CN112449815A

CN112449815A - 一种海草植株移植装置及移植方法

Info

Publication number: CN112449815A
Application number: CN202011346838.8A
Authority: CN
Inventors: 张沛东; 张宏瑜; 李政; 张彦浩; 李文涛
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2040-11-26
Also published as: CN112449815B

Abstract

本发明公开一种海草植株移植装置及移植方法，涉及生态工程技术领域，主要包括存苗机构、分插机构、行走机架和驱动机构。本发明不仅实现了海草植株的机械化移植，而且植株的行距、株距、插入深度均可调可控，效率可达2000移植单元/人/天，移植效率较人工移植有了很大提升，相比人工移植效率提高233％，同时显著高于目前的其他海草移植机械；此外，本发明实现了海草移植装置的小型化，重量轻，操作简单，移植成功率高，单人即可完成整个鳗草移植工作；本发明的移植方法对天然草床破坏小，只采集带有根状茎营养枝经捆绑构成移植单元，需要的海草数量远少于草皮移植法，对天然海草床破坏很小，对环境友好。

Description

一种海草植株移植装置及移植方法

技术领域

本发明涉及生态工程技术领域，特别是涉及一种海草植株移植装置及移植方法。

背景技术

海草多长在海岸潮下带、浅滩、泻湖、河口等区域，通常大面积聚集生长形成海草床，海草床与珊瑚礁和红树林并称为三大典型海洋生态系统，具有重要的生态功能和经济价值，能稳定底质、防风固堤、净化水体，是海洋中重要的碳汇之一(封存了全球海洋10％～15％的有机碳)，同时还是众多海洋动物的食物来源，并为其提供栖息地、产卵场和育幼场。

由于自然变迁和人类活动影响，全球三分之一以上的海草床已完全退化，消失速度超过7％/年，海草床生态系统已经是地球生物圈中退化速度最快的几个生态系统之一。我国海草床退化同样严重，现有的22种海草中有6种已经进入海草濒危红色名录。保护和修复海草床对于维持近海生态系统的结构和功能完整性具有重要的意义。针对海草床退化现状与趋势，国内外学者开展了一些生态修复技术研究。目前海草床的修复方法主要有3类：生境自然恢复技术、成体植株移植技术以及海草种子播种技术。自然生境恢复法是对修复区域进行保护，减少人为扰动使其自然恢复。成体植株移植技术是利用海草可进行无性繁殖的特点，按照一定植株密度从天然草床采集健康的供体植株，利用某种装置或技术将其移栽至修复区域，经科学养护形成自持斑块草床的一种方法，主要分为两种：一是根状茎法(植株直插法、枚订移植技术、麻绳夹系法、沉子放置法及框架放置法)；二是连带底泥一起移植的草皮法和草块法。海草种子播种技术，即利用海草有性生殖可产生种子的特点，于修复区域播种种子的修复方法。

目前，海草床的修复工作多以人工操作为主，存在效率低、劳动强度大和成本高等问题，短时间内难以形成规模化的修复，是抑制海草床大规模移植修复的首要问题，因此实现机械化辅助增殖已然成为开展海草床修复工作的迫切需求。国外研究者根据海草床特征提出了多种机械辅助设施，加快海草床的修复速度和效率，国内尚未出现机械辅助海草移植的报道。对于机械辅助植株移植法包含几种不同的方法和机械辅助装置，如国外研发了一种海草机械移植船，也称轮插苗机，该船长约9m，包含两个重约260Kg、直径约1.8m的不锈钢轮，通过不锈钢轮的转动，将海草植株插入底泥中，具有移植效率高、移植均匀等技术优点；澳大利亚设计了一种需要潜水员水下辅助作业的草皮移植机械“ECOSUB1”，机器的总体尺寸为5m长×3m宽×3m高，重量约为3吨，主要利用草皮法进行海草移植；还有一种移植机械“GUTS”，该机器高约7.3m，使用液压抓斗抓取海草草皮移放于待修复区。

上述的各种海草植株机械辅助移植方法和装置，在海草床修复过程中，相对于人工移植速度和效率均有较大提升。但由于这些装置体积和重量过大，不够灵活，加之海底条件复杂，在一定程度上限制了其应用范围，如机械移植船极易受水文及海底地形的影响，难以保证移植的成功率，造成了海草植株的大量浪费且移植植株存活率较低，无法推广使用。而且“ECOSUB1”全程需要潜水员潜水进行操作，每天至多可移植18个0.55m×0.44m×0.35～0.5m的草皮，即每天可修复海草床面积仅为4.4m²，且每块草皮成本高达200美元，导致该机器难以广泛使用；“GUTS”在测试运行期间，供体草床和待修复区之间的距离约为2km，“GUTS”平均每次往返需要时长40min，在一个8h的工作日中仅可以移植12块草皮，即每天至多修复草床面积约为21.6m²，加之操作复杂且对水深有的苛刻要求(仅可应用于0.6m-1.5m水深)，使得该机器难以推广使用。

综上所述，目前已知海草植株移植修复的装置存在体积和重量过大，海区移植操作复杂且受海区环境制约严重的问题，同时草皮的大量采集对供体草床有很大破坏，这些因素导致上述装置均难以大规模推广使用。未来海草的植株移植技术应向小型化、精准化、自然友好化和高效化的方向发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种海草植株移植装置及移植方法，以克服目前海草修复技术基本上仍以人工操作为主，机械辅助装置过于笨重导致应用范围受限，且修复效率较低、成本高、对供体草床破坏较大的不足；该装置和方法不仅操作简单、成本低、较少采集天然植株，而且对现有海草床破坏小，实现了小型化、精准化和高效化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种海草植株移植装置，主要包括：

存苗机构，所述存苗机构包括储苗板和设置于所述储苗板上的控苗杆，且所述控苗杆与所述储苗板之间的间距可调；所述储苗板的底端设置有取苗口，所述控苗杆与所述储苗板之间设置有压苗板，所述压苗板用于将移植苗株压持在所述取苗口处；

分插机构，所述分插机构设置于所述取苗口处，包括心轴和安装于所述心轴上的取苗器，所述取苗器能够经所述取苗口将所述移植苗株取出并插入底泥中；

行走机架，所述送苗机构和/或所述分插机构安装于所述行走机架的一端；

驱动机构，所述驱动机构安装于所述行走机架的另一端，用于驱动所述行走机架行走、和/或驱动所述取苗器取苗和插苗。

可选的，所述驱动机构为气动力机构，包括气动马达和与所述气动马达连接的气泵。

可选的，所述气动力机构还包括运输船，所述气泵安装于所述运输船上；所述气动马达安装于所述行走机架上。

可选的，所述行走机架包括机架、设置于所述机架一端的扶手和设置于所述机架底部的行走轮；所述行走轮通过第一传动机构与所述驱动机构连接。

可选的，所述控苗杆的底部固定于所述储苗板；所述控苗杆的顶部通过控苗环连接于所述储苗板，所述控苗环用于调节所述控苗杆与所述储苗板之间的间距。

可选的，所述压苗板为长方体板块；所述长方体板块的外周包覆有铁皮，内腔配置有配重块。

可选的，所述心轴通过第二传动机构与所述驱动机构连接；所述取苗器包括安装于所述心轴上的凸轮和苗爪，所述苗爪的一端通过轴销固定，所述凸轮转动时能够带动所述苗爪绕所述轴销往复摆动。

同时，本发明提供一种海草植株移植方法，采用如上所述的海草植株移植装置。移植作业前，首先对所述移植苗株进行采集和处理：选择天然海草床外围区域，挖出带有根状茎的营养枝，并将植株裁剪至30cm高，地下横走茎3～5cm，去除衰老叶片，保留成熟叶片或幼叶3～5片；将裁剪后的移植苗株叶片向外、根状茎向里横放于所述储苗板上。

可选的，移植作业时，将裁剪处理后的移植苗株用棉线每3株于分生组织处捆扎形成一个移植单元；所述移植单元按行距23cm、株距20cm插入底质中，插入深度不低于2cm且不高于5cm。

可选的，移植作业时，将多台所述海草植株移植装置并联于所述驱动机构，多台所述海草植株移植装置同时作业。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的海草植株移植装置及移植方法，不仅实现了海草植株的机械化移植，而且植株的行距、株距、插入深度均可调可控，效率高达2000移植单元/人/天，移植效率较人工移植有了很大提升，相比人工移植效率提高233％，同时显著高于目前的其他海草移植机械；此外，本发明实现了海草移植装置的小型化，重量轻，操作简单，移植成功率高，单人即可完成整个鳗草移植工作，安装气泵分流装置可多台海草植株移植装置一起工作(一艘运输船气泵可供给多台装置工作)，效率会有更大提升，实用性强。

本发明对天然草床破坏小，该移植方法只采集带有根状茎营养枝经捆绑构成移植单元，需要的海草数量远少于草皮移植法，对天然海草床破坏很小，对环境友好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的海草植株移植装置的结构示意图；

图2为本发明海草植株移植装置中气动力系统的结构示意图；

其中，附图标记为：1.行走机架，2.气动力系统，3.主动链轮，4.分插机构，5.存苗机构，6.气泵，7.运输船，8.扶手，9.行走轮，10.通气软管，11.气动马达，12.支架，13.链条，14.第一心轴，15.第一从动链轮，16.第二从动链轮，17.第三从动链轮，18.第四从动链轮，19.第二心轴，20.机架，21.苗爪，22.凸轮，23.储苗板，24.取苗口，25.控苗杆，26.控苗环，27.压苗板，28.取苗器，29.第三心轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-2所示，本实施例提供一种海草植株移植装置，主要由行走机架1、气动力机构2、传动机构、分插机构4和存苗机构5组成，其中：

行走机架1包括水平放置的机架20，机架20的前端设置有扶手8，底部设置有两个行走轮9，且两个行走轮9通过第一心轴14连接，第一心轴14通过轴承组件安装于机架20。

气动力机构2主要由气动马达11、气泵6和运输船7构成，气动马达11一般通过螺丝固定于机架20的前端，且位于第一心轴14的上部，第一心轴14上安装第一从动链轮15。机架20的中部设置有支架12用于安装传动机构，其中，支架12上通过轴承组件安装有第二心轴19，第二心轴19上设置有第二从动链轮16、第三从动链轮17和第五从动链轮。气动马达11输出轴上的主动链轮3通过链条13与第五从动链轮(图中未示出)传动链接，以带动第二心轴19转动；第二从动链轮16、第三从动链轮17分别通过链条或皮带与第一从动链轮15和分插机构4的第四从动链轮18传动连接，从而实现气动力机构2对分插机构4和机架20的同步驱动。气泵6位于运输船7中，通过通气软管10与气动马达11相连，气泵6向气动马达11供气，通过气动马达11将气动力转化成机械能，通过传动机构将机械能传递给行走机架1，为装置的前进提供动能，同时通过传动机构将机械能传递给分插机构4，为取苗、插苗提供动能。

分插机构4主要包括第三心轴29和安装于第三心轴29上的取苗器28，气动马达11将动力依次通过第三从动链轮17、第四从动链轮18传送至第三心轴29，以驱使第三心轴29转动，进而实现取苗器28的取苗、插苗动作的往复循环进行。其中，分插机构4还包括焊接于机架20的分插支架(图中未示出)，第三心轴29通过轴承组件转动安装于分插支架；取苗器28包括凸轮22和苗爪21，凸轮22固定安装于第三心轴29，苗爪21的顶端通过轴销铰接于分插支架，第三心轴29转动带动与其相连的凸轮22转动，凸轮22转动因其转动过程中半径改变从而控制苗爪21的开合，从而达到带动苗爪21作往复运动的效果，使苗爪21从取苗口24取苗，并按一定行距和株距插入一定深度的底质中。存苗机构也安装于上述分插支架上。为了限制凸轮22的转动形成，本实施例还在分插支架上铰接了限位块，限位块上设置有弧形槽，凸轮22上远离苗爪21的一端设置有凸块，凸块插入弧形槽内，凸块可在凸轮22转动时在弧形槽内沿槽滑动；上述限位块、分插支架、凸轮22以及苗爪21构成一个曲柄连杆机构。

存苗机构5位于机架20的后端，且位于分插机构4的后部，用于存放裁剪后的植株，主要由储苗板23、取苗口24、控苗杆25、控苗环26和压苗板27构成。其中，储苗板23的底端弯折，取苗口24设置有2个，位于储苗板23底端的弯折部位上，以确保该弯折部分可以托载株苗；控苗杆25底端固定安装于储苗板23底部，顶端通过控苗环26固定于储苗板23的上部，控苗环26连接控苗杆25和储苗板23，压苗板27位于储苗板23和控苗杆25之间。其中，控苗环26包括螺杆和设置于螺杆顶部的套环，控苗杆25穿过套环，调节螺杆旋进储苗板23的深度可调节控苗杆25与储苗板23之间的间距，并可使控苗杆25与储苗板23之间保持一定距离，以控制每次到达取苗口的海草株苗数量，比如3～5株。上述控苗杆25和控苗环26能精确控制每次移植的株苗数量。

本实施例中，优选控苗杆25和取苗口24分别设置两个，对应取苗口24的设置数量，裁剪株苗应以叶片向外、根状茎向里按两列横放于储苗板23上，每列对应一个取苗口24，两列共用一个压苗板27。基于上述结构，海草植株移植装置一个行程可种植两列株苗，工作效率高。

本实施例中，机架20的行走方向可由使用者通过扶手8手动控制，而前进动力则由气动力系统2提供，如此设置可节省人力，提高海草株苗的移植效率。

本实施例中，行距应为23cm，株距应为20cm，插入底质的深度应为5cm。

本实施例中，压苗板27为一个较重的中空长方体板块结构，外包有铁皮，内配置有配重，可在重力作用下在控苗杆25与储苗板23之间向下滑动，直至将株苗压紧于取苗口24处，既能够确保海草株苗始终贴近取苗口，又能够有效防止株苗在水的浮力作用下飘离储苗板23并遗失。

下面基于上述海草植株移植装置对海草植株移植方法进行具体说明。

移植作业前，首先对移植苗株进行采集和处理：选择天然海草床外围区域，挖出带有根状茎的营养枝，并将植株裁剪至30cm高，地下横走茎3～5cm，去除衰老叶片，保留成熟叶片或幼叶3～5片；将裁剪后的移植苗株叶片向外、根状茎向里横放于储苗板23上，调节控苗杆25与储苗板23间的距离后，将压苗板27放入控苗杆25与储苗板23之间，使其在重力作用下将海草株苗压紧于取苗口24处。

移植作业时，可优选将裁剪处理后的移植苗株用棉线每3株于分生组织处捆扎形成一个移植单元，此时可优选控苗杆25与储苗板23间同时容纳3-5个移植单元，通过控制气动马达11的输出转速，可间接调节苗爪21的往复运动频率，进而调节取苗速率。比如最终可按行距23cm、株距20cm将株苗插入底质中，插入深度以不低于2cm且不高于5cm为宜。

于本实施例中，传动机构将气动马达11输出的动力传输给分插机构4，由分插机构4中的苗爪21从存苗机构5的取苗口24处不断取苗，取苗后，苗爪21将海草株苗插入底质中。将多台海草植株移植装置并联于同一气动力系统，可实现多台海草植株移植装置同时作业，提高作业效率。

2018年9月中旬，利用本实施例的上述海草植株移植装置，在山东省荣成市天鹅湖海域以36株/m²移植了1000m²的鳗草植株。移植后，于2018年9月至2019年9月，逐月对移植大叶藻植株的成活和生长情况进行了监测和分析。移植1个月后平均成活率为81.5％，于移植7-8个月后形成斑块草床，后逐渐形成连续草床，移植后1年，面积达到最大值，为2836m²；鳗草植株密度均随时间推移呈现递增趋势，至移植1年后植株密度达到最大值，平均为78株/m²，植株扩繁效力达到2.17株/m²，即植株通过无性扩繁数量增加约2.2倍，且观察到移植鳗草植株生长情况良好，侧枝和侧枝苗丛生，有利于实现海草床的修复任务。

由此可见，本实施例提供的海草植株移植装置及海草植株移植方法实现了海草植株的机械化移植，移植效率高达2000移植单元/人/天，移植效率较人工移植有了很大提升，相比人工移植效率提高233％，同时显著高于已国外报道的“GUTS”、“ECOSUB1”等现有海草移植机械；本实施例提供的海草植株移植装置实现了海草移植装置的小型化，重量仅35kg，操作较为简单，移植成功率高，单人即可完成整个鳗草移植工作，通过安装气泵分流装置可多台装置一起工作(一艘运输船气泵可供给多台装置工作)，效率会有更大提升。本实施例提供的海草植株移植方法对天然草床破坏小，该移植方法只采集带有根状茎营养枝经捆绑构成移植单元，需要的海草数量远少于草皮移植法，对天然海草床破坏很小，对环境友好。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种海草植株移植装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的海草植株移植装置，其特征在于，所述驱动机构为气动力机构，包括气动马达和与所述气动马达连接的气泵。

3.根据权利要求2所述的海草植株移植装置，其特征在于，所述气动力机构还包括运输船，所述气泵安装于所述运输船上；所述气动马达安装于所述行走机架上。

4.根据权利要求1所述的海草植株移植装置，其特征在于，所述行走机架包括机架、设置于所述机架一端的扶手和设置于所述机架底部的行走轮；所述行走轮通过第一传动机构与所述驱动机构连接。

5.根据权利要求1所述的海草植株移植装置，其特征在于，所述控苗杆的底部固定于所述储苗板；所述控苗杆的顶部通过控苗环连接于所述储苗板，所述控苗环用于调节所述控苗杆与所述储苗板之间的间距。

6.根据权利要求1所述的海草植株移植装置，其特征在于，所述压苗板为长方体板块；所述长方体板块的外周包覆有铁皮，内腔配置有配重块。

7.根据权利要求1所述的海草植株移植装置，其特征在于，所述心轴通过第二传动机构与所述驱动机构连接；所述取苗器包括安装于所述心轴上的凸轮和苗爪，所述苗爪的一端通过轴销固定，所述凸轮转动时能够带动所述苗爪绕所述轴销往复摆动。

8.一种海草植株移植方法，采用如权利要求1-7任意一项所述的海草植株移植装置，其特征在于，移植作业前，首先对所述移植苗株进行采集和处理：选择天然海草床外围区域，挖出带有根状茎的营养枝，并将植株裁剪至30cm高，地下横走茎3～5cm，去除衰老叶片，保留成熟叶片或幼叶3～5片；将裁剪后的移植苗株叶片向外、根状茎向里横放于所述储苗板上。

9.根据权利要求8所述的海草植株移植方法，其特征在于，移植作业时，将裁剪处理后的移植苗株用棉线每3株于分生组织处捆扎形成一个移植单元；所述移植单元按行距23cm、株距20cm插入底质中，插入深度不低于2cm且不高于5cm。

10.根据权利要求8所述的海草植株移植方法，其特征在于，移植作业时，将多台所述海草植株移植装置并联于所述驱动机构，多台所述海草植株移植装置同时作业。