CN113575406A - 一种半悬浮复合作物岛礁及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半悬浮复合作物岛礁以及制作方法，包括悬浮于水体的生物礁盘和部分浸没于水体、部分露于水面的作物地上部分，作物的根系盘结在生物礁盘上；其中，悬浮于水体的生物礁盘包括一组植物根状茎浮材、育苗基质和作物根系。本发明以带中空腔体的水生植物可繁殖根状茎为浮体材料，通过植物浮材与作物根系互相盘结缠绕包裹植物浮材及其膨大部分、育苗基质形成可提供浮床稳固物理支撑的生物质载体，且通过浮床植物地上部株高的阶段性调控实现平稳悬浮。由于本发明中植物浮床悬浮于水体，仅有部分生物量高于水面，形似“岛礁”，且同时是以带中空腔体的水生植物为浮材，作物为主要净化植物，故将其命名为“半悬浮复合作物岛礁”。

Description

一种半悬浮复合作物岛礁及其制作方法

技术领域

本发明属于水产养殖尾水净化、农业面源污染防控等水环境治理领域，特别涉及一种半悬浮复合作物岛礁。本发明还涉及一种半悬浮复合作物岛礁的制作方法。

背景技术

随着点源污染的治理力度增大，面源污染由于排放路径随意，管控难度大，其对水体污染所占比重仍呈上升趋势，水体富营养化问题仍然不容小觑。植物浮床技术近年来被广泛用于富营养化水体修复，是一种以泡沫、塑料管或尼龙网等人工合成化工品为载体，将高等水生植物或耐水淹陆生植物栽植到富营养化水体中，通过植物的根系吸收或转化作用削减水体中营养物质，从而净化改善水质的植物修复法。经过数十年发展，植物浮床技术虽然逐步完善，但仍存在浮体材料易老化、二次污染风险高，生产工序繁杂成本高，抗风浪性低和生态系统服务功能单一等问题。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种半悬浮复合作物岛礁，主要存在以下问题：

（1）解决了传统泡沫、塑料管或尼龙网等人工合成化工品提供浮力和物理支撑力的植物浮床材料易老化使用寿命短和二次污染风险高等问题。

（2）简化了传统框架浮床多场地多工序的生产过程，降低了植物浮床生产成本。

技术方案：一种半悬浮复合作物岛礁，包括悬浮于水体的生物礁盘和部分浸没于水体、部分露于水面的作物地上部分，作物的根系盘结在生物礁盘上；其中，悬浮于水体的生物礁盘包括一组植物根状茎浮材、育苗基质和作物根系，悬浮于水体的生物礁盘以一组植物根状茎浮材作为支撑“骨架”，以作物根系作为育苗基质、植物根状茎浮材被缠绕盘结的包裹网，作物根系着生于悬浮于水体的生物礁盘的内外，悬浮于水体的生物礁盘是维持作物正常生长的生物质载体；所述育苗基质包括垫底基质与盖籽基质，植物根状茎浮材依次整齐排列于最下方，所述垫底基质铺设于一组植物根状茎浮材上方，并且垫底基质填充于一组植物根状茎浮材间的空隙内，所述一组作物的种子均匀播于垫底基质的上层，所述盖籽基质铺设于一组作物的种子上方。本发明以带中空腔体的水生植物可繁殖根状茎为浮体材料，通过植物浮材与作物根系互相盘结缠绕包裹植物浮材及其膨大部分、育苗基质形成可提供浮床稳固物理支撑的生物质载体，且通过浮床植物地上部株高的阶段性调控实现平稳悬浮。由于本发明中植物浮床悬浮于水体，仅有部分生物量高于水面，形似“岛礁”，且同时是以带中空腔体的水生植物为浮材，作物为主要净化植物，故将其命名为“半悬浮复合作物岛礁”。

进一步的，上述的半悬浮复合作物岛礁，所述盖籽基质的上方覆盖有无纺布，无纺布可作为作物种子的盘根材料增加礁盘的稳定性与牢固度；其中，无纺布为可降解无纺布。

进一步的，上述的半悬浮复合作物岛礁，所述植物根状茎浮材是指具中空腔体的耐淹或水生植物的可繁殖根状茎，并且植物根状茎浮材具有完整 “节-间-节”单元。

进一步的，上述的半悬浮复合作物岛礁，所述植物根状茎浮材可以为莲荷、芦苇地下茎。

进一步的，上述的半悬浮复合作物岛礁，所述植物根状茎浮材为莲荷地下茎，所述莲荷地下茎的长度包含2个～3个“节-间-节”单元；所述莲荷地下茎带有芽眼，并且悬浮于水体的生物礁盘在制作时莲荷地下茎所包含的芽眼个数不少于13个/m²。

进一步的，上述的半悬浮复合作物岛礁，所述植物根状茎浮材为芦根，所述芦根地下茎的长度包含完整“节-间-节”单元；所述芦根地下茎带有饱满芽眼，并且生物礁盘在制作时芦根地下茎占生物礁盘体积不低于36%。

本发明还提供一种半悬浮复合作物岛礁的制作方法，包括以下步骤：

S1、复合作物岛礁培养容器选择：选择底部密闭的敞口器皿作为复合作物岛礁培养容器；

S2、植物根状茎浮材的获取和整理：挑选自河泥或塘泥内掘起的具饱满芽眼的植物根状茎浮材，保留具完整花芽的可繁殖地下茎；

S3、植物根状茎浮材的筛选和铺设：筛选大小整齐一致、带芽眼的植物根状茎浮材作为悬浮支撑材料，并将一组植物根状茎浮材均匀铺于培养容器底部，以容器底部铺满为宜，植物根状茎浮材的体积占生物礁盘体积的40%~60%；

S4、垫底基质量化与铺放：于植物根状茎浮材上方均匀铺撒垫底基质，并洒水保持垫底基质湿润，垫底基质体积占生物礁盘体积的30%~40%；

S5、作物种子的浸种与播种：将作物种子浸种催芽后均匀播于垫底基质上方，播种密度以盘根为宜；

S6、盖籽基质量化与覆盖：于作物种子上方均匀铺撒盖籽基质，盖籽基质占生物礁盘体积的10%~20%；

S7、复合作物岛礁的生长管理：将装有生物礁盘的培养容器移至露天场地或温室大棚摆盘，做到左右对直，上下水平，摆盘时间为：晴天，应在上午9时之前，下午3时半之后，中午前后日光强烈不宜摆盘，以防光害伤苗；阴雨天全天均可摆盘；摆盘结束后，在上方覆盖一张无纺布，用以防止培养容器内水分耗散过快，待秧苗的长至2叶1心时，可揭去无纺布；播种至齐苗期温度控制在30℃左右，1叶1心期前后温度控制25℃～30℃，2叶1心期温度控制在25℃左右；若遇高温天气，在中午前后也可以覆盖遮阳网降低温度，待温度下降后拉开遮阳网以保证光照充足；1叶1心期前湿润育苗、2叶1心期以后可以建立1cm～2cm薄水层，适时补水；

S8、复合作物岛礁半悬浮调控：利用霍格兰营养液与多效唑调节剂调控作物盘根初期地上部株高不低于 24cm，拔节孕穗期株高不高于40.6m，以保证作物岛礁在可平稳直立半悬浮于水体中；

S9、复合作物岛礁的制成与应用：当作物的根系缠绕盘结并包裹植物根状茎浮材和育苗基质后形成可稳定悬浮于水体的生物礁盘，悬浮于水体的生物礁盘作为作物的生物质载体维持作物地上部分正常生长，由此制成的半悬浮复合作物岛礁方可应用于水产养殖水体、富营养化水体和乡村河道水面用作水体生态修复工程，具有水产栖息生境营造、面源污染防控、富营养化水体修复和美丽乡村建设功能。

进一步的，上述的半悬浮复合作物岛礁，所述植物根状茎浮材为芦根，所述芦根地下茎的长度包含完整“节-间-节”单元；所述芦根地下茎带有饱满芽眼，并且生物礁盘在制作时芦根地下茎占生物礁盘体积不低于36%。

本发明还提供一种半悬浮复合作物岛礁的制作方法，包括以下步骤：

S1、复合作物岛礁培养容器选择：选择底部密闭的敞口器皿作为复合作物岛礁培养容器；

S2、植物根状茎浮材的获取和整理：挑选自河泥或塘泥内掘起的具饱满芽眼的植物根状茎浮材，保留具完整花芽的可繁殖地下茎；

S3、植物根状茎浮材的筛选和铺设：筛选大小整齐一致、带芽眼的植物根状茎浮材作为悬浮支撑材料，并将一组植物根状茎浮材均匀铺于培养容器底部，以容器底部铺满为宜，植物根状茎浮材的体积不低于生物礁盘体积的36%；

S4、垫底基质量化与铺放：于植物根状茎浮材上方均匀铺撒垫底基质，并洒水保持垫底基质湿润，垫底基质体积占生物礁盘体积的30%~40%；

S5、作物种子的浸种与播种：将作物种子浸种催芽后均匀播于垫底基质上方，播种密度以盘根为宜；

S6、盖籽基质量化与覆盖：于作物种子上方均匀铺撒盖籽基质，盖籽基质占生物礁盘体积的10%~20%；

S7、复合作物岛礁的生长管理：将装有生物礁盘的培养容器移至露天场地或温室大棚摆盘，做到左右对直，上下水平，摆盘时间为：晴天，应在上午9时之前，下午3时半之后，中午前后日光强烈不宜摆盘，以防光害伤苗；阴雨天全天均可摆盘；摆盘结束后，在上方覆盖一张无纺布，用以防止培养容器内水分耗散过快，待秧苗的长至2叶1心时，可揭去无纺布；播种至齐苗期温度控制在30℃左右，1叶1心期前后温度控制25℃～30℃，2叶1心期温度控制在25℃左右；若遇高温天气，在中午前后也可以覆盖遮阳网降低温度，待温度下降后拉开遮阳网以保证光照充足；1叶1心期前湿润育苗、2叶1心期以后可以建立1cm～2cm薄水层，适时补水；

S8、复合作物岛礁半悬浮调控：利用霍格兰营养液与多效唑调节剂调控作物盘根初期地上部株高不低于 24cm，拔节孕穗期株高不高于40.6m，；同时，定期修剪芦苇地上部，使其地上部株高与水稻相同，以保证作物岛礁在可平稳直立半悬浮于水体中。

S9、复合作物岛礁的制成与应用：当作物的根系缠绕盘结并包裹植物根状茎浮材和育苗基质后形成可稳定悬浮于水体的生物礁盘，悬浮于水体的生物礁盘作为作物的生物质载体维持作物地上部分正常生长，由此制成的半悬浮复合作物岛礁方可应用于水产养殖水体、富营养化水体和乡村河道水面用作水体生态修复工程，具有水产栖息生境营造、面源污染防控、富营养化水体修复和美丽乡村建设功能。上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的半悬浮复合作物岛礁，具有如下优点：

（1）本发明以带中空腔体的水生植物可繁殖根状茎为浮体材料，通过植物浮材与作物根系互相盘结缠绕包裹植物浮材及其膨大部分、育苗基质形成可提供浮床稳固物理支撑的生物质载体，且通过浮床植物地上部株高的阶段性调控实现平稳悬浮，全部构件均为环境友好型材料，资源化处理与循环回用程度高。（2）本发明中的半悬浮复合岛礁生产是通过将水生植物可繁殖根状茎浮材、作物种子和育苗基质按特定结构与比例设计后，利用育秧流水线和大棚实现批量化培育，形成的复合作物岛礁免于移栽与拼装，可直接省力快捷应用于富营养化水体和乡村河道水面。

（3）本发明中的复合作物岛礁创新了浮床与水体的接触方式，通过结合水生植物可繁殖根状茎及其膨大部分的浮性特征与分阶段株高调控手段共同实现复合作物岛礁在水体的平稳悬浮，相较于传统漂浮于水体的抗风浪性显著提高。

（4）本发明中的复合作物岛礁增加了植物浮床除水环境净化外的生态系统服务功能，如水生动物栖息生境营造、水稻、微型藕和芦根等风味农产品生产、乡村美景塑造等。

附图说明

图1为本发明所述的半悬浮复合作物岛礁生长期的结构示意图；

图2为本发明所述的半悬浮复合作物岛礁播种期的结构示意图；

图3为本发明所述的半悬浮复合作物岛礁水域内应用时的结构示意图；

图4为本发明所述的莲荷地下茎的结构示意图；

图5为本发明所述的莲荷地下茎的实物图；

图6为本发明所述的半悬浮复合作物岛礁的结构示意图；

图7-10为本发明所述的半悬浮复合作物岛礁莲荷地下茎实施例的实物图；

图11为本发明所述的芦根地下茎的结构示意图；

图12为本发明所述的芦根地下茎的实物图；

图13-14为本发明所述的半悬浮复合作物岛礁芦根地下茎实施例的实物图；

图15为本发明莲荷地下茎和水稻礁盘结构设计示意图；

图 16为本发明半悬浮复合作物岛礁的礁盘根初期礁盘根系盘结力的柱状图；

图 17为本发明半悬浮复合作物岛礁的单株水稻秧苗根系总长的柱状图；

图 18-20为本发明半悬浮复合作物岛礁浮力变化图；

图21为本发明莲荷地下茎不同时期体积变化率图；

图22为本发明莲荷地下茎不同时期重量变化率；

图 23 为本发明水稻地上部构件重量变化图；

图 24为本发明礁盘入水深度的变化图；

图 25为本发明水稻盘初期株高与礁盘入水深度线性拟合图；

图26为本发明水稻盘孕穗期株高与礁盘入水深度线性拟合图；

图27为本发明水稻盘成熟期株高与礁盘入水深度线性拟合图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一：复合作物岛礁结构

如图1-14所示的半悬浮复合作物岛礁，包括悬浮于水体的生物礁盘和部分浸没于水体、部分露于水面的作物3地上部分，作物3的根系盘结在生物礁盘上。

半悬浮复合作物岛礁包括水下生物礁盘和水面作物、浮体植物地上部分，下图为半悬浮复合作物礁示意图，从上往下依次为作物与浮体植物地上部分、生物礁盘、作物与浮体植物根系。

其中，悬浮于水体的生物礁盘包括一组植物根状茎浮材1、育苗基质和作物根系5，悬浮于水体的生物礁盘以一组植物根状茎浮材1作为支撑“骨架”，以作物3根系作为育苗基质、植物根状茎浮材1被缠绕盘结的包裹网，作物根系5着生于悬浮于水体的生物礁盘的内外，悬浮于水体的生物礁盘是维持作物正常生长的生物质载体；所述育苗基质包括垫底基质2与盖籽基质4，植物根状茎浮材1依次整齐排列于最下方，所述垫底基质2铺设于一组植物根状茎浮材1上方，并且垫底基质2填充于一组植物根状茎浮材1间的空隙内，所述一组作物的种子均匀播于垫底基质2的上层，所述盖籽基质4铺设于一组作物的种子上方。

实施例二维持复合作物岛礁稳固的材料和方法

基于实施例一结构的基础上，盖籽基质4的上方覆盖有无纺布6，无纺布6可作为作物种子的盘根材料增加礁盘的稳定性与牢固度，其中无纺布为可降解无纺布。

实施例三可用于复合作物岛礁创制的浮材特征

植物根状茎浮材1是指具中空腔体的耐淹或水生植物的可繁殖根状茎，并且植物根状茎浮材1具有完整 “节-间-节”单元。所述植物根状茎浮材1可以为莲荷、芦苇地下茎。

实施例四以莲荷为浮材的复合作物礁创制

选择莲荷地下茎为植物根状茎浮材1用于制作复合作物岛礁，所述莲荷地下茎的长度包含2个～3个“节-间-节”单元；所述莲荷地下茎带有芽眼，并且悬浮于水体的生物礁盘在制作时莲荷地下茎所包含的芽眼个数不少于13个/m²。

一种以莲荷为浮材的复合作物礁生产，包括以下步骤：

S1、复合作物岛礁培养容器选择：选择底部密闭的敞口器皿作为复合作物岛礁培养容器；

S2、植物根状茎浮材的获取和整理：挑选自河泥或塘泥内掘起的具饱满芽眼的植物根状茎浮材，保留具完整花芽的可繁殖地下茎；

S3、植物根状茎浮材的筛选和铺设：筛选大小整齐一致、带芽眼的植物根状茎浮材作为悬浮支撑材料，并将一组植物根状茎浮材均匀铺于培养容器底部，以容器底部铺满为宜，植物根状茎浮材的体积占生物礁盘体积的40%~60%；

S4、垫底基质量化与铺放：于植物根状茎浮材上方均匀铺撒垫底基质，并洒水保持垫底基质湿润，垫底基质体积占生物礁盘体积的30%~40%；

S5、作物种子的浸种与播种：将作物种子浸种催芽后均匀播于垫底基质上方，播种密度以盘根为宜；

S6、盖籽基质量化与覆盖：于作物种子上方均匀铺撒盖籽基质，盖籽基质占生物礁盘体积的10%~20%；

S7、复合作物岛礁的生长管理：将装有生物礁盘的培养容器移至露天场地或温室大棚摆盘，做到左右对直，上下水平，摆盘时间为：晴天，应在上午9时之前，下午3时半之后，中午前后日光强烈不宜摆盘，以防光害伤苗；阴雨天全天均可摆盘；摆盘结束后，在上方覆盖一张无纺布，用以防止培养容器内水分耗散过快，待秧苗的长至2叶1心时，可揭去无纺布；播种至齐苗期温度控制在30℃左右，1叶1心期前后温度控制25℃～30℃，2叶1心期温度控制在25℃左右；若遇高温天气，在中午前后也可以覆盖遮阳网降低温度，待温度下降后拉开遮阳网以保证光照充足；1叶1心期前湿润育苗、2叶1心期以后可以建立1cm～2cm薄水层，适时补水；

S8、复合作物岛礁半悬浮调控：利用霍格兰营养液与多效唑调节剂调控作物盘根初期地上部株高不低于 24cm，拔节孕穗期株高不高于40.6m，以保证作物岛礁在可平稳直立半悬浮于水体中；

S9、复合作物岛礁的制成与应用：当作物的根系缠绕盘结并包裹植物根状茎浮材和育苗基质后形成可稳定悬浮于水体的生物礁盘，悬浮于水体的生物礁盘作为作物的生物质载体维持作物地上部分正常生长，由此制成的半悬浮复合作物岛礁方可应用于水产养殖水体、富营养化水体和乡村河道水面用作水体生态修复工程，具有水产栖息生境营造、面源污染防控、富营养化水体修复和美丽乡村建设功能。

实施例五以莲荷地下茎为浮材的复合作物礁制作实例

材料与方法：

试验于2018年4月26日进行，利用不同径级莲荷地下茎进行复合作物岛礁创制，设莲荷地下茎径级分别为<10mm，10～15mm，15～20mm，20～25mm，25～30mm，>30mm，共6个处理，每个处理重复10次。制作时，控制莲荷地下茎占生物礁盘的总体积比为20%～30%。作物礁中作为选择水稻，故以下称为水稻礁。育苗期为4月26日～6月10日，；水培期为6月11日～10月23日。育苗管理为水稻1叶1心前以湿润为主，1叶1心后建立薄水层；水培期用霍格兰营养液进行水培，每隔7天更换培养液与打捞水培框中青苔。育苗期底部密闭的培养框尺寸为37.5cm×25cm×65cm；水培期大型油布培养池尺寸为200cm×300cm×42cm。

结果与分析：

1、以莲荷地下茎为浮材的半悬浮水稻礁结构设计

如图15所示以不同规格莲荷地下茎为浮材的水稻礁盘结构设计示意图15。将体积占比20%~30%的莲荷地下茎均匀排列于底部密闭的培养框中，覆盖50%~60%体积分数的基质后进行水稻播种，播种量按成苗数15625株/m²计，最后铺上一层体积占比约为20%的盖籽基质。

2、水稻礁礁盘的盘结根群培育

(1)礁盘浮材—莲荷地下茎径级的分类

由于莲荷地下茎的径级大小对作物礁礁盘地下部根群的盘结力大小以及作物礁整体浮性至关重要，故以刚翻盘的太空莲地下茎为试验材料，拟通过对其径级的分拣分类，为后期以不同径级莲荷地下茎为浮材的作物礁创制提供试验基础。莲荷地下茎径级的分拣分类主要方法为，在保证莲荷地下茎“节-间-节”完整单元的基础上，使用游标卡尺对莲荷地下茎的上、中、下三部分直径进行测量，三者的平均值即为该莲荷地下茎的直径。通过分拣将莲荷地下茎的径级分为6类，分别为：＜10mm、10mm～15mm、15mm～20mm、20mm～25mm、25mm～30mm、＞30mm。

(2)礁盘盘结根群特性

按结构设计，以不同径级下带有完整“节-间-节”单元的莲荷地下茎为浮材制作水稻礁，试验结果表明：不同处理下重复间的可浮性随着莲荷地下茎径级的增加基本呈先上升后下降趋，以15mm～20mm径级为浮材的水稻礁可浮性较高，达到了80%，而10mm～15mm径级与20mm～25mm径级处理下，其水稻礁重复间可浮性亦达到了70%。

分析以不同径级莲荷地下茎为浮材的水稻礁礁盘内根系盘结力，随着莲荷地下茎径级的增加，礁盘根系盘结力先增加后降低，其中径级为10mm～15mm的处理下根系盘结力最高，其次依次为＜10mm径级、15mm～20mm径级、＞30mm径级、20mm～25mm径级、25mm～30mm径级，但在实际分拣过程中发现径级＜10mm的莲荷地下茎数量相对较少。

由于水稻礁后期的水培生境会改变水稻根系的生长特性，使其由横向缠绕生长向垂直纵向生长改变，故作物礁盘根初期的根系盘结至关重要，故对以不同径级莲荷地下茎为浮材的水稻礁礁盘内单株水稻秧苗根系总长进行分析，结果表明，在＜10mm至25mm～30mm范围内礁盘内单株水稻秧苗根系总长呈先增加后降低趋势，以15mm～20mm径级下水稻秧苗单株根系总长度最高。＞30mm处理下礁盘内单株水稻秧苗较其它处理均高，这可能是由于该处理下较高的莲荷地下茎径级导致了莲荷地下茎与莲荷地下茎之间存在较大的空隙，为水稻根系的生长提供了条件。＞30mm径级处理下单株水稻秧苗根系总长仅较15mm～20mm处理高26.17%，但由于该处理下莲荷地下茎径级较高，虽然单株水稻秧苗根系较长，但不能有效将莲荷地下茎单元有效包裹住，导致根系盘结力较低，故难以形成不易断裂结构稳定的礁盘。

综上，单从礁盘盘结根群特性来看，径级为10mm~15mm与15mm~20mm的莲荷地下茎均适宜作为浮材制作作物礁。如图16、17所示。

表 1 不同径级水稻礁可浮数量

3、水稻礁各构件生长特性

(1)水稻礁悬浮性

在水稻盘根初期、拔节孕穗期以及成熟期对以不同径级莲荷地下茎为浮材创制的水稻礁及其构件可浮性进行测定，结果如下表。以＜10mm径级莲荷地下茎为浮材的水稻礁在盘根初期测定可浮性时即已下沉，将其礁盘与水稻地上部分离后发现此时礁盘已处于沉底状态，而水稻地上部虽然成漂浮状态，但其浮力不足以支撑水稻礁于水面悬浮，故后期不再对此处理进行观察。10mm～15mm、15mm～20mm、20mm～25mm、25mm～30mm以及＞30mm处理下水稻礁均表现为悬浮（盘根初期）—悬浮+倾斜（拔节孕穗期）—悬浮+侧翻（成熟期），其中除15mm～20mm处理下礁盘在水稻拔节孕穗期仍悬浮于水体中，其余处理下礁盘自水稻拔节孕穗期开始沉底，而各处理水稻地上部始终处于漂浮状态。

故从礁盘悬浮性来看，径级为15mm~20mm的莲荷地下茎较适宜作为浮材制作作物礁。

表 2水稻礁可浮性

(2)水稻礁及其构件浮力变化

如图18-20所示随着水稻礁构件莲荷地下茎与水稻的生长，水稻礁的浮力呈先增长后降低的趋势，且水稻礁的浮力与莲荷地下茎径级成正比,随着莲荷地下茎径级的增加，水稻礁浮力略有增加。水稻礁由礁盘与水稻地上部分组成，将水稻礁一分为二，剖析其构件在不同生育期的浮力变化。礁盘、水稻地上部的浮力变化基本与水稻礁保持一致，随着水稻生育期的推进呈现先增长后降低趋势，在水稻拔节孕穗期达到峰值，这与水稻孕穗期地上部与地下部生物量均较大有关，从而提高了水稻地上部与礁盘浮力。

(3)莲荷地下茎构件体积及重量变化

如图21、22所示莲荷地下茎为水稻礁重要的浮性构件,藕体在水稻礁整个生育过程中为莲荷地下茎的萌发及其地上部、地下部生长供给养分后逐渐枯萎，主要表现为随着水稻礁的生长，不同径级处理下，藕体体积与重量较初期均有所下降。莲荷地下茎在水稻盘根初期为水稻礁礁盘的主要浮材，能够保证礁盘在水体中悬浮。随着莲荷地下茎的生长，藕体体积与重量下降，伴随浮力下降，故在水稻拔节孕穗期以及成熟期，大部分处理下礁盘均表现为沉底，仅有15mm～20mm处理下，礁盘在水稻拔节孕穗期仍表现为悬浮，但在成熟期也表现为沉底。经分析，15mm～20mm径级处理下藕体在水稻拔节孕穗期、成熟期莲荷地下茎体积与重量分别较初期降低了29.32%、30.95%与23.15%与27.15%，较其他处理，体积与重量较原始体积与重量下降少。

于不同生育期随机选取径级为15mm～20cm的一个水稻礁重复进行莲荷地下茎构件剖析，发现以径级为15mm～20cm莲荷地下茎为浮材的水稻礁莲荷地下茎数量为5~6支，且在不同时期均保持≥1支藕体的成活且藕体体积不低于原始藕体积，这就解释了该处理下礁盘较其他处理悬浮性较为持久的原因。根据试验设置时的图像分析，成活莲荷地下茎在种植初期均至少带有一个饱满的花芽与一个完整的腋芽。

综上，每片水稻礁（34cm×23cm）的浮材可选用5~6支带有完整“节-间-节”单元的莲荷地下茎，其中至少有１支莲荷地下茎带有１个饱满的花芽与１个完整的腋芽的莲荷地下茎。

表 3 15mm～20mm径级处理下不同生育期莲荷地下茎体积ml

(4)水稻地上部构件重量变化

如图23所示水稻作为水稻礁重要构件，其地上部鲜重的变化对水稻礁在整个生育期的悬浮性与稳定性起着至关重要的作用。随着水稻礁生育期的推进，水稻地上部分呈现先增长后降低趋势，在7/23(拔节孕穗期)达到峰值，由水稻浮力变化可知，该趋势与水稻浮力变化趋势一致，呈正相关。

(5)礁盘入水深度

如图24-27所示随着水稻礁生育进程的推进，不同径级下水稻礁入水深度基本呈现先增加后降低趋势，在水稻拔节孕穗期达到峰值，这与不同时期礁盘中莲荷地下茎构件与水稻地上部生长引起的浮力变化有关，故对不同时期水稻株高与礁盘入水深度进行线性拟合分析。

以水稻株高为横坐标，礁盘入水深度为纵坐标进行拟合。水稻盘根初期，水稻株高与礁盘入水深度呈开口向下的一元二次方程，水稻礁入水深度随水稻株高增加先增加后降低，此时期水稻礁悬浮于水体中。该时期水稻植株生物量小，浮力有限，下沉风险大，很好解释了该时期水稻株高最高点时水稻礁入水深度最深。由于该时期水稻礁的浮力主要依靠莲藕，在礁盘入水深度基本可控的情况下，水稻礁最大的风险在于，水稻株高较低，若水稻新叶不能露出水面，即使水稻礁悬浮于水面，也不能保证成活。由于水稻在淹水状态下需保证至少有1/4的新叶露出水面，水稻才可以成活，故该时期需调控水稻礁地上部株高，使其在培养初期露出水面，根据计算得出，需要保证在水稻盘根初期水稻礁地上部株高不低于24cm。

水稻拔节孕穗期，水稻株高与礁盘入水深度呈开口向上的一元二次方程，水稻礁入水深度随水稻株高增加先降低后增加，此时期水稻礁仍悬浮于水体中但出现轻微倾斜现象。根据拟合方程，该时期水稻株高为40.57cm时出现拐点，当水稻株高小于40.57cm时，随着水稻株高的增加，水稻礁盘入水深度变浅，因为此时随着水稻地上部生物量变大，浮力增强，水稻礁整体浮力变大；当水稻株高大于40.57cm时，则水稻礁由于水稻株高过高，抗风浪风险能力降低，易倾斜降低水稻礁浮力，从而使得礁盘入水深度增加；在水稻成熟期，水稻株高较拔节孕穗期仍增加明显，但水稻礁入水深度基本维持在20cm～25cm，且水稻礁虽然仍悬浮于水体中，但是基本处于全部翻倒状态，故在水稻拔节孕穗期，应控制水稻礁水稻株高不高于40.57cm，才能够既保证水稻礁悬浮，又可降低倒伏风险。

4.水稻礁产量及产量构成

在水稻礁收获期可产生100 kg/亩~234.38kg/亩水稻产量。以较大径级莲荷地下茎为浮材的水稻礁能获得更高的水稻产量。

表 4 作物礁产量及产量构成

小结：

(1)综合礁盘盘结根群特性与悬浮性，径级为15mm~20mm的莲荷地下茎较适宜用作水稻礁浮材；

(2)每片水稻礁（34cm×23cm）的浮材可选用5～6支的带有完整“节-间-节”单元的莲荷地下茎，其中至少有１支莲荷地下茎带有１个饱满的花芽与１个完整的腋芽；

(3)保证水稻礁在水培期悬浮于水体中且不倾斜与倒伏，需在不同时期对水稻株高进行调控，具体方法为在水稻盘根初期地上部株高不低于24cm，在拔节孕穗期，控制株高不高于40.57cm。

实施例六 以芦根为浮材的复合作物礁创制

植物根状茎浮材1为芦根，并且芦根上带芽眼。

本发明提供一种半悬浮复合作物岛礁的制作方法，包括以下步骤：

选择芦根为植物根状茎浮材1用于制作复合作物岛礁，所述芦根地下茎的长度包含完整“节-间-节”单元；所述芦根地下茎带有饱满芽眼，并且生物礁盘在制作时芦根地下茎占生物礁盘体积不低于36%。

一种以芦根为浮材的复合作物礁生产，包括以下步骤：

S1、复合作物岛礁培养容器选择：选择底部密闭的敞口器皿作为复合作物岛礁培养容器；

S2、植物根状茎浮材的获取和整理：挑选自河泥或塘泥内掘起的具饱满芽眼的植物根状茎浮材，保留具完整花芽的可繁殖地下茎；

S3、植物根状茎浮材的筛选和铺设：筛选大小整齐一致、带芽眼的植物根状茎浮材作为悬浮支撑材料，并将一组植物根状茎浮材均匀铺于培养容器底部，以容器底部铺满为宜，植物根状茎浮材的体积不低于生物礁盘体积的36%；

S4、垫底基质量化与铺放：于植物根状茎浮材上方均匀铺撒垫底基质，并洒水保持垫底基质湿润，垫底基质体积占生物礁盘体积的30%~40%；

S5、作物种子的浸种与播种：将作物种子浸种催芽后均匀播于垫底基质上方，播种密度以盘根为宜；

S6、盖籽基质量化与覆盖：于作物种子上方均匀铺撒盖籽基质，盖籽基质占生物礁盘体积的10%~20%；

S7、复合作物岛礁的生长管理：将装有生物礁盘的培养容器移至露天场地或温室大棚摆盘，做到左右对直，上下水平，摆盘时间为：晴天，应在上午9时之前，下午3时半之后，中午前后日光强烈不宜摆盘，以防光害伤苗；阴雨天全天均可摆盘；摆盘结束后，在上方覆盖一张无纺布，用以防止培养容器内水分耗散过快，待秧苗的长至2叶1心时，可揭去无纺布；播种至齐苗期温度控制在30℃左右，1叶1心期前后温度控制25℃～30℃，2叶1心期温度控制在25℃左右；若遇高温天气，在中午前后也可以覆盖遮阳网降低温度，待温度下降后拉开遮阳网以保证光照充足；1叶1心期前湿润育苗、2叶1心期以后可以建立1cm～2cm薄水层，适时补水；

S8、复合作物岛礁半悬浮调控：利用霍格兰营养液与多效唑调节剂调控作物盘根初期地上部株高不低于 24cm，拔节孕穗期株高不高于40.6m，；同时，定期修剪芦苇地上部，使其地上部株高与水稻相同，以保证作物岛礁在可平稳直立半悬浮于水体中。

S9、复合作物岛礁的制成与应用：当作物的根系缠绕盘结并包裹植物根状茎浮材和育苗基质后形成可稳定悬浮于水体的生物礁盘，悬浮于水体的生物礁盘作为作物的生物质载体维持作物地上部分正常生长，由此制成的半悬浮复合作物岛礁方可应用于水产养殖水体、富营养化水体和乡村河道水面用作水体生态修复工程，具有水产栖息生境营造、面源污染防控、富营养化水体修复和美丽乡村建设功能。

实施例七以芦根为浮材的复合作物礁制作实例

本部分创制了半悬浮芦根水稻，其主要特征在于，以芦根地下茎为主要浮材，通过水稻缠绕并列排放的芦根并辅以少量通用育苗基质形成用于支撑水稻直立的可悬浮于水体的根系礁盘，经由水稻茎秆连结水稻叶片（成熟期有稻穗）、芦苇茎秆连结芦苇叶共同组成芦根水稻礁。本实施例于容器底部并排铺设活体芦根制作了水稻礁小样，通过分离水稻礁植株地上部与根系礁盘（带少量植株茎秆）和解构根系礁盘，发现芦根水稻礁在修剪芦苇地上部后仍能稳定悬浮，表明创制半悬浮芦根水稻礁的可行性，而保证芦根水稻礁稳定悬浮的芦根体积占水稻礁总体积的36%。

材料与方法：

以芦根为浮性构件进行半悬浮作物礁创制，发现该作物礁可浮于水面，但因芦根地上部可高达2 m~5 m，导致作物礁抗风浪能力较低。由于芦根地上部生物量割除以后可再生，故设想通过定期收割芦根作物礁地上部生物量保证其稳定性，前提是割除大部分地上部生物量后的作物礁盘仍能够悬浮于水体继续生长。本试验通过将以芦根为浮性构件的作物礁地上部割除后测定其礁盘可浮性以及浮性构件的体积占比，为后续以芦根为浮性构件的作物礁创制提供参数。

结果与分析：

（1）以芦根为主要浮性构件的水稻礁初创

以芦根为浮性构件的作物礁在剪除地上部生物量后仍可平稳悬浮于水体中。

（2）以芦根为主要浮性构件的水稻礁礁盘解构

通过礁盘解构测得芦根的中空腔体占礁盘体积3.12%，芦根根系占礁盘体积33.31%，芦根的中空腔体与根系（活体）均浮，故芦根占整个生物礁盘的体积为36.64%。

表 5 作物礁中芦根体积与其可浮性

注：V1为芦根中空腔体占水稻礁盘体积百分比，V2为芦根根系占水稻礁盘体积百分比，V为芦根中空墙体+根系占作物礁礁盘体积百分比。

（3）以芦根为主要浮性构件的水稻礁各构件参数

保证芦根水稻礁稳定悬浮的芦根体积需占水稻礁总体积的36%。

小结：

以芦根为浮体材料的作物礁在剪除地上部生物量后仍可平稳悬浮于水体中，故芦根可作为浮性构件用于后续作物礁创制，保证芦根水稻礁稳定悬浮的芦根体积占水稻礁总体积的36%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种半悬浮复合作物岛礁，其特征在于：包括悬浮于水体的生物礁盘和部分浸没于水体、部分露于水面的作物地上部分，作物的根系盘结在生物礁盘上；

其中，悬浮于水体的生物礁盘包括一组植物根状茎浮材、育苗基质和作物根系，悬浮于水体的生物礁盘以一组植物根状茎浮材作为支撑“骨架”，以作物根系作为育苗基质、植物根状茎浮材被缠绕盘结的包裹网，作物根系着生于悬浮于水体的生物礁盘的内外，悬浮于水体的生物礁盘是维持作物正常生长的生物质载体；

所述育苗基质包括垫底基质与盖籽基质，植物根状茎浮材依次整齐排列于最下方，所述垫底基质铺设于一组植物根状茎浮材上方，并且垫底基质填充于一组植物根状茎浮材间的空隙内，所述一组作物的种子均匀播于垫底基质的上层，所述盖籽基质铺设于一组作物的种子上方。

2.根据权利要求1所述的半悬浮复合作物岛礁，其特征在于：所述盖籽基质的上方覆盖有无纺布，无纺布可作为作物种子的盘根材料增加礁盘的稳定性与牢固度。

3.根据权利要求1所述的半悬浮复合作物岛礁，其特征在于：所述植物根状茎浮材是指具中空腔体的耐淹或水生植物的可繁殖根状茎，并且植物根状茎浮材具有完整 “节-间-节”单元。

4.根据权利要求3所述的半悬浮复合作物岛礁，其特征在于：所述植物根状茎浮材可以为莲荷、芦苇地下茎。

5.根据权利要求4所述的半悬浮复合作物岛礁，其特征在于：所述植物根状茎浮材为莲荷地下茎，所述莲荷地下茎的长度包含2个～3个“节-间-节”单元；所述莲荷地下茎带有芽眼，并且悬浮于水体的生物礁盘在制作时莲荷地下茎所包含的芽眼个数不少于13个/m²。

6.根据权利要求4所述的半悬浮复合作物岛礁，其特征在于：所述植物根状茎浮材为芦根，所述芦根地下茎的长度包含完整“节-间-节”单元；所述芦根地下茎带有饱满芽眼，并且生物礁盘在制作时芦根地下茎占生物礁盘体积不低于36%。

7.根据权利要求1-5任一项所述的半悬浮复合作物岛礁的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、复合作物岛礁培养容器选择：选择底部密闭的敞口器皿作为复合作物岛礁培养容器；

S2、植物根状茎浮材的获取和整理：挑选自河泥或塘泥内掘起的具饱满芽眼的植物根状茎浮材，保留具完整花芽的可繁殖地下茎；

S3、植物根状茎浮材的筛选和铺设：筛选大小整齐一致、带芽眼的植物根状茎浮材作为悬浮支撑材料，并将一组植物根状茎浮材均匀铺于培养容器底部，以容器底部铺满为宜，植物根状茎浮材的体积占生物礁盘体积的20%~30%；

S4、垫底基质量化与铺放：于植物根状茎浮材上方均匀铺撒垫底基质，并洒水保持垫底基质湿润，垫底基质体积占生物礁盘体积的50%~60%；

S5、作物种子的浸种与播种：将作物种子浸种催芽后均匀播于垫底基质上方，播种密度以盘根为宜；

S6、盖籽基质量化与覆盖：于作物种子上方均匀铺撒盖籽基质，盖籽基质占生物礁盘体积的20%；

S7、复合作物岛礁的生长管理：将装有生物礁盘的培养容器移至露天场地或温室大棚摆盘，做到左右对直，上下水平，摆盘时间为：晴天，应在上午9时之前，下午3时半之后，中午前后日光强烈不宜摆盘，以防光害伤苗；阴雨天全天均可摆盘；摆盘结束后，在上方覆盖一张无纺布，用以防止培养容器内水分耗散过快，待秧苗的长至2叶1心时，可揭去无纺布；播种至齐苗期温度控制在30℃左右，1叶1心期前后温度控制25℃～30℃，2叶1心期温度控制在25℃左右；若遇高温天气，在中午前后也可以覆盖遮阳网降低温度，待温度下降后拉开遮阳网以保证光照充足；1叶1心期前湿润育苗、2叶1心期以后可以建立1cm～2cm薄水层，适时补水；

S8、复合作物岛礁半悬浮调控：利用霍格兰营养液与多效唑调节剂调控作物盘根初期地上部株高不低于 24cm，拔节孕穗期株高不高于40.6m，以保证作物岛礁在可平稳直立半悬浮于水体中；

S9、复合作物岛礁的制成与应用：当作物的根系缠绕盘结并包裹植物根状茎浮材和育苗基质后形成可稳定悬浮于水体的生物礁盘，悬浮于水体的生物礁盘作为作物的生物质载体维持作物地上部分正常生长，由此制成的半悬浮复合作物岛礁方可应用于水产养殖水体、富营养化水体和乡村河道水面用作水体生态修复工程，具有水产栖息生境营造、面源污染防控、富营养化水体修复和美丽乡村建设功能。

8.根据权利要求1-6任一项所述的半悬浮复合作物岛礁的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、复合作物岛礁培养容器选择：选择底部密闭的敞口器皿作为复合作物岛礁培养容器；

S2、植物根状茎浮材的获取和整理：挑选自河泥或塘泥内掘起的具饱满芽眼的植物根状茎浮材，保留具完整花芽的可繁殖地下茎；

S3、植物根状茎浮材的筛选和铺设：筛选大小整齐一致、带芽眼的植物根状茎浮材作为悬浮支撑材料，并将一组植物根状茎浮材均匀铺于培养容器底部，以容器底部铺满为宜，植物根状茎浮材的体积不低于生物礁盘体积的36%；

S4、垫底基质量化与铺放：于植物根状茎浮材上方均匀铺撒垫底基质，并洒水保持垫底基质湿润，垫底基质体积占生物礁盘体积的30%~40%；

S5、作物种子的浸种与播种：将作物种子浸种催芽后均匀播于垫底基质上方，播种密度以盘根为宜；

S6、盖籽基质量化与覆盖：于作物种子上方均匀铺撒盖籽基质，盖籽基质占生物礁盘体积的10%~20%；

S7、复合作物岛礁的生长管理：将装有生物礁盘的培养容器移至露天场地或温室大棚摆盘，做到左右对直，上下水平，摆盘时间为：晴天，应在上午9时之前，下午3时半之后，中午前后日光强烈不宜摆盘，以防光害伤苗；阴雨天全天均可摆盘；摆盘结束后，在上方覆盖一张无纺布，用以防止培养容器内水分耗散过快，待秧苗的长至2叶1心时，可揭去无纺布；播种至齐苗期温度控制在30℃左右，1叶1心期前后温度控制25℃～30℃，2叶1心期温度控制在25℃左右；若遇高温天气，在中午前后也可以覆盖遮阳网降低温度，待温度下降后拉开遮阳网以保证光照充足；1叶1心期前湿润育苗、2叶1心期以后可以建立1cm～2cm薄水层，适时补水；

S8、复合作物岛礁半悬浮调控：利用霍格兰营养液与多效唑调节剂调控作物盘根初期地上部株高不低于 24cm，拔节孕穗期株高不高于40.6m，；同时，定期修剪芦苇地上部，使其地上部株高与水稻相同，以保证作物岛礁在可平稳直立半悬浮于水体中；

S9、复合作物岛礁的制成与应用：当作物的根系缠绕盘结并包裹植物根状茎浮材和育苗基质后形成可稳定悬浮于水体的生物礁盘，悬浮于水体的生物礁盘作为作物的生物质载体维持作物地上部分正常生长，由此制成的半悬浮复合作物岛礁方可应用于水产养殖水体、富营养化水体和乡村河道水面用作水体生态修复工程，具有水产栖息生境营造、面源污染防控、富营养化水体修复和美丽乡村建设功能。

Images