CN109392517A - 一种水生植物种植与收割装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水生植物种植与收割装置，包括柱体支架以及自上而下依次设置在所述柱体支架上的收割单元、第二种植单元，所述收割单元包括主动轮、把手、剪切板、设置在所述剪切板上的从动轮、传动皮带、分别与所述从动轮和剪切板相连的丝杠、导轨，所述第二种植单元包括长方体形网格围挡、砾石层、种植土层、种植在种植土层内的沉水植物；在水生植物进行收割时，通过摇动把手产生的扭矩带动主动轮旋转，从而依次经传动皮带、从动轮、丝杠带动剪切板切断沉水植物进行收割。本发明解决了水生植物种植中存在的收割困难问题，广泛适用各种深度和能见度水体的水生植物种植与收割，可用该装置种植水生植物以达到水体生态修复的目的。
Description
技术领域
本发明涉及生态治理领域，特别是涉及一种广泛适用各种深度和能见度水体的水生植物种植与收割装置，尤其适用于水下能见度较低的水体中水生植物的种植与收割。
背景技术
水体富营养化近年来已经发展成为全球性的水环境问题，造成水体富营养化的主要原因是工业废水、农业污水和生活污水的大量排入，导致水体中氮磷浓度的急剧增加。因此，控制水体富营养化的首要任务是降低水体中氮磷营养盐的浓度。20世纪70年代起，水生植物被广泛地应用于富营养化水体的修复之中，水体中的无机氮和无机磷可被水生植物直接吸收转化为自身所需要的蛋白质、DNA、RNA等，水生植物在利用水体中富营养物质以满足自身生长需求的同时，可直接减少水体中氮磷营养盐浓度，进而改善水体富营养化环境。
光照是影响水生植物生长的重要因素之一，植物在光强低于其光和补偿点的条件下最终将不能存活。沉水植物位于水面以下，富营养化水体由于其透明度较低导致水下光照不足，尤其是在深水区更是十分不利于沉水植物种子的萌发和幼苗的生长。
水生植物对水体营养盐的吸收都是有限的，且随着水生植物的周期性生长、死亡，所吸收的营养盐也随之发生不同程度的变化，在采用水生植物修复富营养化水体时，要进行适时收割处置。收割可以有效去除水体中过大的生物量，同时可以通过收割移除植物体中的氮磷营养盐，使得富营养化水质得到明显改善。常用沉水植物的收割方式如用镰刀手工收割、大型机械收割，往往难以把握收割深度，经常将整株植物折断或连根拔起，并且对水体扰动很大，不利于沉水植物的恢复与繁殖，进而影响整个水生生态系统的稳定。
发明内容
本发明的目的是针对水生植物种植中存在的收割困难问题，提出一种广泛适用各种深度和能见度水体的水生植物种植与收割装置，尤其适用于水下能见度较低、水深较深的水体，可用该装置种植水生植物以达到水体生态修复的目的。
为实现上述目的，本发明提供了一种水生植物种植与收割装置，包括柱体支架以及自上而下依次设置在所述柱体支架上的收割单元、第二种植单元，所述收割单元包括设置在所述柱体支架上部的主动轮、设置在所述主动轮上的把手、设置在所述柱体支架中部的剪切板、设置在所述剪切板上的从动轮、连接主动轮与从动轮的传动皮带、分别与所述从动轮和剪切板相连的丝杠、固定在柱体支架用于安装剪切板的导轨，所述第二种植单元包括设置在四周和上下底面的长方体形网格围挡、填充在所述长方体形网格围挡内中下层的砾石层、铺设在所述砾石层上的种植土层、种植在所述种植土层内的沉水植物；
在水生植物进行收割时，通过摇动把手产生的扭矩带动主动轮旋转，从而依次经传动皮带、从动轮、丝杠带动剪切板切断沉水植物进行收割。
优选地，所述剪切板包括堆叠设置的剪切上刀板和剪切下刀板，所述导轨固定在所述柱体支架上，所述剪切下刀板固定在所述导轨上，所述丝杠一端与所述从动轮丝接，所述丝杠另一端与所述剪切下刀板连接，所述剪切上刀板和剪切下刀板上均匀设置有开孔。
优选地，所述剪切上刀板和剪切下刀板上间隔设置有相同的梯形断面开孔，且所述剪切上刀板上的梯形断面开孔和剪切下刀板上的梯形断面开孔对称设置。
优选地，所述砾石层由粒径为30～40mm的砾石铺设而成，厚度为8～10cm；所述种植土层由种植土铺设而成，厚度为7～10cm。
优选地，还包括依次设置在所述收割单元上的照明单元、第一种植单元，所述第一种植单元包括设置在四周与下底面的网格围挡、设置在所述下底面的网格围挡中部位置上的基质模块、种植在所述基质模块上的水生植物以及填充在所述基质模块周围的浮块，所述照明单元包括设置在所述浮块上的太阳能板、设置在所述浮块内的控制机构以及设置在第一种植单元下方的补光防水灯。
优选地，所述柱体支架四个竖直边的上部为浮动导轨，所述第一种植单元上设有穿孔，所述第一种植单元通过穿孔套设在浮动导轨上。
优选地，所述基质模块为粒径在20～30mm的浮石填充而成，所述基质模块各边均为网格边长约10mm的网格板制成；所述浮块为充气浮块；所述控制机构包括控制器、蓄电池及逆变器。
优选地，所述柱体支架的总高度略大于水生植物所在水域的最高水位；所述太阳能板为一块或多块拼接而成，且所述太阳能板向太阳所在方位倾斜设置。
优选地，所述水生植物为芦苇和/或香蒲，所述沉水植物为黑藻和/或菹草。
优选地，所述剪切板设置在沉水植物生长最高点下方40～60cm处，所述梯形断面开孔长度小于剪切板的边长，梯形断面上底边长度约50mm，下底边长度约30mm，左右相邻两个梯形断面开孔之间的距离约为30mm。
优选地，所述剪切板与所述第二种植单元之间通过连接杆进行连接，所述连接杆为分节式杆，且当主动轮与从动轮之间的距离经传动皮带确定后，通过伸缩调节所述连接杆来调节剪切板的固定位置。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
(1)传统沉水植物收割方法不能控制收割强度，且易造成水体较大程度的扰动，影响沉水植物的恢复与繁殖，以致整个水生生态系统的稳定，本发明可根据所种植沉水植物种类、下层光照以及补光情况等调整补光灯管个数、位置以及收割板所在高度，适量收割，对水体影响较小，既实用又十分灵活、便利。
(2)本发明将第一种植单元设置在浮动导轨上，既使得在水面上漂浮的第一种植单元不会被风浪打翻保障了其稳定性，还能使其随水位的变化上下自由浮动，灵活性高。
(3)本发明充分合理地利用了太阳能光照，为深水区沉水植物的生长提供了光照，有效解决了因水下能见度低、光照不足等原因导致的沉水植物生长困难的问题。
(4)本发明的模块化设置，可将装置进行自由拼接组合，以满足在大面积水体中的使用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为水生植物种植与收割装置结构示意图；
图2为剪切板侧视示意图；
图3为剪切板俯视示意图；
图4为第一种植单元示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提出了一种水生植物种植与收割装置，如图1～图4所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。本发明尤其适用于水下能见度较低、水深较深的水体，可用该装置种植水生植物以达到水体生态修复的目的。本发明的主体为柱体支架，柱体支架1从上到下依次设置有第一种植单元、照明单元、收割单元、第二种植单元。
具体地，本发明的水生植物种植与收割装置包括柱体支架1以及自上而下依次设置在所述柱体支架1上的收割单元、第二种植单元5，所述收割单元包括设置在所述柱体支架1上部的主动轮8、设置在所述主动轮8上的把手7、设置在所述柱体支架1中部的剪切板4、设置在所述剪切板4上的从动轮11、连接主动轮8与从动轮11的传动皮带9、分别与所述从动轮11和剪切板4相连的丝杠17、固定在柱体支架1用于安装剪切板4的导轨16，所述第二种植单元5包括设置在四周和上下底面的长方体形网格围挡、填充在所述长方体形网格围挡内中下层的砾石层、铺设在所述砾石层上的种植土层、种植在所述种植土层内的沉水植物。
在水生植物进行收割时，通过摇动把手7产生的扭矩带动主动轮8旋转，从而依次经传动皮带9、从动轮11、丝杠17带动剪切板4切断沉水植物进行收割。
柱体支架1的大小和高度可根据水体具体情况进行设定。优选地，所述柱体支架1的总高度大于水生植物所在水域的最高水位。如需要选用该装置种植水生植物的水体其常水位约为4m，最高水位约4.3m，最低水位约3.7m，则柱体支架1可设置为上下底面为边长为2m的正方形，柱体支架1高总高度为4.5m。
如图1、图2所示，所述收割单元包括设置在所述柱体支架1上部的主动轮8、设置在所述主动轮8上的把手7、设置在所述柱体支架1中部的剪切板4、设置在所述剪切板4上的从动轮11、连接主动轮8与从动轮11的传动皮带9、分别与所述从动轮11和剪切板4相连的丝杠17、固定在柱体支架1用于安装剪切板4的导轨16。其中主动轮8设置在上部的柱体支架1杆上；剪切板4位于中部，其位置可根据所种植沉水植物种类、下层光照以及补光情况、植物生长情况等具体参数来调节；所述剪切板4与所述第二种植单元5之间通过连接杆进行连接，所述连接杆为分节式杆，且当主动轮8与从动轮11之间的距离经传动皮带9确定后，通过伸缩调节所述连接杆来调节剪切板4的固定位置，即可通过调节剪切板4与第二种植单元5之间的距离来调节剪切板4位置，以保证沉水植物生长最高点下方约40～60cm处设置有剪切板4，即所收割沉水植物的高度约40～60cm。
优选地，所述剪切板包括堆叠设置的剪切上刀板14和剪切下刀板15，所述导轨16固定在所述柱体支架1上，所述剪切下刀板15固定在所述导轨16上，所述丝杠17一端与所述从动轮11丝接，所述丝杠17另一端与所述剪切下刀板15连接，所述剪切上刀板14和剪切下刀板15上均匀设置有开孔。从动轮11设置在剪切板4一侧，且与主动轮8在同一侧面，传动皮带9连接主动轮8和从动轮11，丝杠17和导轨16设置在剪切板的下方，并与从动轮11相连，剪切上刀板14固定，剪切下刀板15作为丝杠17传动的滑块可沿导轨16方向做直线往复运动。
如图3所示，所述剪切上刀板14和剪切下刀板15上间隔设置有相同的梯形断面开孔18，且所述剪切上刀板14上的梯形断面开孔18和剪切下刀板15上的梯形断面开孔18对称设置。所述梯形断面开孔18长度小于剪切板4的边长，梯形断面上底边长度约50mm，下底边长度约30mm，左右相邻两个梯形断面开孔18之间的距离约为30mm，开孔距离需根据植物种类进行调整，以保证植物在生长过程中顺利穿过开孔向上生长。
本发明的水生植物种植与收割装置的收割工作原理如下：
开始时，上下两个剪切上刀板14和剪切下刀板15开孔完全对齐，则留出多个空隙，因补光灯管或阳光在剪切板4上方，沉水植物向光逐渐生长则会穿过该空隙后继续向上生长；当转动主动轮8上的把手7时，主动轮8转动带动从动轮11转动，推动丝杠17运动，使得剪切下刀板15在导轨16上做直线往复运动，此时上下两个剪切板梯形断面开孔18两边的楔形结构进行剪切运动，会像剪刀一样将穿过空隙生长的沉水植物剪断，从而达到收割的目的。
由于梯形断面开孔18上下底边尺寸不同，剪切下刀板15移动到一定位置时可使得剪切板4变为完全闭合状态，使得切割掉的沉水植物不会落入下方。此外，还可在收割剪切板4上部及四周设置网兜，切割下的沉水植物直接落入网中兜，收网后直接去除切割掉的沉水植物。
装置最下层为第二种植单元5，所述第二种植单元5包括设置在四周和上下底面的长方体形网格围挡、填充在所述长方体形网格围挡内中下层的砾石层、铺设在所述砾石层上的种植土层、种植在所述种植土层内的沉水植物。
具体地，所述第二种植单元5底面为边长约2m的正方形，高度约15～20cm，其四周和上下底面均选用塑料网格围挡，其网格为边长2cm的菱形。第二种植单元5内的最中下层铺设8～10cm高度的砾石，形成砾石层，粒径为30～40mm；上层铺设7～10cm高的适宜沉水植物生长所需要的种植土，可于其中种植黑藻、菹草等易生长、去污效果好的沉水植物。砾石层的铺设保障了整个装置的稳定性，使得装置放入水中后不易翻到。
以上的水生植物种植与收割装置可用于水下能见度较高的浅水区沉水植物的种植，因光照可满足沉水植物生长的需要，只需于适宜时期对沉水植物进行收割即可。当应用于水下能见度较低的水域时，本发明的水生植物种植与收割装置还包括依次设置在所述收割单元上的照明单元、第一种植单元2。
如图1、图4所示，所述第一种植单元2包括设置在四周与下底面的网格围挡、设置在所述下底面的网格围挡中部位置上的基质模块13、种植在所述基质模块13上的水生植物以及填充在所述基质模块13周围的浮块10，所述照明单元包括设置在所述浮块10上的太阳能板12、设置在所述浮块10内的控制机构以及设置在第一种植单元2下方的补光防水灯3。
柱体支架1四个竖直边的最上层为浮动导轨6，浮动导轨6长度为60～70m，第一种植单元2的四个角有穿孔，可套在浮动导轨6上，该结构的设置既使得在水面上漂浮的第一种植单元2不会被风浪打翻保障了其稳定性，还能使其随水位的变化上下自由浮动，灵活性高。浮块10为充气浮块，设置在基质模块13的四周，太阳能板12设在浮块10上，浮块10的设置使整个第一种植单元2漂浮在水面上。
第一种植单元2底面为边长约2m的正方形，高约15cm，其四周与下底面为塑料网格围挡，网格为边长5cm的菱形。如图4所示，第一种植单元2包括基质模块13、太阳能板12和浮块10，其中基质模块13位于第一种植单元2的中央位置，底面为边长约1m的正方形，高度约为15cm；基质模块13周围包围着浮块10，所述浮块10上方为太阳能板12。所述太阳能板12为一块或多块拼接而成，且所述太阳能板12向太阳所在方位倾斜设置。如在北半球可向南倾斜放置，以便于更大范围的吸收太阳能。
基质模块13选用基质为粒径在20～30mm的浮石填充满，各边均选用塑料网格板围住制成，网格边长约10mm，既能防止浮石掉落，又能保证植物根系穿过基质向水中延伸。浮石不仅能够吸收水中的磷营养盐且其密度小于水，增强了第一种植单元2的漂浮性。可在基质模块上种植去污能力强但叶片不大的水生植物，防止植物叶片过大遮挡住周围的太阳能板12，水生植物可选择芦苇、香蒲等。
照明单元包括设置在第一种植单元2上的太阳能光板12，设置在第一种植单元2下方的补光防水灯3，以及浮块10内部设置的控制机构，所述控制机构包括控制器、蓄电池及逆变器。其中补光防水灯3设置在第一种植单元2的正下方，补光防水灯3位置及设置个数可根据水下能见度及灯管补光强度等参数设置，需保证第一种植单元2中所种植的沉水植物生长的需要。
需要说明的是，本发明中主动轮8可设置在第一种植单元2上方，亦可将主动轮8固定在第一种植单元2以下，此时摇动主动轮8需在水面以下，但实际亦不影响收割效果
相比于传统沉水植物收割方法不能控制收割强度，且易造成水体较大程度的扰动，影响沉水植物的恢复与繁殖，以致整个水生生态系统的稳定，本发明的水生植物种植与收割装置可根据所种植沉水植物种类、下层光照以及补光情况等调整补光灯管个数、位置以及收割板所在高度，适量收割，对水体影响较小，既实用又十分灵活、便利。
本发明将第一种植单元设置在浮动导轨上，既使得在水面上漂浮的第一种植单元不会被风浪打翻保障了其稳定性，还能使其随水位的变化上下自由浮动，灵活性高。本发明充分合理地利用了太阳能光照，为深水区沉水植物的生长提供了光照，有效解决了因水下能见度低、光照不足等原因导致的沉水植物生长困难的问题。本发明的模块化设置，可将多个水生植物种植与收割装置进行自由拼接组合，以满足在大面积水体中的使用。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种水生植物种植与收割装置，其特征在于：包括柱体支架(1)以及自上而下依次设置在所述柱体支架(1)上的收割单元、第二种植单元(5)，所述收割单元包括设置在所述柱体支架(1)上部的主动轮(8)、设置在所述主动轮(8)上的把手(7)、设置在所述柱体支架(1)中部的剪切板(4)、设置在所述剪切板(4)上的从动轮(11)、连接主动轮(8)与从动轮(11)的传动皮带(9)、分别与所述从动轮(11)和剪切板(4)相连的丝杠(17)、固定在柱体支架(1)用于安装剪切板(4)的导轨(16)，所述第二种植单元(5)包括设置在四周和上下底面的长方体形网格围挡、填充在所述长方体形网格围挡内中下层的砾石层、铺设在所述砾石层上的种植土层、种植在所述种植土层内的沉水植物；
在水生植物进行收割时，通过摇动把手(7)产生的扭矩带动主动轮(8)旋转，从而依次经传动皮带(9)、从动轮(11)、丝杠(17)带动剪切板(4)切断沉水植物进行收割。
2.根据权利要求1所述的种植与收割装置，其特征在于：所述剪切板包括堆叠设置的剪切上刀板(14)和剪切下刀板(15)，所述导轨(16)固定在所述柱体支架(1)上，所述剪切下刀板(15)固定在所述导轨(16)上，所述丝杠(17)一端与所述从动轮(11)丝接，所述丝杠(17)另一端与所述剪切下刀板(15)连接，所述剪切上刀板(14)和剪切下刀板(15)上均匀设置有开孔。
3.根据权利要求2所述的种植与收割装置，其特征在于：所述剪切上刀板(14)和剪切下刀板(15)上间隔设置有相同的梯形断面开孔(18)，且所述剪切上刀板(14)上的梯形断面开孔(18)和剪切下刀板(15)上的梯形断面开孔(18)对称设置。
4.根据权利要求1所述的种植与收割装置，其特征在于：所述剪切板(4)与所述第二种植单元(5)之间通过连接杆进行连接，所述连接杆为分节式杆，且当主动轮(8)与从动轮(11)之间的距离经传动皮带(9)确定后，通过伸缩调节所述连接杆来调节剪切板(4)的固定位置。
5.根据权利要求1所述的种植与收割装置，其特征在于：还包括依次设置在所述收割单元上的照明单元、第一种植单元(2)，所述第一种植单元(2)包括设置在四周与下底面的网格围挡、设置在所述下底面的网格围挡中部位置上的基质模块(13)、种植在所述基质模块(13)上的水生植物以及填充在所述基质模块(13)周围的浮块(10)，所述照明单元包括设置在所述浮块(10)上的太阳能板(12)、设置在所述浮块(10)内的控制机构以及设置在第一种植单元(2)下方的补光防水灯(3)。
6.根据权利要求5所述的种植与收割装置，其特征在于：所述柱体支架(1)四个竖直边的上部为浮动导轨(6)，所述第一种植单元(2)上设有穿孔，所述第一种植单元(2)通过穿孔套设在浮动导轨(6)上。
7.根据权利要求1所述的种植与收割装置，其特征在于：所述基质模块(13)为粒径在20～30mm的浮石填充而成，所述基质模块(13)各边均为网格边长约10mm的网格板制成；所述浮块(10)为充气浮块；所述控制机构包括控制器、蓄电池及逆变器。
8.根据权利要求7所述的种植与收割装置，其特征在于：所述柱体支架(1)的总高度大于水生植物所在水域的最高水位；所述太阳能板(12)为一块或多块拼接而成，且所述太阳能板(12)向太阳所在方位倾斜设置。
9.根据权利要求1所述的种植与收割装置，其特征在于：所述水生植物为芦苇或香蒲，所述沉水植物为黑藻或菹草。
10.根据权利要求3所述的种植与收割装置，其特征在于：所述剪切板(4)设置在沉水植物生长最高点下方40～60cm处，所述梯形断面开孔(18)长度小于剪切板(4)的边长，所述梯形断面开孔(18)的上底边与下底边长度比约为5：3，左右相邻两个梯形断面开孔(18)之间的距离与梯形断面(18)下底边的长度相等。
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