一种沉水植物生物质复合基材及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于水生态修复技术领域，尤其涉及一种沉水植物生物质复合基材及其制备方法与应用。


背景技术：

2.在水生态修复工作中，恢复沉水植被被广泛认为是水体富营养化治理的有效途径。太多实践表明，有沉水植物生长的区域，水体大多清澈；缺少沉水植被的水体，则往往浑浊或长藻，水底荒漠化，甚至黑或臭。
3.随着水生态修复工作的进一步推进，广大的技术人员积累了丰富的经验和数据，水质营养指标得到物理控制的前提下，如何保持水域的长久稳态越来越被人们重视。水生植物的使用得到更大的发展。但是，水生植物种植后成活率低，植物不易形成群落结构，今年成活，明年又衰退的情况屡见不鲜。原始的水生植物播种方法如用半干半湿细泥拌匀撒播或拌入泥浆水在浅水区泼洒的方式，消耗过多的人力物力，且效果不能持久。
4.如何让水生植物能够更好的定植在不同富营养指标的水体中，并且发挥净化作用，一直是本领域的一个技术难题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适合沉水植物生长繁殖的生物质复合基材，利于沉水植物在水体中定植，解决水体底质不稳定、水流冲刷等对沉水植被恢复产生不利影响的问题。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
7.本发明提供了一种沉水植物生物质复合基材，包括按照重量份数计的如下原料：湖泥35-50份，吸水凝胶0.1-0.6份，粘土8-30份，铁黑0.1-2份，椰糠土10-30份，活性炭0.02-5份，微生物菌剂0.1-5份，生根粉0.1-0.5份。
8.优选的，所述湖泥为灭菌后的湖泥。
9.优选的，所述粘土为膨润土、沸石、高岭土中的一种或多种。
10.优选的，所述活性炭的粒径小于3mm。
11.优选的，所述微生物菌剂包括脱氮菌和/或除磷菌。
12.本发明还提供了一种上述复合基材的制备方法，包括如下步骤：将各原料与水混合后，搅拌，形成凝胶团，定型即可。
13.本发明还提供了一种上述复合基材或上述制备方法制备所得的复合基材在水生植物群落构建中的应用。
14.本发明还提供了一种上述复合基材或上述制备方法制备所得的复合基材在水生植物定植和/或培育中的应用。
15.优选的，所述复合基材单独使用，或与定植杯配合使用。
16.优选的，将水生植物插栽于所述复合基材上，或插于扣在基材的海绵上。
17.本发明的有益效果：
18.本发明提供的生物质复合基材适合沉水植物生长繁殖，可以批量生产，规模使用，使用的材料对水环境无不良影响，能用于水生植物种子、沉水植物的定植和培育，可以单独使用也可配套定植杯一起使用，实现在不同水域沉水植物的群落构建。
19.针对沉水植物修复时，使用本发明生物质复合基材，能够提高植物定植成功率，本发明生物质复合基材配方合理安全，使用方便，成本低廉，对环境无害，且效果较好。
20.本发明生物质复合基材单独或者与定植杯配合使用，帮助水生植物实现定植；添加的材料，可以促进微生物繁殖生长、有效吸收水体的氮、磷等，在净化水质的同时，为植物生长提供初期碳源和附着点，可以应用于不同的底泥环境中，通过物理和生物的共同作用，实现水体污染物的去除，植物群落的构建。
具体实施方式
21.本发明提供了一种沉水植物生物质复合基材，包括按照重量份数计的如下原料：湖泥35-50份，吸水凝胶0.1-0.6份，粘土8-30份，铁黑0.1-2份，椰糠土10-30份，活性炭0.02-5份，微生物菌剂0.1-5份，生根粉0.1-0.5份。
22.本发明对于上述各原料的来源没有特殊限定，通过市售购买或者自行采集等方式获得均可。在本发明中，所述生物质复合基材优选的包括按照重量份数计的如下原料：湖泥40-45份，吸水凝胶0.3-0.5份，粘土16-20份，铁黑0.5-1.5份，椰糠土15-25份，活性炭1-4份，微生物菌剂1-4份，生根粉0.2-0.4份。
23.在本发明中，吸水凝胶是一种具有吸水功能的透明粉剂，可反复吸水脱水，在制作时保持基材处于较小体积状态，使用时，吸水膨胀，使植物定植插栽的载体蓬松多孔，利于沉水植物初期吸收营养物质，顺利度过生态脆弱期。通过与定植杯的共同使用，整个植物载体具有一定抗水力冲击能力，适合于流速较快且水深较深的河道中植被恢复。湖泥、椰糠土提供了植物生长所需的氨、磷等元素、降解后元素无残留、不污染土壤。粘土为微生物提供丰富的定植空间，微生物可以起到固氮固磷的作用，部分微生物也会促进水生植物根际微生物的繁殖，提高植物吸附富营养物质的效果。铁黑可以有效进行磷吸附和沉淀。微生物菌剂在植物生长初期直接帮助植物快速成长。生根粉价格低廉，适量添加，可以促进植物生根，提高植物成活率，且对水环境无不良影响。
24.在本发明中，所述湖泥优选的为灭菌后的湖泥，更优选的为灭菌(分解部分有机物)后晾干的湖泥，本发明对于湖泥的灭菌方式没有特殊限定，采用本领域常规灭菌方式均可，在本发明具体实施例中，是通过高压蒸汽灭菌，杀死湖泥中的大部分细菌。在本发明中，所述粘土优选的为膨润土、沸石、高岭土中的一种或多种，上述粘土具有大量的微孔结构，成分主要为氧化硅和氧化铝，可以大大提高基材的表面积。在本发明中，所述活性炭的粒径优选的小于3mm。本发明对于微生物菌剂的种类没有特殊限定，可以是具有不同功能的菌剂，例如具有除氮、除磷和/或沉淀重金属等功能的菌剂均可，优选的包括脱氮菌和/或除磷菌。本发明对于生根粉的具体种类没有特殊限定，采用园艺市场常见的种类均可。
25.本发明还提供了一种上述复合基材的制备方法，包括如下步骤：将各原料与水混合后，搅拌，形成凝胶团，定型即可。
26.本发明对于水的用量没有特殊限定，只要确保所述复合基材能够成型即可，在本
发明具体实施例中，所述水的用量为25-45重量份。本发明对于定型的具体方式没有特殊限定，可采用模具定型，也可采用手动定型的方式。本发明对于复合基材的具体形状没有特殊限定，可以是正方体、长方体、球形等，在本发明具体实施例中，基材成品大小为1-3cm。本发明复合基材制成后，可单独使用也可放入配套的定植杯中与沉水植物定植杯配套使用，可将植物插栽于基材上或插于扣于基材的海绵上。
27.本发明还提供了一种上述复合基材或上述制备方法制备所得的复合基材在水生植物群落构建、水生植物定植和/或培育中的应用。
28.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
29.实施例1
30.取湖泥35kg，粘土8kg、铁黑0.1kg，椰糠土10kg，活性炭0.02k g，脱氮微生物菌剂0.1kg，生根粉0.1kg混合均匀，将吸水凝胶0.1kg用25kg的水溶解形成凝胶，将凝胶团和以上成分混拌均匀，倒入模具中。
31.阴干后，取下模具，获得长2厘米的正方体颗粒。
32.将正方体基材放入对应的定植杯中，选取生长健壮、长10cm的穗花狐尾藻，穿过海绵后，塞入定植杯中，封闭正方体基材。然后投放到底泥为浮泥的实验室模拟水体中，水体高0.5m，底部长1.5m，宽0.5m。
33.经过一个月的生长，穗花狐尾藻存活率高达90％，生根率80％，长度达到0.85m，长势良好。
34.实施例2
35.取湖泥50kg，粘土25kg、铁黑0.2kg，椰糠土15kg，活性炭0.05kg，除磷微生物菌剂0.35kg，生根粉0.15kg混合均匀，将吸水凝胶0.6kg用45kg的水溶解形成凝胶，将凝胶团和以上成分混拌均匀，倒入模具中。
36.阴干后，取下模具，获得长3cm的球形颗粒。
37.将球形基材放入对应的定植杯中，选取生长健壮的、长5cm的轮叶黑藻，穿过海绵后，塞入定植杯中，封闭定植杯。然后投放到没有底泥的实验室模拟水体中，水高0.5m，底部长1.5m，宽0.5m。
38.经过一个月的生长，轮叶黑藻存活率高达92％，生根率达87％，长度达到0.5m，长势良好，颜色鲜绿，植株健壮。
39.对比例1
40.取湖泥40kg，粘土28kg、铁黑0.16kg，椰糠土10kg，活性炭0.1kg，生根粉0.2kg，混合均匀，将吸水凝胶0.4kg用40kg的水溶解形成凝胶，将凝胶团和以上成分混拌均匀，倒入模具中。
41.阴干后，取下模具，获得长4cm的正方体颗粒。
42.将正方体基材放入对应的定植杯中，选取饱满的苦草种子放在基材的上方，将大孔隙椰棕垫塞入定植杯中，封闭正方体基材和种子。然后投放到没有底泥的实验室模拟水体中，水高0.2m，底部长1.5m，宽0.5m。
43.经过一个月的萌发，苦草种子萌发率高达68％，长度达到0.05m，长势良好，颜色鲜绿，因苦草种子存在坏种子、空壳等情况，所以存活率相对直接种植植物低一些。
44.对比例2
45.与实施例1的区别仅在于粘土为0kg，其余均同实施例1。
46.对比例3
47.与实施例2的区别仅在于铁黑为0kg，其余均同实施例2。
48.对比例4
49.与对比例1的区别仅在于活性炭为0kg，其余均同对比例1。
50.分别在投放后第10天、第20天、第30天分别检测实施例1-2和对比例1-4的存活率(苦草为萌发率)、生根率和植株长度，结果如表1所示。
51.表1不同复合基材水生植物生长情况
[0052][0053]
分别在投放后第10天、第20天、第30天分别检测实施例1-2和对比例2-3水体中氮去除率和磷去除率，结果如表2所示。
[0054]
表2不同复合基材水生植物水体氮、磷去除率
[0055][0056]
经过30天的实验观察与测试，由表2可以看出，在第30天时，黑藻中总氮去除率达到70％以上，总磷去除率也达到65％以上；狐尾藻中总氮去除率达到70％以上，总磷去除率也达到75％以上。若仅是轮叶黑藻和穗花狐尾藻，则其水体的氮、磷去除率没有这么高，所以，本发明复合基材各组分通过彼此间的协同作用，使得植物更好的生长，形成了一个健康稳定的水生植物群落，对于应用于水体水生植物群落的恢复和水体富营养物质的净化具有积极的指导作用。
[0057]
对比例2与实施例1的区别在于，不添加粘土。结果发现生物质复合基材上的植物
的成活率、生根率均降低，植物长势也有所减缓，总氮总磷的去除效果也降低，这是这是由于粘土物质含有丰富的空隙结构，可以微生物存活提供有利的场所，还可以通过本身的化学键吸收、聚集水体中的氮磷等元素，促进水体微生物定植生长，多重作用促进穗花狐尾藻的生长和氮磷的有效去除。对比例2中没有添加粘土，导致效果变差。
[0058]
对比例3与实施例2的区别在于，不添加铁黑。结果发现生物质复合基材上的植物的成活率、生根率也均降低，这是由于添加的铁黑可以有效进行水体磷或氮的吸附和沉淀，吸附的磷或氮被微生物菌剂代谢，产生小分子的盐离子，供植物的生长利用，对比例3中由于没有添加铁黑，不能有效吸附磷或氮供微生物菌剂利用，导致微生物数量较少，进而使得效果变差。
[0059]
对比例4与对比例1的区别在于，不添加活性炭。结果发现苦草种子的萌发均降低，生长状况也略有变差。这是由于活性炭可以吸收水体中一部分有毒有害物质，为种子的萌发提供更好的水体环境，还可以吸收种子萌发生长过程中产生的部分有害物质，有效促进植物种子萌发和后期生长。
[0060]
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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。