激增是不可避免的。现今，>50条地中海海岸线被混凝土结 构占据（EEA，1999)，并且在一些地区，城市、港口和工业的增长已经开发了超过90%的海 岸线（Cencini，1998)。结果是沿海硬化替代天然海岸线的持续且增长的趋势（Bulled和 Chapman, 2010;Dugan等人，2011)。
[0027] 尽管硬化的和装甲的海滨线遍及全球的增长的优势，我们关于CMI的物种聚集的 理解，尤其关于其环境影响是有限的（Connell和Glasby，1999 ;Dugan等人，2011)。此知 识缺口严重损害我们管理城市化沿海环境的能力（Bulled和Chapman，2010)。已经检查诸 如浮码头和防浪堤的CMI上的海生物的少数研究发现与毗邻的天然栖息地的聚集物很大 不同的聚集物（比如，Connell, 2000 ;Lam等人，2009)。CMI上形成的群落通常比天然聚集 物较少多样性并且常常被损害和入侵性物种占据（Glasby等人，2007)。这主要由CMI的独 特物理特征，主要地组成和设计造成。CMI常包括具有最小表面复杂性的高度倾斜的且均一 的表面，将潮间带区压缩至仅支持高度耐受的物种的窄带（Chapman和Underwood, 2011)。 此外，超过50%的CMI由波特兰水泥制成，已知其为在生物募集方面差的基材，大概由于 高表面碱度（相比于海水的~8,pH~13)和对海洋生命有毒的化合物的存在（Lukens和 Selberg.，2004 ;EBM，2004)。因此，CMI提供与由天然栖息地提供的生态系统服务相似的生 态系统服务的能力被严重危害，并且最城市/工业沿海环境被认为是与环境活动相关的牺 牲区域。
[0028] 在最近几年，已经出现了不同的方法，利用用于提高CMI的生物和生态价值（比 如，Li等人，2005 ;Naylor，2011)的生态工程的原理（Bergen等人，2001)。目前为止，提 高措施集中于设计或纹理方面，目标为吸引更丰富和多样的天然聚集物（Wiecek，2009， Goff, 2010 ;Dyson，2009)，产生生态和结构优势。这些优势主要涉及生物成因的形成；天然 过程，其中，如牡蛎、龙介虫蠕虫、藤壶和珊瑚的工程物种将碳酸钙（CaC03)骨架沉积至硬 表面上，因此产生对多种生物体有价值的栖息地（Jones等人，1994)，同时也有助于结构的 强度和稳定性（Risinger，2012)。然而，缺乏尝试修改CMI的组成，使得其对诸如生态系统 工程者的有生态价值的物种有利的研究。
[0029] 本申请的发明人提供了以组成和设计二者为目标的综合的方法。为此，检测了一 系列五种创新混凝土基材，目标为提高天然生物聚集物，同时仍旧遵守海洋建筑的形式要 求。新的基材相比于波特兰水泥具有降低的碱度，并且包含降低波特兰水泥在混合物中的 优势的多种添加剂，可能使得其对海洋生命更舒适。此外，检测了提高的表面复杂性的影 响，已知提高的表面复杂性促进生物形成（Perkol-Finkel等人，2012和其中的参考文献）， 以及其与混凝土基材的相互作用。
[0030] 本文以下详述了其长达一年的实验所得的结果，评估创新混凝土基材相比于标准 波特兰水泥在热带（红海）和温带（地中海）环境方面的生物性能。采用一系列长期现场 实验和受控制的实验室试验实验地评估组成和复杂性的影响。与标准波特兰水泥比较，不 同混凝土基材示出不同物种聚集物的不同募集（在聚集物方面，目标物种的生物量和募集 能力）。此外，提高的表面复杂性产生天然生物聚集物的提高的生长和被生态系统工程者的 碳酸钙沉积。结果表明，混凝土组成和设计的轻微修改可以改进基于混凝土的CMI支持提 高的海洋动物群和植物群并且提供有价值的生态系统服务的能力。这样的提高的天然生物 聚集物不危害混凝土的耐用性；相反，它们经由重量增加可提供随时间的物理保护和生物 保护。
[0031] -般描述
[0032] 本发明提供了海洋基础设施，所述海洋基础设施包括具有小于12的pH的混凝土 基材，所述海洋基础设施用于促进水生环境中动物群和植物群生长。
[0033] 在本申请的另外的方面中，提供了促进陆生和水生环境中动物群和植物群生长的 方法，所述方法包括提供包括具有小于12的pH的混凝土基材的海洋建筑基础设施。
[0034] 当提及"水生环境"时，其应该理解为包含任何类型的水体，包括但不限于海洋 (包括大洋区域、水底区域、潮间区域、浅海区域、河口、盐沼、珊瑚礁、泻湖和红树沼泽）和 淡水（包括静水、激流、湿地和池塘）。该术语涉及所述水生环境的任何深度、在任何温度、 在年中任何时间或天气条件和任何流速。
[0035] 当提及"动物群和植物群"时，其应该理解为包含对涉及的水生环境生态系统是常 见的任何类型的植物、生物体或动物。
[0036] 在某些实施方案中，海洋动物群和植物群包括以下中至少一种：（i)工程物种，诸 如珊瑚、牡蛎、龙介虫蠕虫、珊瑚藻和藤壶，它们沉积提高结构的结构复杂性并且产生其他 生物体的栖息地的钙质骨架；（ii)滤食性生物，诸如牡蛎、贻贝、被囊类和海绵动物，它们 使用过滤器官进食，同时在该过程中摄取来自水的养份和有机颗粒；（iii)石内/石上蓝绿 藻类，并且在某些实例中，当混凝土表面在水平面以上时，还有地衣类、真菌和藓类。
[0037] 当提及"促进动物群和植物群生长"时，其应该理解为涵盖在水生环境生态系统中 已经生长或者能够生长的动物群和植物群的稳定性、生长、健康和扩散的任何定性或定量 的促进、提高、增强、加强、强化、支持、募集或支持，所述动物群和植物群定量的促进、提高、 增强、加强、强化、支持、募集或支持通过本领域已知的任何参数（个体或物种的数目、生命 周期、生长或表面的覆盖率等）可测量。
[0038] 在某些实施方案中，海洋动物群和植物群的所述促进有助于无机物质在所述结构 的表面上的沉积在1-10米的深度范围在12个月之后可以达到约50至lOOOgr/m2之间的 值。同时，在所述结构的表面上叶绿素浓度在1-10米的深度范围在12个月之后可以达到 约100至800gr/m2之间的值。
[0039] 在其他实施方案中，海洋动物群和植物群的所述促进使得在所述结构的表面上的 珊瑚募集物在1-10米的深度范围在12个月之后在约5至25个募集物/15x15表面积之间， 并且在实验室条件下在所述结构的表面上珊瑚沉降率在〈1个月之后是在约5%至60%之 间。
[0040] 术语"海洋建筑基础设施"应该被理解为包含任何类型、形状或大小的被定义适 于海洋建筑的基础设施，包括沿海防御结构，诸如防浪堤、海堤、护岸和丁坝、防水壁、桥墩、 泊位和相关基础设施，诸如港口、游船码头、海滨、散步长廊等(还参见httD://ia600208. us. archive, org/14/items/shoreprotectionmOlunit/shoreprotectionmOlunit. pdfΦ的 Army corps-SHORE PROTECTION MANUAL)。这样的海洋建筑基础设施的实例包括但不限于 加强的海堤、装甲单元、潮汐池、粧、桥基、向海护堤、混凝土沉排、水下电缆和管道套管、系 泊单元。
[0041] 术语"混凝土基材"指的是通常包含至少一种类型的水泥（诸如例如，波特兰水泥 或铝酸钙水泥）、至少一种骨料（诸如例如，石灰石、蓝石）、砂土（小于4. 75mm的细级骨料 和或小于〇-2mm的天然的或破碎骨料）和水（饮用水，并且不应含有大于1000ppm(parts permillion)的氯化物或硫酸盐，不含有害物质诸如，铅、铜、锌（<5ppm)或磷酸盐 (<5ppm))的混凝土组合物。
[0042] 在另外的方面中，本发明提供了促进石内和石上植物生长的方法，所述方法包括 提供包括具有小于12的表面pH的混凝土基材的基础设施。应该注意的是这样的基础设施 还可以被称为生物活性陆生结构（即，水平面以上的生物活性结构），但是具有足够的湿度 和沉淀物以促进陆生植物的生长，如在天然系统中。
[0043] 术语"石内和石上植物群"应该被理解为包含地衣类、真菌、藓类以及蓝绿藻类。
[0044] 应该理解的是，这样的石内和石上植物群可以在具有足够湿度和沉淀物的陆地环 境中生长。
[0045] 在一些实施方案中，本文以上提及的这样的基础设施是被设计以诱导内陆建筑物 的快速植物墙覆盖的"生物活性墙"元素。绿色植物覆盖明显改进城市景观，提供更清洁且 更健康的空气，并且降低城市发展的生态足迹。墙基底的物理和化学性质强烈影响其支持 和提高生长的能力。在一些实施方案中，这样的生物活性墙结构诱导墙附着植物、石内藻 类、地衣类和藓类的自然生长。在一些另外的实施方案中，所述生物活性墙结构具有允许产 生支持植物群的潮湿生态位的高复杂性和多孔性，不需要复杂的土壤系统。
[0046] 在其方面的另一个中，本发明提供了促进石内和石上厌氧和需氧动物群和植物群 生长的方法，所述方法包括提供包括具有小于12的pH的混凝土基材的结构。
[0047] 在一些实施方案中，本文以上提及的所述结构是"活石"结构，即被置于单独封闭 的海洋环境，诸如例如水族馆（诸如，盐水水族馆）中的根据本发明的结构。这样的活石结 构赋予封闭的海洋环境盐水水族馆喜好者期望的多重益处。本发明的活石结构提供寄生处 理废物的氮循环所需的厌氧和需氧硝化细菌二者的极佳生物滤池。因此，所述活石变为盐 水水族馆的主要生物硝化基础或生物滤池。此外，本发明的活石结构还可以对水化学具有 稳定化作用，尤其通过碳酸钙的释放帮助维持恒定pH。另外，