CN114262062A - 一种沉水植物净化毯与水下生态修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉水植物净化毯与水下生态修复系统，沉水植物净化毯净化毯集合了水下生态系统中的生产者、分解者和消费者，包括：由上至下依次为沉水植物、螺贝、固定化微生物颗粒、栽植结合层、骨架密实层，沉水植物净化毯自成小型生态系统，能够高效净化水体水质。同时净化毯的骨架密实结构能够在特殊环境(无底泥，淤泥深，水位深，流速大等)下实现水下生态系统的稳定运行。沉水植物净化毯的培育需要稳定的培育池，本发明实现了快速批量培育沉水植物净化毯的可能性，大大提高了特殊环境下的水草存活率，缩短了施工时间，节省了成本。

Description

一种沉水植物净化毯与水下生态修复系统

技术领域

本发明属于生态修复系统，涉及一种沉水植物净化毯与水下生态修复系统，通过应用该种沉水植物净化毯达到水下生态系统修复、净化水体水质的目的。该种沉水植物净化毯尤其适应各种特殊的水下情况，包括水体无底泥、底泥为硬土、淤泥深、无法降低水位、水体流速大等条件下的沉水植物布置，并能够在这些不利条件下提高沉水植物的存活率，完善水下生态系统，净化水体水质。

背景技术

水体生态系统的退化直接影响水生态功能的发挥，而通过人工生态工程恢复和营造稳定、健康的水体生态系统，将会平衡水下生态系统结构，促进水体各类生态功能特别是自净功能的发挥。构成生态系统的四大要素是非生物的物质和能量、生产者、分解者和消费者，水下生态系统中分解者以各类微生物为主，消费者以鱼虾螺贝形成的食物链，生产者则是藻类和沉水植物。

藻类在富营养水体中会爆发繁殖导致水华，进一步恶化水质。目前水体生态修复主要采用恢复生产者的方法，其首要是恢复水体中的沉水植物。自然水体净化中，沉水植物的直接作用占百分之三十左右，但面对目前水下生态系统中沉水植物的普遍缺失，可以说沉水植物的引入是平衡水下生态系统结构的基石，直接改善水下非生物环境，在这基础之上微生物对富营养物质进行大幅度降解。因此，只有在沉水植物成活以及茁壮成长情况下，才能使污染水体的生态系统结构修复从而提高水体水质。

目前为提高沉水植物存活率和种植速度，沉水植物种植的普遍方式是对水体降干水后，在底泥上进行水洗沉水植物的插秧种植，然后逐步回水稳定水位，保证沉水植物光合作用所需要的光照。对于一些特殊情况下的水体如无底泥、底泥为硬土、淤泥深、无法降低水位、水位深、流速大，沉水植物难以种植恢复，即使采用泥土包成团进行抛秧种植，沉水植物包成团后需要在这些不利环境下重新扎根生长，存活率极低只有5-15％。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种沉水植物净化毯，本发明的沉水植物净化毯的特点是具有优秀的支撑性、抓地性、营养性、稳定性、微生物活性、净化性。

本发明还提供了一种包括该沉水植物净化毯的水下生态修复系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种沉水植物净化毯，依次包括：沉水植物、底栖动物、固定化微生物颗粒、栽植层与主体骨架层，其中所述主体骨架层包括骨架、脉络层与填充物，所述栽植层设置于所述填充物上，所述沉水植物、所述底栖动物与所述固定化微生物颗粒设置于栽植层上。

作为本发明的一种优选方案，所述骨架由聚氨酯纤维制成，所述脉络层为椰丝纤维或棕丝纤维。

作为本发明的一种优选方案，所述骨架的厚度为1-3cm，长度为40-70cm，宽度为20-35cm。

作为本发明的一种优选方案，所述沉水植物为根系发达的水草，所述沉水植物的种植密度为75株/㎡。

作为本发明的一种优选方案，所述底栖动物包括河蚌或环棱螺，所述固定化微生物颗粒层中的固定化微生物颗粒包括海藻酸钠包埋颗粒、多孔陶粒吸附颗粒中的一种或两种的组合，直径为0.5-1cm，微生物包括光能自养型细菌和化能异养型细菌。

作为本发明的一种优选方案，所述栽植层铺设种植土，种植土的土肥力指标有机质≥50g/kg，全钾≥40g/kg，全磷≥0.4g/kg且≤0.8g/kg。

本发明还提供了一种水下生态修复系统，包括温室棚、培育池、通风口、补水沟渠与地基，其中，上述的沉水植物净化毯设置于所述培育池中。

作为本发明的一种优选方案，所述温室棚上覆盖有防雾薄膜，所述防雾薄膜的初始透光率≥85％。

作为本发明的一种优选方案，所述培育池的水深为0.5-0.75m，长宽比为3:1。

作为本发明的一种优选方案，所述培育池包括驳岸，培育区与行道，所述培育区用于培育沉水植物净化毯，所述行道用于通行与运输沉水植物净化毯。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明的沉水植物净化毯集合了生态系统中的生产者、分解者、消费者，在净化毯上构建了一个小范围内生态系统，是一种生态的水体净化方法和材料；

2)本发明的沉水植物净化毯具有良好的净化性能，通过生产者-沉水植物的光合作用产生大量的氧气，改变水体缺氧的环境，同时固定底泥，防止造成底泥的在悬浮；通过分解者-固定化微生物颗粒降解水体富营养物质；通过食物链-鱼虾螺贝转移水体营养物质，最终水体得到良好的改善；

3)本发明的沉水植物净化毯有优秀的支撑性、抓地性、营养性、稳定性，能够适应特殊的水下环境，沉水植物的生长繁殖首先是水草扎根稳固，叶片在合适透明度下进行光合作用，对于一些特殊的环境，本身水草生长扎根条件恶劣，透明度低，传统的修复方法需要沉水植物一边重新扎根生长，因此水草存活率低，本发明已经在培育池体培育完毕再进行移植，根系发达，活力强，叶片高大，无需重新扎根，对于低透明度和深水区适应能力强；

4)沉水植物根系一般是放射状生长，本发明使用多孔隙骨密实结构，使沉水植物根系在培育时，根系缠绕骨架，相互连接，形成整体，主体结构具有良好的稳定性，对于淤泥质底泥水体有良好适应能力；

5)水草培养模块基质采用高有机质营养土，营养力强，适应无底泥水体的沉水植物种植；

6)沉水植物净化毯可以添加石粉来增加水草种植模块的重量，自沉力强，抓地性能高，适应大风浪型、流速较快的水体。

附图说明

图1是本发明水下生态修复系统的示意图。

图2是本发明培育池的示意图。

图3是本发明沉水植物净化毯的示意图。

图中，1.培育池；2.温室棚；3.通风口；4.地基；5.补水沟渠；6.驳岸；7.培育区；8.行道；9.沉水植物；10.固定化微生物颗粒；11.底栖动物；12.栽植层；13.主体骨架层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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。

参见图1与图2，本发明提供了一种水下生态修复系统，包括温室棚2、培育池1、通风口3、补水沟渠5与地基4；

培育池1的有效水深为0.6m，培育池1的长宽比为3：1，存贮容积应在6-12h内能排空。

培育池1可以为旧塘改造或者新挖池体，池体地基需回填压实平整，高差不应大于2.5mm，无裂缝、无松土，表面无积水、无尖锐杂物，压实系数大于80％。

培育池1上设置的温室棚2为钢架结构，主体覆盖材料为防雾薄膜，薄膜初始透光率≥85％，薄膜底部与池体覆土锚固；温室棚2顶部两侧设置通风口3，室内设遮阳幕，遮光率50％。

培育池1的护坡为生态型护坡，边坡坡度不宜大于1:2。培育池1的防渗层为HDPE膜，HDPE膜厚度宜大于1.0mm，两边衬垫土工布，土工布上铺30cm种植土，培育池1的补水和排水可以通过水位自控系统(图中未示出)调节。

培育池1包括驳岸6、培育区7和行道8，培育区7和行道8间隔设置，培育区7用来培育沉水植物净化毯，行道8用来通行和运输净化毯。

参见图3，本发明还提供了一种沉水植物净化毯，依次包括：沉水植物9、底栖动物11、固定微生物包埋颗粒10、栽植层12与主体骨架层13，

主体骨架层13组成主要有骨架、脉络层、填充物，骨架为聚氨酯纤维，以形成较强支撑力和聚合力，再将复配沉水植物种植土和植物纤维混合，均匀铺撒入骨架中，用木板人工压实，压实后种植土超过骨架结构的即为栽植层12。

聚氨酯纤维孔径为10ppi；脉络层为椰丝或者棕丝纤维；复配的沉水植物种植土为促根生长素、种植土、石粉等，也可以是现有技术中常用的沉水植物种植土；聚氨酯纤维厚度为3cm，长60cm，宽30cm，组合拼接。

栽植层12的厚度为1.5cm。

沉水植物种植土的肥力指标有机质≥50g/kg，全钾≥40g/kg，全磷≥0.4g/kg且≤0.8g/kg。

沉水植物品种为苦草、眼子菜类根系发达类水草；沉水植物种植密度为75株/m²。

固定化微生物颗粒为海藻酸钠包埋颗粒和多孔陶粒吸附颗粒，颗粒直径为0.5-1cm，包埋微生物为光能自养型细菌和化能异养型细菌，多孔陶粒为本土微生物提供了良好的栖息环境。

底栖动物为河蚌(3-6cm)、环棱螺(1-2cm)等。

沉水植物净化毯培育池内温度宜≥15℃，培养时间≥1.5个月。

本发明中的沉水植物的培育方法包括以下步骤：

(1)培育池降水：在培育池中，通过水位自控系统对池体降水至干池状态；

(2)铺设缓释营养层：在培育区种植土土基上铺设纱网，纱网上撒布缓释肥料；

(3)铺设主体骨架密实层：其组成主要有骨架结构、脉络、填充物，骨架为聚氨酯纤维，该骨架形成较强支撑力和聚合力，再将复配沉水植物种植土和植物纤维混合，均匀铺撒入骨架中，用木板人工压实，压实后种植土超过骨架结构的即为栽植层；

(4)一次回水：从补水渠回水没过栽植层5-10cm，养护1-2天，待纤维空隙和种植土结合牢固；

(5)沉水植物栽植：将沉水植物扦插于栽植层上；

(6)二次回水：从补水渠回水至有效水深水位；

(7)投放固定微生物颗粒和低栖动物；

(8)沉水植物净化毯整体培育，沉水植物长度培育至40cm，培育完成。

实施例1

某城市公园小型景观水体的生态修复，该水体特征为水泥池硬底，早期铺设鹅卵石，无底泥，正常水位70cm，水位稳定，基本无流速，水体黄绿。

具体的，水位控制采用潜水泵降水至10-20cm。

水体清杂，降水后清理水体杂物、鹅卵石，转移水体鱼类。

沉水植物净化毯运输，从培育池整块拿起沉水植物净化毯，装入塑料筐，集中装入货运汽车，运输至项目现场。

沉水植物净化毯铺设，人工铺设沉水植物净化毯，铺设整齐，铺设覆盖率为80％，铺设完毕后回水。

投放鱼类，沉水植物净化毯中已有螺类、贝类，回水完毕仅需投放鱼类，本项目投放鲢鱼20g/m³。

通过长效维护2个月，沉水植物存活率95％，项目水体透明度为清澈见底，沉水植物生长良好，水体水质氨氮、总磷、溶解氧维持在地表水环境质量标准Ⅲ类。

实施例2

某农村连通沟渠的水体生态修复，该水体特征为碎石硬底，无底泥，正常水位40cm，平均流速为0.6m/s，有农村污水排入。

具体的，本实施例不进行降水施工，无需驱赶鱼类。

清杂，在项目范围内上游放置垃圾拦网，清理沟渠中杂物。

沉水植物净化毯运输，从培育池整块拿起沉水植物净化毯，装入塑料筐，集中装入货运汽车，运输至项目现场。

沉水植物净化毯铺设，人工穿好下水裤铺设沉水植物净化毯，沉水植物净化毯植物叶片达到40cm，可以铺设整齐，铺设覆盖率为90％。

铺设完毕后1周后，沉水植物生长良好，存活率95％，水草叶片随水流而动，景观优美，水体水质氨氮、总磷、溶解氧维持在地表水环境质量标准Ⅳ类以上。

实施例3

某城市公园大型湖体的生态修复，该水体特征为长期未清淤，淤泥深，正常水位200cm，水位稳定，较难降水，水体蓝绿藻爆发。

本实施例为不进行降水施工，鱼类转移主要通过驱赶的方式，利用鱼怕扰动的原理，在项目水域内采用拖网全域放网后进行拖拽，将鱼驱赶出目标水域，重复清理3-4边，驱赶干净。

项目水体封闭，对项目水域进行合理分区，分区后采用生态围隔保证目标水体的相对稳定。生态围隔采用60目透水网、浮子、石笼带及固定桩，可以根据水位浮动，后期生态系统构建完毕后拆除。

项目水体中投加锁磷剂、絮凝剂、微生物制剂等进行透明度的提升，同时抑制水体中藻类繁殖。

沉水植物净化毯的铺设，将培育池的沉水植物净化谈根据划分区域抛放至项目，抛种时可以进一步拉线划分小区域，保证水草种植的均匀性。沉水植物净化毯覆盖率60％。

消费者群落构建，在前面工程中生产者和分解者调控完善的情况下，优化水生动物群落，形成健康的食物网，主要是底栖动物、浮游动物、滤食性鱼类、肉食性鱼类等。

长效维护，人工构建的水下生态系统后期也需要一定的人工干预维护，来纠正人类影响的副作用力，包括水面垃圾清理，人工增氧等，整体通过物质转移实现水体富营养的转移。长效维护2个月后，沉水植物覆盖率增至80％，水体水质氨氮、总磷、溶解氧维持在地表水环境质量标准Ⅳ类以上。

本发明提供一种沉水植物净化毯，可以在特殊水下环境(无底泥、淤泥深、水位深、无法降低水位、流速大)下快速恢复沉水植物、净化水体水质的方法。本发明的沉水植物净化毯可以克服多种不利的水下环境，大幅度减少沉水植物恢复的施工时长，提高沉水植物存活率，并且能协同有益微生物降解富营养物质，达到净化水体和增强水体自净能力的目的。本发明的沉水植物净化毯具有优秀的支撑性、抓地性、营养性、稳定性、微生物活性、净化性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种沉水植物净化毯，其特征在于，依次包括：沉水植物、底栖动物、固定化微生物颗粒、栽植层与主体骨架层，其中所述主体骨架层包括骨架、脉络层与填充物，所述栽植层设置于所述填充物上，所述沉水植物、所述底栖动物与所述固定化微生物颗粒设置于栽植层上。

2.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化毯，其特征在于，所述骨架由聚氨酯纤维制成，所述脉络层为椰丝纤维或棕丝纤维。

3.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化毯，其特征在于，所述骨架的厚度为1-3cm，长度为40-70cm，宽度为20-35cm。

4.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化毯，其特征在于，所述沉水植物为根系发达的水草，所述沉水植物的种植密度为75株/㎡。

5.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化毯，其特征在于，所述底栖动物包括河蚌或环棱螺，所述固定化微生物颗粒包括海藻酸钠包埋颗粒、多孔陶粒吸附颗粒中的一种或两种的组合，直径为0.5-1cm，微生物包括光能自养型细菌和化能异养型细菌。

6.根据权利要求1所述的一种沉水植物净化毯，其特征在于，所述栽植层铺设种植土，种植土的土肥力指标有机质≥50g/kg，全钾≥40g/kg，全磷≥0.4g/kg且≤0.8g/kg。

7.一种水下生态修复系统，其特征在于，包括温室棚、培育池、通风口、补水沟渠与地基，其中，权利要求1-6任一项所述的沉水植物净化毯设置于所述培育池中。

8.根据权利要求7所述的一种水下生态修复系统，其特征在于，所述温室棚上覆盖有防雾薄膜，所述防雾薄膜的初始透光率≥85％。

9.根据权利要求7所述的一种水下生态修复系统，其特征在于，所述培育池的水深为0.5-0.75m，长宽比为3:1。

10.根据权利要求7所述的一种水下生态修复系统，其特征在于，所述培育池包括驳岸，培育区与行道，所述培育区用于培育沉水植物净化毯，所述行道用于通行与运输沉水植物净化毯。

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