光照强度调节系统(1)根据所栽种的沉水植物(5)对光强度的要求以及光照强度探测器(2)测定的水体中的光照强度进行综合分析，通过控制马达减小或者增加悬浮种植床离水面的距离，使得水体中的光照强度满足沉水植物(5)的生长繁殖要求。
2.根据权利要求1所述的一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，所述悬浮种植床系统能够根据所栽种的沉水植物生长(5)对光照强度的要求进行相应调节：当水体光照不足或水体透明度低时，光照强度调节系统(1)接收到光照强度探测器(2)监测到的低于植物生长所需要的光照强度数据，系统(1)控制马达提升拉绳(4)，使得悬浮种植床减小与水面的距离，增加沉水植物(5)周围的光照强度。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，所述悬浮种植床系统能够根据所栽种的沉水植物生长(5)对光照强度的要求进行相应调节：当阳光充足时，光照强度调节系统(1)接收到光照强度探测器(2)监测到的有害于植物生长所需要的光照强度数据，系统(1)控制马达下降拉绳(4)，使得悬浮种植床增加与水面的距离，减小沉水植物(5)周围的光照强度。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，悬浮种植床可调节距离水面的最小距离为20厘米，距离水面最大距离是200厘米。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，悬浮种植床上拉或下沉速度可以控制马达转速调节，上拉速度0-1.5米/分钟，下沉速度0-1.2米/分钟。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，利用光照强度探测器(2)实时监测沉水植物(5)周围的光照强度，并及时反馈到光照强度调节系统(1)进行调节。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，利用浮力球(3)为种植床提供浮力(6)。
8.根据权利要求1所述的一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，悬浮种植床(6)和漂浮种植床(8)在水质较差的水体中，按照n个悬浮种植床和m个漂浮种植床相间排列的方式进行组合，其中m＝n+1；n根据水体规模设置为大于等于1的整数。
9.根据权利要求1所述的一种具有水体生态修复功能的组合床系统，其特征在于，悬浮种植床(6)和漂浮种植床(8)在水质一般的水体中，按照1个悬浮种植床和2个漂浮种植床相间排列的方式进行组合，再根据水体规模进行重复设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180327 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |