一种引导沉水植被的系统的制作方法

本实用新型属于沉水植物恢复领域，具体涉及一种可调节沉水植物下沉深度的引导系统。

背景技术：

在现代生产和生活中，人类对环境资源的开发利用日益频繁，工农业发展迅速，大量的营养物质进入水体并在其中积累，导致富营养化在短期内出现，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它水生生物大量死亡等。目前我国江河湖泊水体富营养化程度日趋严重，水生生态系统退化严重。人类活动导致的水体富营养化已成为当今我国水污染治理的难题。

通过生态修复与重建的方法来达到富营养化水体治理是一种比较理想的技术途径。自然水域生态修复与重建的关键在于水生植被的恢复，而在水生植被群落中，沉水植物因为其根茎叶完全浸没在水中，占据着水生生态系统的关键界面，具有去除水体氮磷营养物质、监测水体环境功能、提供水生初级生产力、为水生生物提供栖息和繁殖场所、释放化感物质抑制藻类繁殖等生态功能。因此，沉水植物的恢复通常被认为是水生态修复成功的重要标志。然而在实际的富营养化水体生态修复过程中，由于透明度、底质、水文条件等的影响，沉水植被恢复难度较大，是水体的生态修复重点和难点。

多项研究结果和工程案例证明，人工协助下的沉水植被重建可以加速沉水植物和水生生态系统的恢复。通常采用的方法有扦插法、抛投法和容器育苗种植法等，这种传统的种植方法在水深较浅、水体透明度和底质等环境条件较好、水位可调控的封闭水体较为适用。而在水体透明度低、深度大、底质恶劣的条件下，传统种植方法有很大的局限性，沉水植物成活率很低，植被恢复困难。

为了解决透明度低、底质恶劣条件下的沉水植被恢复问题，有关人员进行了大量的研究探索工作。CN101720633A公开了一种沉水植物水下生长装置，通过支撑架将种植有沉水植物的网袋置于水体中，抬高了沉水植物的生长基面。这种装置比较简单，但不具有可调节和可回收性。CN101356881A公开了一种可升降沉水植物生长床及其制作和应用方法，该装置由床体、浮力调控系统、固定系统、深度调节系统以及植物及其生长基质五部分组成，可为现有自然条件难以进行沉水植物恢复的水体提供一个载体。但该装置设计复杂，单体结构尺寸巨大，主要适用于非常恶劣条件下的生态修复试验，不适合在大面积的沉水植物恢复工程中使用。

因此，提供一种适应水体透明度低、底质恶劣的水域水体，操作简单，维护成本低，可调节沉水植被生长空间的快速引导沉水植被的系统具有重要意义和广阔前景。

技术实现要素：

针对现有技术的不足及实际的需求，本实用新型提供一种适应水体透明度低、底质恶劣的水域水体，操作简单，维护成本低，可调节沉水植被生长空间的快速引导沉水植被的系统及改善水体质量的方法，具有广阔的应用前景和市场价值。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种引导沉水植被的系统，包括种植载体和沉水植物固定单元，所述系统还包括浮力装置和卷绕种植载体的卷绕装置；卷绕装置与浮力装置相连，沉水植物固定单元设置于种植载体上。

本实用新型中，旋转轴置于浮力筒内，可以旋转，通过旋转轴调节种植载体的长度，可将初期用不到的种植载体卷绕在旋转轴上，种植载体以立体垂直悬浮实施，可以快速适应不同透明度情况下植物生长基面的调整；可以根据所选植物种植初期植株高度和后期生长特性，灵活组合搭配适应不同生态空间位的需求，在透明度既定情况下最大限度快速恢复沉水植被群落；种植后期旋转轴浮筒撤离后，种植载体下沉到底泥表面，沉水植物过渡到自然环境适应生长阶段，相比其他悬浮式种植工艺，省去了大量的维护工作和运行费用，水面无任何影响景观的工程实施。

优选地，所述浮力装置设置有缝隙，所述卷绕装置设置于浮力装置中，种植载体能够通过所述缝隙。

优选地，所述卷绕装置与浮力装置可拆卸连接。

优选地，所述卷绕装置与浮力装置通过连接件连接，所述连接件包括第一固定条、第二固定条和第三固定条，第一固定条固定于卷绕装置上，第二固定条固定于浮力装置上，第三固定条一端与第一固定条可拆卸连接，另一端与第二固定条连接。

优选地，所述浮力装置包括浮力筒。

本实用新型中，浮力装置配合旋转轴和固定条可根据需要将种植载体悬停在相应的水体深度，始终确保沉水植物在合理的透明度水深范围内存活生长，利于水体透明度的恢复。

优选地，所述卷绕装置包括旋转轴。

优选地，所述旋转轴贯穿所述浮力筒。

优选地，所述浮力筒由两段或两段以上的圆管组装得到。

本实用新型中，为了装卸和运输方便将浮力筒设置为由两段或两段以上圆管组装得到，方便快捷。

优选地，所述圆管的直径为70-80mm，例如可以是70mm、71mm、72mm、73mm、74mm、75mm、76mm、77mm、78mm、79mm或80mm，优选为75mm。

优选地，所述圆管的材质为聚氯乙烯和/或三型聚丙烯。

优选地，所述的种植载体为生物相容性碳纤维编织膜。

优选地，所述生物相容性碳纤维编织膜为采用聚丙烯腈系表面经改性水溶性胶预处理后的碳纤维材料。

本实用新型中，采用生物相容性碳纤维编织膜作为种植载体，其具有极好的生物亲和性，在材料表面可形成“微生物—原生动物—后生动物”的生态食物链，改善水体微生态系统功能，浮游植物量得到有效控制，促进沉水植被的恢复；下沉的生物相容性碳纤维编织膜种植载体能够持续对底部污染物进行降解转移，逐步减轻水域内的底泥内源污染负荷，改善底栖生态环境，实现微生物—沉水植物的协同联合作用，较常规单纯的沉水植物种植工艺，时效性更强。

优选地，所述生物相容性碳纤维编织膜以碳纤维丝为原料通过经纬编织方式编织得到。

优选地，所述碳纤维丝的直径为7-10μm，例如可以是7μm、8μm、9μm或10μm。

优选地，所述种植载体(1)还包括改性的PAN层，所述改性的PAN层设置于所述生物相容性碳纤维编织膜表面。

本实用新型中，生物相容性碳纤维编织膜的表面设置有改性的PAN(聚丙烯腈)层，增加碳纤维的水溶性，所述PAN层可设置于生物相容性碳纤维编织膜的一侧表面或两侧表面。

优选地，所述种植载体的重量为180-250g，例如可以是180g、185g、190g、195g、200g、205g、210g、215g、220g、225g、230g、235g、240g、245g或250g。

优选地，所述种植载体的单体面积为4-6m²，例如可以是4m²、4.5m²、5m²、5.5m²或6m²。

优选地，所述沉水植物固定单元为生物相容性碳纤维材料编织的网兜。

优选地，所述网兜开口为5-10cm，例如可以是5cm、6cm、7cm、8cm、9cm或10cm。

优选地，所述网兜采用错列布置方式安装。

优选地，所述错列布置的尺寸为20cm×20cm。

优选地，所述沉水植物固定单元的数量为20-30个/m²，例如可以是每平方米20个、21个、22个、23个、24个、25个、26个、27个、28个、29个或30个。

优选地，所述的沉水植物固定单元包括沉水植物和纤维质种植基质。

优选地，所述沉水植物包括枯草、轮叶黑藻、金鱼藻、伊乐藻或菹草中的任一种或至少两种的组合，例如可以是枯草和轮叶黑藻的组合，枯草和伊乐藻的组合，金鱼藻和伊乐藻的组合，或枯草、金鱼藻和菹草的组合。

优选地，所述沉水植物为发芽体、种子、完整植株或经过修剪的水草段。

优选地，纤维质种植基质为丝瓜瓤和/或椰壳纤维，优选为丝瓜瓤和椰壳纤维的组合。

优选地，所述椰壳纤维包括椰棕丝和/或椰糠。

本实用新型中，沉水植物固定单元中纤维素种植基质采用多孔纤维类材料，既保证植物根系生存需求，又能激活根际区域微生物的活性，具有污染物降解和促生植物的双重功能。

优选地，所述丝瓜瓤和椰壳纤维的重量比为(1.5-3.5):(8-10)，例如可以是2:8、1.5:10、3.5:10、2:7、3:10或2.5:9。

优选地，所述沉水植物在纤维质种植基质中的种植深度为8-12cm，例如可以是8cm、9cm、10cm、11cm或12cm，优选为10cm。

本实用新型所述的系统是指设备系统或装置系统。

第二方面，本实用新型提供一种采用如第一方面所述的系统改善水体质量的方法，包括如下步骤：

(1)根据水域水体的透明度确定沉水植物种植的层数，并通过旋转轴调节种植载体的悬停深度；

(2)根据所述的沉水植物生长量和透明度变化，逐级下沉所述的沉水植物固定单元；

(3)待水体透明度超过水深60％以上时，沉水植物固定单元层全部种植沉水植物，然后撤离所述的旋转轴浮筒。

优选地，步骤(1)系统在沉水前还进行如下处理：将种植载体在复合微生物菌剂中浸泡。

本实用新型中，浸泡复合微生物菌剂的种植载体在材料表面可形成“微生物—原生动物—后生动物”的生态食物链，改善水体微生态系统功能，浮游植物量得到有效控制，促进沉水植被的恢复。

优选地，所述浸泡的时间为48-72h，例如可以是48h、50h、52h、54h、56h、58h、60h、62h、64h、66h、68h、70h或72h。

优选地，所述复合微生物菌剂包括光合细菌群、酵母菌群、固氮素菌群或聚磷菌群中的任一种或至少两种的组合，优选为光合细菌群、酵母菌群、固氮素菌群和聚磷菌群的组合。

优选地，所述光合细菌群的活菌数≥2.5×10⁹cfu/mL，例如可以是3.0×10⁹cfu/mL、4.0×10⁹cfu/mL、5.0×10⁹cfu/mL、6.0×10⁹cfu/mL或7.0×10⁹cfu/mL。

优选地，所述酵母菌群的活菌数≥6.0×10⁷cfu/mL，例如可以是6.0×10⁷cfu/mL、7.0×10⁷cfu/mL、8.0×10⁷cfu/mL、9.0×10⁷cfu/mL或10.0×10⁷cfu/mL。

优选地，所述固氮素菌群的活菌数≥4.3×10⁴cfu/mL，例如可以是4.3×10⁴cfu/mL、4.5×10⁴cfu/mL、4.8×10⁴cfu/mL、5.0×10⁴cfu/mL或6.0×10⁴cfu/mL。

优选地，所述聚磷菌群的活菌数≥5.8×10⁴cfu/mL，例如可以是5.8×10⁴cfu/mL、6.0×10⁴cfu/mL、6.5×10⁴cfu/mL、7.0×10⁴cfu/mL或7.5×10⁴cfu/mL。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型提供的引导沉水植被的系统操作简便，能适应水体透明度低、底质恶劣的水域水体，根据水体透明度变化可灵活调节沉水植物的下沉深度，提高沉水植物存活率，加速恢复水体透明度，且省去大量维护工作和运行费用，水面无任何影响景观的工程设施；

(2)本实用新型提供的引导沉水植被的系统采用生物相容性材料做载体，具有极大的生物附着比表面积，材料表面可形成高效降解污染物的生物膜结构，持续降低水体富营养化程度，辅助提升水体透明度，同时具有极好的生物亲和性，在材料表面可形成“微生物—原生动物—后生动物”的生态食物链，改善水体微生态系统功能，浮游植物量得到有效控制，促进沉水植物的恢复。

附图说明

图1为实施例1提供的引导沉水植被的系统的主视图。

图2为实施例1提供的图1的侧视图。

图3为实施例1提供的浮力装置、卷绕装置的连接关系图。

其中1，种植载体；2，沉水植物固定单元；3，纤维质种植基质；4，沉水植物；5，卷绕装置；6，浮力装置；7，第一固定条；8，第二固定条；9，第三固定条。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，以下通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案，但本实用新型并非局限在实施例范围内。

实施例1

一种引导沉水植被的系统，其主视图和侧视图如图1和2所示，包括种植载体1和沉水植物固定单元2，所述系统还包括浮力装置6和卷绕装置5；卷绕装置5与浮力装置6相连(如图3所示)，沉水植物固定单元2设置于植载体1上；

其中，所述种植载体1为生物相容性碳纤维编织膜，所述生物相容性碳纤维编织膜表明设置有改性的PAN层，所述生物相容性碳纤维编织膜由直径为7-10μm的碳纤维丝经纬编织而成，所述种植载体重量180-250g，种植载体的单体面积为4-6m²；种植载体1顶端卷绕在用旋转轴上，种植载体1上设置有20-30个沉水植物固定单元2，所述沉水植物固定单元2为多个由生物相容性碳纤维材料编织的网兜，所述网兜开口为5-10cm，按20cm×20cm的尺寸错列布置在种植载体1上，所述沉水植物固定单元2包括沉水植物4和纤维质种植基质3，所述纤维质种植基质3为丝瓜瓤和椰壳纤维，所述沉水植物4在纤维质种植基质3中的种植深度为8-12cm；所述浮力装置6为浮力筒，由至少两段聚氯乙烯或三型聚丙烯圆管组装而成，圆管直径70-80mm；所述卷绕装置5为旋转轴，所述旋转轴设置于浮力筒中，旋转轴和浮力筒通过连接件连接，所述连接件包括第一固定条、第二固定条和第三固定条，其中，第一固定条固定于旋转轴上，第二固定条固定于浮力筒上，第三固定条的一端与第一固定条可拆卸连接，另一端与第二固定条连接；所述浮力筒设置有缝隙，使得生物相容性碳纤维编织膜种植载体可以通过所述缝隙。

实施例2

选定某公园的湖湾水域面积为2500m²，水深为1.8m，透明度为35cm，水体平均温度为21.5℃，基本为封闭性静止水体，水体富营养化现象明显，沉水植物基本绝迹，底泥沉积物厚度为20cm，颜色呈黑色，受污染程度严重。

利用实施例1所述的引导沉水植被的系统改善湖湾水域水体质量，具体方法如下：

(1)将生物相容性碳纤维编织膜1提前经过水溶性胶预处理，生物相容性碳纤维编织膜长宽分别为2m，浸泡入复合微生物菌剂中浸泡48小时；将丝瓜瓤和椰壳纤维按照重量比2:8混匀形成纤维质种植基质；选择枯草和轮叶黑藻做沉水植物，将纤维素种植基质包裹沉水植物根系，枯草初期植物高度为18cm，基质重量10g，每个种植单元枯草数量为4株，轮叶黑藻的初期种植高度为32cm，基质重量12g，每个种植单元轮叶黑藻的种植数量为6株；

(2)将生物相容性碳纤维编织膜顶端卷绕在用旋转轴上，旋转轴与浮力筒通过第一固定条、第二固定条和第三固定条固定，生物相容性碳纤维编织膜的尾端通过浮力筒的缝隙，首次种植时尾端预留2层固定单元；按照20cm为一级，该水域水体透明度等级为2级，将枯草种植于第2层固定单元中，将轮叶黑藻种植于第1层固定单元中；整个实施水域范围内，按照上述方法安装500套种植装置；

(3)两周后水体透明度提升到60cm，枯草植株平均高度增长3cm，轮叶黑藻植株平均高度增长5cm。透明度改善量加植株高度变化量的总量达到28-30cm，即总量达到两级；通过旋转轴下调生物相容性碳纤维编织膜尾端悬停深度至80cm；补充种植两层沉水植物即第3、4层固定单元，将枯草种植于第4层固定单元，将轮叶黑藻种植于第3层固定单元；

(4)两周后，通过旋转轴下调生物相容性碳纤维编织膜尾端悬停深度至120cm；补充种植第5、6层单元，将枯草种植于第6层固定单元，将轮叶黑藻种植于第5层固定单元；

(5)待水体透明度达到120cm时，补充第7、8、9层沉水植物固定单元，全部放置轮叶黑藻种植单元，其中所选植株高度约为45cm；撤离浮力筒，将整个种植装置缓慢平置沉放于水底；完成后实施区域内沉水植被覆盖面积约为2000m²，覆盖率达到80％。

通过对实施水域内底泥污染状况进行分析监测，水域底泥中总有机质含量降低48.6％，颜色有褐色逐步转变为灰褐色；通过对底泥中微生物总活性和生物多样性监测，总活性提升35.2％，生物丰富度改善61.3％，生物相容性碳纤维编织膜表面形成了以好碳素菌和高效聚磷菌为主的微生物膜，同时发现大量的轮虫、枝角类原生动物，说明材料表面的微生物生态功能良好，能够持续削减水体中超标的氮磷营养物质；底栖生物环境的改变有助于促进沉水植被的生长繁殖，避免出现污染胁迫下的植物烂根等现象，在生物相容性碳纤维编织膜引导下的沉水植被系统应用过程中，60天内基本恢复了以枯草和轮叶黑藻两种沉水植被群落，底泥内源污染状况得到显著改善，对于实施水域内水体富营养化的彻底解决和水生态系统的快速构建起到了关键性作用。

综上，本实用新型中的引导沉水植被的系统效果显著，种植载体以立体垂直悬浮实施，可以快速适应不同透明度情况下植物生长基面的调整；可以根据所选植物种植初期植株高度和后期生长特性，灵活组合搭配适应不同生态空间位的需求，在透明度既定情况下最大限度快速恢复沉水植被群落；种植后期旋转轴浮筒撤离后，种植载体下沉到底泥表面，沉水植物过渡到自然环境适应生长阶段，相比其他悬浮式种植工艺，省去了大量的维护工作和运行费用，水面无任何影响景观的工程实施，且本实用新型所述系统不受水域面积、水体透明度、底质条件的限制，应用范围广，具有广阔前景。

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细方法，但本实用新型并不局限于上述详细方法，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。