一种水生植物定量监测和采集的装置及其使用方法与流程

本发明属于湿地生态系统的生态环境监测领域，特别是涉及一种水生植物定量监测和采集的装置及其使用方法。

背景技术：

湿地生态系统是处于水域和陆地交错区域独特的生态系统，其生物群落由水生和水陆两栖种类组成，物质循环、能量流动和物种迁移与演变活跃，具有较高的生物多样性，被誉为“生物超市”。

水生植物是湿地生态系统中重要的初级生产者，是水生态系统初级生产力和次级生产力的主要贡献者。水生植物能够吸收水体的氮磷等营养物质，对维护湿地生态系统的结构和功能发挥了重要的价值。而水生植物的多少是其发挥其生态功能的重要因素，因此需要对水生植物进行定量的监测。目前我国大多数河流湖泊水体富营养化污染日益严重，生态修复净化水体成为各地的首选，对于浅水位的地方可以采用湿地水生植物对水体净化，对于水生植物净化和富集能力需要进行定量评价，而采集水生植物是定量评价的第一个步骤和环节。对于水生植物，大多分布在不同水位的水体中，要采集水生植物，对科研和管理工作者都带来一定的工作困难。

目前较为常用的为抓斗式采草器、水草夹和拖网式采集网。抓斗式采草器结构类似于彼得森采泥器，采用抛掷的方式将采草器抛掷到水中，利用自身的重力下垂，将水草抓起。其优点为使用灵活方便，适应范围广，在江河流域、湖泊滩涂等都能发挥其采集功效，同一时间内、同一设定数据面中采集点多，获取数据广泛。其缺点为采集器笨重，质量较大，单人操作比较困难，采集器对水草的收割不彻底，不能真实反映水草的生物量。水草夹，采用一段开口为单位面积(通常为0.25m²)的架子对水草进行采集收割，采集过程中用采集者的拖拽力将水草拽断，操作较为方便，但是采集效率相对较低，对水草采集不彻底，往往采集完毕在采集区残留较多的水草，不能真实反映水草的生物量。拖网式采集网，一般采集区为矩形结构，一端系于船体，另一端系于采集框，采集付一个收集网将收集的植物存储在其中，将采集框抛掷于有水草的水体，在船上进行拖拽，然后收集采集框所经过区域的水草，该采集装置能大量采集 水草，但是由于采集区域面积较难确定，一般进行定性采集，很难进行定量化。

授权公告号为CN 205105645 U的中国实用新型专利提供了一种可调控单位面积的水生植物定量采集夹，但该采集夹仍需要将水生植物进行切割，对水生植物进行了破坏。

目前的采集装置不管是采集浅水区的水生植物还是深水区的水生植物，均通过切割或是拔取水生植物的方式进行采集，操作复杂。若在同一时间内、同一设定数据面中采集点多，则对采集区的水生植物的破坏性较大；而且，利用装置切割或者是拔取水生植物，对采集区的水生植物收割不彻底，肯定有遗漏的水生植物，因此，此种方式测定的数据仍然不准确，不能真实反映水草的生物量。另外，采集装置不灵活，单人操作比较困难。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的的缺陷提供了一种水生植物定量监测和采集的装置及其使用方法，该装置可灵活使用，在浅水区域无需切割或是拔取水生植物即可进行水生植物的定量测定。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种水生植物定量监测和采集的装置，包括框架及从所述框架的中心延伸至所述框架的边缘的连接支架和用于升降框架的提拉部件，所述框架的中心固定设置有扣环，所述提拉部件连接于所述扣环。

优选地，所述框架设置多个用于采集水生植物的第一“X”型支架，所述第一“X”型支架与所述框架固定或可拆卸地连接。

优选地，所述连接支架设置多个用于采集水生植物的第二“X”型支架，所述第二“X”型支架与所述连接支架固定或可拆卸地连接。

优选地，所述框架包括黑色区域和白色区域。

优选地，所述黑色区域与所述白色区域等间距相间。

优选地，所述黑色区域或所述白色区域的长度为10cm。

优选地，所述框架为可拆卸连接。

优选地，所述提拉部件具有刻度。

优选地，所述提拉部件为绳索或不锈钢管。

本发明还提供一种水生植物定量监测和采集的装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：采用网格采样法采样，确定待测区的采样点；

S2：将所述水生植物定量监测和采集的装置组装好，置入待测区进行测量；

S3：通过框架上设置的相间的黑色区域与白色区域，配合提拉部件的刻度，模拟透明度盘，估测该待测区水体的透明度；

S4：通过控制所述提拉部件采集特定水位的水生植物，记录所述框架内水生植物的株数和盖度；

S5：依据每个采样点的水生植物的数量及采样点个数评估待测区中水生植物的株数和盖度，并以此计算各个水生植物的密度，计算该水体区域生物多样性指数。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

一、本发明定量监测不同水位中单位面积内水生植物的数量，监测浅水区的水生植物时无需将水生植物切割或是拔取水生植物即可进行水生植物的定量测定，只对深水区的水生植物进行拔取采集而测定，减少了对水生植物的破坏。

二、本发明的框架上等间距的黑色区域与白色区域的变换，方便监测者的观察、记录，另外框架上黑色区域与白色区域的等间距相间与带刻度的提拉部件相配合，在一定程度上可以模拟透明度盘从而估测水的透明度。

三、本发明的辅助结构中的框架中心的扣环，以及与扣环连接的提拉部件可以自由调节，控制不同的水深，可以对水面下不同距离的水生植物，特别是浮水植物和沉水植物更便于监测和获取，最大程度上能够提供监测的准确性。

四、本发明的该装置结构简单，操作简便，便携，生产成本低廉，尤其适用于浮水植物和沉水植物的定量监测。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的水生植物定量监测和采集的装置的结构示意图(无安装第一“X”型支架和第二“X”型支架)；

图2为本发明实施例1提供的水生植物定量监测和采集的装置的结构示意图(安装第一“X”型支架和第二“X”型支架)；

图3为本发明实施例2提供的水生植物定量监测和采集的装置的结构示意图(无安装第一“X”型支架和第二“X”型支架)；

图4为本发明实施例2提供的水生植物定量监测和采集的装置的结构示意图(安装第一“X”型支架和第二“X”型支架)。

附图标记说明：

100～框架；

101～白色区域；

102～黑色区域；

201～第一“X”型支架；

202～第二“X”型支架；

300～扣环；

400～连接支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

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。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。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

实施例1

如图1所示，一种水生植物定量监测和采集装置，包括框架100及从框架100的中心延伸至框架100的边缘的连接支架400和用于升降框架的提拉部件(图中未示出)，框架100的中心固定设置有扣环300，提拉部件连接于扣环300。本实施例提供的框架100由不锈钢钢管组成，也可以由其他材料制成。框架100可以组装拆卸，其中的大小可以根据需要定制，本实施例提供的框架100的大小为50cm*50cm，以制定定量测定水生植物的定量框架。钢管为中空以节省材料降低成本。框架100分为黑色区域102和白色区域101，其长度均约为10cm 左右，黑色区域102与白色区域101交替排列，便于观察框架100中的水生植物。

本发明提供的连接支架400为“十”字型，由不锈钢钢管组成，也可以由其他材料制成。

如图2所示，框架100上可以设置多个用于采集水生植物的第一“X”型支架201，第一“X”型支架201与框架100固定或可拆卸地连接。

连接支架400上设置多个用于采集水生植物的第二“X”型支架202，第二“X”型支架202与连接支架400固定或可拆卸地连接。

本发明提供的提拉部件可以为绳索结构或不锈钢管，或者是其他具有提拉功能的部件。在提拉部件上设置有刻度。提拉部件上的刻度以及框架100上的等距相间的黑色区域102和白色区域101相组合可以模拟透明度盘，用于估量所监测区域的水体的透明度。

水生植物定量监测和采集装置的使用方法：(本发明中的深水区与浅水区的划分标准为：将水生植物定量监测和采集装置置入待测区，若能够清楚的记录框架内水生植物的密度、盖度及株数，则为浅水区，否则为深水区)。

①浅水区水生植物的定量测定：浅水区的水生植物定量测定时，无需切割或是拔取水生植物即可测定，因此，无需安装第一“X”型支架201和第二“X”型支架202；若需要测定植物的生物量或植物中氮含量等指标时，则可安装，用于拔取水生植物。

使用本发明提供的水生植物定量监测和采集装置定量测定浅水区的水生植物时，首先将该装置的提拉部件与框架100(包括连接支架400)的扣环300连接，将其置入待测区，记录框架100内水生植物的株数和盖度。根据每个采样点的水生植物的数量及采样点评估待测区中水生植物的株数和盖度，并以此计算各个水生植物的密度，计算该水体区域生物多样性指数。通过控制提拉部件监测不同水位的水生植物。

另外，根据框架上设置的相间的黑色区域与白色区域，配合提拉部件的刻度，模拟透明度盘，估测该待测区水体的透明度。

②深水区水生植物的定量测定：深水区水生植物测定时，不便观察，则需要将待测区的水生植物拔取以便定量测定，因此，须安装第一“X”型支架201和第二“X”型支架202。

使用本发明提供的水生植物定量监测和采集装置定量测定深水区的水生植 物时，首先将该装置的第一“X”型支架201安装在框架100上，将第二“X”型支架202安装在连接支架400上，然后将提拉部件与框架100的扣环300连接，将其置入待测区，转动框架100，通过第一“X”型支架201和第二“X”型支架202将待测区域的水生植物拔出来，记录框架100内水生植物的数量。根据每个采样点的水生植物的数量及采样点评估待测区中水生植物的株数，并以此计算各个水生植物的密度，计算该水体区域生物多样性指数。通过控制提拉部件监测和采集不同水位的水生植物。

另外，根据框架100上设置的相间的黑色区域102与白色区域101，配合提拉部件的刻度，模拟透明度盘，估测该待测区水的透明度。

实施例2

如图3和图4所示，与实施例1不同的是，实施例2提供的水生植物定量监测和采集装置的框架100为圆形，圆形没有棱角，使其定量监测深水区的水生植物或测定植物的生物量或植物中氮含量等指标时，需拔取水生植物时，更容易操作。当然，框架100也可以为其他形状如正多边形、椭球形等。

应用实例1：使用本发明提供的水生植物定量监测和采集装置对颐和园水生植物的定量监测和采集。

为了对颐和园开展科学合理的保护，并进一步提升其作为城市重要生态区块和游憩的功能，有必要对园区内的生态环境进行科学、系统、综合的监测和评估。实验室内的抓斗式采草器比较笨重，使用非常不便，因此利用本发明提供的装置可以对颐和园水体区域水生植物进行定量监测的步骤如下：

S1：采用网格采样法采样，首先分析颐和园各个区域如后湖区域、昆明湖和藻鉴堂湖为浅水区，且水生植物较为密集，待测区域分布于整个颐和园，根据水域形状和面积分别将颐和园的后湖区域、昆明湖和藻鉴堂湖进行网格划分，确定采样点为30个；

S2：将该装置的提拉部件与框架100(包括连接支架400)的扣环300连接，将其置入待测区；

S3：首先通过框架100上设置的相间的黑色区域102与白色区域101，配合提拉部件的刻度，模拟透明度盘，估测该待测区水的透明度；

S4：通过控制提拉部件采集水面上、水面处及水面下10cm处的水生植物，记录框架100内植物的株数和盖度；

S5：依据每个采样点的水生植物的数量及采样点评估待测区中水生植物的 株数和盖度，进而计算生物多样性指数，对湿地生态系统进行评估。

若需监测待测区水生植物的生物量，含氮量等指标，则安装第一“X”型支架201和第二“X”型支架202，将待测区的浮水植物取出，将其带回实验室内进行测定。

对颐和园后湖区域定量监测的数据和水体透明度的检测结果见表1。

对表1中的结果进行分析：对于颐和园各个区域，其中后湖中分布的狐尾藻较为密集，其监测密度高于昆明湖和藻鉴堂湖，而昆明湖中狐尾藻的单株生物量则高于后湖和藻鉴堂湖，表明昆明湖中狐尾藻单株个体较大。昆明湖区荇菜分布区较为集中，密集在水面上。后湖中，荷花和睡莲分布密集，对水面的占据区域中较为集中；藻鉴堂湖区中，水生植物中菹草密度和单株生物量均高于狐尾藻和大茨藻，挺水植物单株生物量显著高于水生植物的各个物种，其中芦苇和荷花的生物量较高，高于黄花鸢尾和醴肠，荷花盖度最高，芦苇次之，黄花鸢尾和醴肠盖度相当，而密度醴肠分布较为密集。其中藻鉴堂湖区域中沉水植物区域生物多样性指数高于挺水植物分布区域；高于后湖区域，而昆明湖区域生物多样性指数最低。

根据表1，使用本装置监测的水体的透明度，表明颐和园水体中，藻鉴堂湖中的水体透明度最高，其次为后湖，最后为昆明湖；这可能由于昆明湖为主要游览区域，水面广阔，游人活动密集，造成了水生植物分布稀疏，对水体的净化能力有限。同时对于本装置与透明度板测定的数据分析，两者的误差在2cm之内(本装置略微偏小)，因此本装置可以综合测定水体的透明度。

应用实例2：使用本装置对深水区植物定量监测和采集的方法

S1：首先分析深水区的水域面积及形状等相关地理环境，划分待测区域，采用网格采样法确定采样点；

S2：将该装置的第一“X”型支架201安装在框架100上，将第二“X”型支架202安装在连接支架400上，然后将提拉部件与框架100(包括连接支架400)的扣环300连接，将其置入待测区进行测量；

S3：通过框架100上设置的相间的黑色区域102与白色区域101，配合提拉部件的刻度，模拟透明度盘，估测该待测区水体的透明度；

S4：通过控制提拉部件采集水面上、水面处及水面下10cm的水生植物，转动框架100，通过第一“X”型支架201和第二“X”型支架202将待测区的水生植物取出，记录框架100内植物的株数；

S5：依据每个采样点的水生植物的数量及采样点的个数评估待测区中水生植物的株数，进而计算生物多样性指数，对湿地生态系统进行评估；如需测定水生植物的生物量、氮含量等指标则将其带回实验室内进行测定。

本发明提供的水生植物定量监测和采集装置对沉水植物和浮水植物的定量检测的效果最佳。以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

表1颐和园水生植物及水体透明度的监测结果

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