一种潮下带水域鳗草海草场生态修复系统及方法与流程

本发明涉及到海草场恢复与重建技术，具体说是一种潮下带水域鳗草海草场生态修复系统及方法。

背景技术：

海草场(seagrassmeadows)生态系统和红树林、珊瑚礁生态系统一起被认为是近海三大典型的海洋生态系统。且国际研究结果表明，海草场生态服务价值明显高于红树林和珊瑚礁的生态服务价值。这里所述的“海草”系指唯一淹没在浅海水下的被子植物，分化出根、茎、叶、花和种子等器官，跟作为低等植物的“海藻”(如海带、浒苔等)截然不同。

繁茂的海草场如同陆地上的森林，是健康海洋环境的重要标志，是珍贵的“海底草原”或“海底森林”。海草场是高生产力区，能为鱼虾蟹贝等海洋生物提供良好的栖息地、育苗场和庇护地，也有利于海鸟的栖息；同时为许多生物提供重要的食物来源。海草场也是地球上最有效的碳捕获和封存系统之一，联合国组织认为:应对气候变化最急迫的行动是维持和恢复"蓝碳"汇，海草和红树林、盐沼一道被优先重视。

我国北方温带海域，尤其是山东沿海，是海草分布重要的区域。鳗草(zosteramarinal.)是我国北方沿海分布最广、数量最多的一种海草，且仅分布于我国北方温带海域，如山东、河北和辽宁等沿海水域。鳗草(eelgrass)，俗名为“大叶藻”，鳗草海草场是海参、贝类(包括章鱼)、虾蟹类和鱼类等海洋经济生物栖息、繁殖和藏身的良好场所。鳗草为多年生草本植物，主要沉生于地势平缓泥沙质浅水海底，从潮间带到潮下带的浅水区域皆有分布，最大水深可达30米，其叶子细长呈带状，俗称海韭菜，叶长可达3米以上。

在我国北方温带海域，如山东沿海，鳗草海草场曾经非常繁茂，而今由于人类活动的影响(栖息地破坏、水质污染、浊度增加而引起的透明度下降)导致海草床已经严重退化，海草稀疏呈块状分布，大都不连成片，海草床分布水深变浅，大都分布在6米以前，较深水深的海草床退化严重。在我国北方，沿海渔民常用鳗草海草作建造房屋顶的材料。海草房是胶东独有的标志性民俗符号，也被认为是世界上最具代表性的生态民居之一，主要分布在威海、烟台、青岛等沿海地区。这从另一侧面说明以往海草是多么的繁茂，而如今却所留无几。据估计，山东沿海鳗草海草场退化了80％以上。

长期以来，海草在海洋中的重要作用未得到足够的重视，海草场面积已在全球范围内下降，不少海域濒于灭绝，并危及到其他海洋生物的生存，生物多样性也随之降低，沿岸生态系统也变得更加脆弱。

近年来，人们开始认识到海草在海洋生态系统中的重要作用，开始重视对海草生态系统的保护和对退化的海草生态系统的生态恢复。目前，因较深水域(潮间带下部和潮下带大部)退化海草床的修复存在海底光照不足的问题，较深水域海草床修复效果不尽人意。因此潮下带较深水域海草床修复亟需解决方法，此外有关较深水域海草床修复技术尚未薄弱，缺乏简便有效的修复方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为潮下带较深水域鳗草海草场的恢复或重建提供一种较深水域海底鳗草生态修复方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种潮下带水域鳗草海草场生态修复系统，包括供电系统、光照系统和支撑系统；

所述供电系统，用于为光照系统提供电量；所述供电系统与光照系统连接，供电系统通过固定绳与支撑系统连接；

所述光照系统，用于为鳗草海草床提供水下光照；所述光照系统安装在支撑系统上；

所述支撑系统，用于设定光照系统的位置；所述支撑系统固定在水面下海草床的范围内。

所述供电系统包括，漂浮装置、太阳能电池以及与其相连的led电源控制装置；

所述太阳能电池安装在漂浮装置上，漂浮装置设于水面上，且与支撑系统通过固定绳连接，所述led电源控制装置与光照系统连接；

所述漂浮装置为方形板结构，所述漂浮装置四角分别连有固定绳，所述每条固定绳另一端与海上平台连接；

所述支撑系统包括不锈钢架、木橛和牵引绳；

所述木橛固定在鳗草海草床处的海底，所述不锈钢架开口端插入海底以实现固定，不锈钢架水平部分上设有多条牵引绳，且每条牵引绳之间的间距相等，牵引绳通过扎带将光照系统固定鳗草海草床正上方，牵引绳一端与木橛相连，以实现拉直所述牵引绳。

所述不锈钢架有多组，且不锈钢架相互平行排列，不锈钢架之间的排间距相等。

所述光照系统包括不锈钢管、不锈钢弯管、防水led光源；

所述不锈钢管侧壁设有六个通孔，所述不锈钢管侧壁沿周向均匀分布四个安装通孔，所述不锈钢管侧壁还设有两个牵引绳固定孔；

所述牵引绳穿过牵引绳固定孔通过扎带将不锈钢管固定在牵引绳上；

所述不锈钢弯管两端均设有内螺纹，一端与防水led光源螺纹连接，另一端与不锈钢管的安装通孔连接；

所述防水led光源输入端与led电源控制装置连接。

所述不锈钢弯管为l型弯管，所述不锈钢弯管分为两部分，分别为弯头部分和直管部分；

所述不锈钢弯管的直管部分一端与安装通孔螺纹连接，弯头部分一端与防水led光源连接，所述防水led光源设置于海草床上方。

一种潮下带水域鳗草海草场生态修复方法，包括以下步骤：

1)通过根茎绑石移植法移植3m×3m的鳗草海草床在待修复水体范围内进行移植单元构建；

2)潮下带深水域鳗草海草场生态修复系统安装在待修复水体范围内；防水led光源设置在鳗草海草床正上方，太阳能电池安装在漂浮装置接收太阳能，并通过led电源控制装置将太阳能转化为电能，防水led光源接到电能后，为鳗草海草床提供持续光照；

3)对所述潮下带深水域鳗草海草场生态修复系统对鳗草海草床生长状况观测；

4)判定鳗草海草床形成草场，回收该系统，隔年观测水质情况。

所述移植单元构建，具体为：

鳗草海草床每簇4～5个茎枝，簇间距设定20cm～25cm，每平方米移植鳗草海草60～80株，相邻鳗草海草床斑块之间间距设定为3m；移植区域总面积大于10公顷。

所述根茎绑石移植法，具体包括以下步骤：

a.取4～5株茎枝鳗草，以地下茎和叶鞘的节点将其对齐，叶鞘与叶片共保留30cm尺寸，超出部分剪去，形成一个移植单元；

b.用可降解的绳子将移植单元系绑在50～150g的石头上；

c.在移植地点挖坑，将绑好石头的移植单元埋入泥土，掩埋深度以节点离海底表面2～4cm，地下茎摆放至水平状态。

所述判定鳗草海草床形成草场为：鳗草海草床茎枝密度达到每平方米400～500茎枝。

本发明具有以下有益效果及优点：

1、本发明通过用固定筏架、固定绳、木橛、牵引绳和漂浮装置固定整个系统。这样的效果是，在海流较大且较深的海域能够固定防水led光源，且避免了海流较大情况下电线摇曳磨坏导致漏电。

2、通过本发明，解决了潮下带较深水域鳗草移植修复中海底光照不足的问题，为该环境下鳗草海草场的恢复或重建提供了一种简便、快速、有效的方法。

3、同时本发明中的设施装置具可拆装性，能够回收重复利用，因而能节约成本，而且不会对海区构成污染，另外装置中所使用的材料，如固定筏架、固定绳、木橛、牵引绳和漂浮装置，对海洋环境不会构成污染。

4.采用本发明可使鳗草海草床在潮下带较深水域得到修复，解决了较深水域鳗草移植修复中海底光照不足的问题，结合本发明简便有效的鳗草修复方法，能方便快速的进行潮下带较深水域鳗草海草场的恢复或重建；同时，本发明设施装置能够回收重复利用，因而能节约成本，所使用的材料不会对海区构成污染。

附图说明

图1为本发明实施例提供的潮下带较深水域鳗草海草场生态修复实施装置结构示意图；

图2为本发明的防水led光源装置示意图；

其中，1为不锈钢架，2为牵引绳，3为防水电线，4为光照系统，5为鳗草海草床，6为木橛，7为漂浮装置，8为led电源控制装置，9为太阳能电池板，10为固定绳，11为海面，12为牵引绳固定孔，13为不锈钢管，14为直管部分，15为弯管部分，16为防水led光源，17为安装通孔；

图3为本发明实施例2的支撑系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1方案：

如图1所示，本方法涉及以下几个系统，包括供电系统、光照系统、支撑系统和海草床系统。供电系统和光照系统固定于支撑系统；光照系统位于水下，通过电线与水面供电系统连接，海草床系统是通过海草根茎绑石移植法进行鳗草草床构建。

供电系统包括太阳能电池9、电线9、led电源控制装置8；太阳能电池9通过电线9与led电源控制装置8，led电源控制装置8通过电线与光照系统相连接；太阳能电池9固定于漂浮装置7上。所述的太阳能电池8的功率为200w，尺寸为：1335mm*990mm*40mm。

供电系统，用于为光照系统提供电量；供电系统与光照系统连接，供电系统通过固定绳10与支撑系统连接；

光照系统，用于为鳗草海草床提供水下光照；光照系统安装在支撑系统上；

支撑系统，用于设定光照系统的位置；支撑系统固定在水面下海草床的范围内。

供电系统包括，漂浮装置7、太阳能电池9以及与其相连的led电源控制装置8；

太阳能电池9安装在漂浮装置7上，漂浮装置7设于水面上，且与支撑系统通过固定绳10连接，led电源控制装置8与光照系统连接。

如图2所示，防水led光源装置示意图，光照系统包括不锈钢管13、不锈钢弯管、防水led光源16；

不锈钢管13侧壁设有六个通孔，不锈钢管13侧壁沿周向均匀分布四个安装通孔17，不锈钢管13侧壁还设有两个牵引绳固定孔12；

牵引绳2穿过牵引绳固定孔12通过扎带将不锈钢管13固定在牵引绳2上；

不锈钢弯管两端均设有内螺纹，一端与防水led光源16螺纹连接，另一端与不锈钢管13的安装通孔17连接；

防水led光源16输入端与led电源控制装置8连接。

不锈钢弯管为l型弯管，所述不锈钢弯管分为两部分，分别为弯头部分15和直管部分14；

不锈钢弯管的直管部分15一端与安装通孔17螺纹连接，弯头部分15一端与防水led光源16连接，防水led光源16设置于海草床上方。

其中，不锈钢管13长10cm，外径为1.5cm有外螺纹，其中向上和向下通管开有一个牵引绳固定孔，不锈钢管13上设有四根不锈钢弯管，每根不锈钢弯管长度为1m，内径为1.5cm，不锈钢弯管一端有内螺纹，另一端有90度弯头，弯头具有内螺纹；将四个不锈钢弯管的直管部分14连接到六通管并使其位于同一平面，并弯头均朝向下通管方向，防水led光源16连接到弯管部分15处，四个防水led光源16通过不锈钢管内的电线在形成的六通管内进行连接，最终与供电系统连接。所述的防水led光源16采用防水射灯，防水led光源16与防水电线3接口处用防水胶带缠绕密封防止漏水。

支撑系统包括不锈钢架1、木橛6和牵引绳2；木橛6固定在鳗草海草床处的海底，不锈钢架1开口端插入海底以实现固定，不锈钢架1水平部分上设有多条牵引绳2，且每条牵引绳2之间的间距相等，牵引绳2通过扎带将光照系统固定鳗草海草床正上方，牵引绳一端与木橛6相连，以实现拉直所述牵引绳2。

不锈钢架1有多组，且不锈钢架1相互平行排列，不锈钢架1之间的排间距相等。

实施例2方案：

如图3所示，为本发明实施例2的支撑系统结构示意图，在另一个实施例中，支撑系统可以等效替换为包括浮漂、浮漂连接缆、延绳吊漂系、浮绠、橛缆、木橛以及牵引绳的；木橛固定在水面下，木橛通过橛缆与浮绠连接，浮绠固定在浮漂连接缆上；浮漂有多个，且并列设置鳗草海草床正上方水面上，通过浮漂连接缆连接；每个浮漂通过牵引绳与海草床处海底面的木橛连接；牵引绳上连接有光照系统。漂浮装置主体尺寸为5m*5m*0.5m；

海草床系统主要通过海草绑石移植法进行移植构建，每个防水led光源下移植3m*3m海草板块，移植总面积50公顷以上。海草床补光照明时间根据季节及草床的生长状况进行调节。

一种潮下带水域鳗草海草场生态修复方法，包括以下步骤：

1)通过根茎绑石移植法移植3m×3m的鳗草海草床在待修复水体范围内进行移植单元构建；

2)潮下带深水域鳗草海草场生态修复系统安装在待修复水体范围内；防水led光源16设置在鳗草海草床正上方，太阳能电池9安装在漂浮装置7接收太阳能，并通过led电源控制装置8将太阳能转化为电能，防水led光源16接到电能后，为鳗草海草床提供持续光照；

3)对所述潮下带深水域鳗草海草场生态修复系统对鳗草海草床生长状况观测；

4)判定鳗草海草床形成草场，回收该系统，隔年观测水质情况。

移植单元构建，具体为：

鳗草海草床每簇4～5个茎枝，簇间距设定20cm～25cm，每平方米移植鳗草海草60～80株，相邻鳗草海草床斑块之间间距设定为3m；移植区域总面积大于10公顷。

根茎绑石移植法，具体包括以下步骤：

a.取4～5株茎枝鳗草，以地下茎和叶鞘的节点将其对齐，叶鞘与叶片共保留30cm尺寸，超出部分剪去，形成一个移植单元；

b.用可降解的绳子将移植单元系绑在50～150g的石头上；

c.在移植地点挖坑，将绑好石头的移植单元埋入泥土，掩埋深度以节点离海底表面2～4cm，地下茎摆放至水平状态。

判定鳗草海草床形成草场为：鳗草海草床茎枝密度达到每平方米400～500茎枝。

海草床系统中每套防水led光源装置下移植3m*3m的鳗草海草床斑块；海草移植主要通过根茎绑石移植法进行鳗草移植构建，每簇4-5个茎枝，簇间距为20-25cm，每平方米移植鳗草60-80株；相邻鳗草海草床斑块之间的间距为3m；海草移植区总面积10公顷以上。

实施例1试验结果：

将长30m高4m的不锈钢架1替代支撑系统固定于海底，埋藏深度为1m，采用常规聚乙烯牵引绳2和木橛6连接不锈钢架1和海底，牵引绳2长度为3m，牵引绳2距离海底2米处固定防水led光源16，通过固定绳10将漂浮装置固定在相邻的两根养殖筏架上，两根筏架相距5米，牵引绳2米，牵引绳10长度可根据相邻养殖筏架间距做适当调整，漂浮装置7主体为5m*5m*0.5m(高)。通过电线将太阳能电池9和led电源装置8连接，两者均固定于漂浮装置7上，led电源控制装置8通过电线与光照系统相连接；所述的太阳能电池9功率为200w，尺寸为935mm*990mm*40mm。三套不锈钢钢架串联为一排，一排长度90米，沿水流方向布设，排间距10米，5排为一个移植区块，区块间距为30米，共布置80个区块。

选择具2-3厘米根状茎的新鲜鳗草植株，叶鞘与叶片共保留20cm，超出部分用剪刀剪去，用可降解的绳子(麻绳)将3-4株(茎枝)鳗草结实的系绑在一个50-150g的石头上(其形状适合绑扎)上形成一个移植单元，在移植地点潜水员潜水并用用小铲挖坑，将鳗草地下部门连带石头埋入泥土，掩埋深度以节点离海底表面2-4cm为宜，地下茎尽量摆放至水平状态。其中移植单元行、列间距均为25cm，每套防水led光源装置下移植3m*3m海草板块，移植面积60公顷。

led电源控制装置8补光照明时间设置如下，海草春季5月份移植后的补光照明时间采用全天候补光照明，补光照明半个月，然后改为8h：8h照明；6月份每天补光9小时，7月份7小时，8-9月份4小时，10-7月份6小时，8月份以后停止补光。第二年4-5月份补光4小时，6月份以后补光时间与上一年同期相比减半，第三年根据海草床没进行补光。

试验结果如下：

于4月下旬在河北唐山试验海区潮下带较深水海域布置382套防水led光源装置，每个装置的鳗草移植单元数约为100个，茎枝株数约500株，共计约20万株鳗草，每月观察鳗草生长状况。当年6月底观察，鳗草生长良好，许多鳗草已经产生大量种子；次年4月，观察发现鳗草生长状况良好，且去年生殖株散播的种子已经萌芽并形成幼苗，7月观察鳗草床生长状态良好；第二年的7月观察，移植海域的海草场已基本成型。第三年的7月观察，鳗草海草场已经稳定，水质明显改善。海草床稳定后回收装置。

可见，本实施例的试验结果表明，采用本发明解决了较深海域鳗草移植修复光照不足的问题，海草床成型后，因其海草自身能净化水质，可增加海水透明度，海草床达到稳定状态，进而恢复较深海域的鳗草海草场

实施例2试验结果：

在河北某海湾运用本发明的方法进行了潮下带较深水域鳗草海草场生态修复试验。

如图3实施装置结构示意图所示，将长30m高4m的不锈钢架固定于海底，埋藏深度为1m，采用常规聚乙烯牵引绳2和木橛6连接不锈钢架和海底，牵引绳2长度为3m，牵引绳2距离海底2米处固定防水led光源16，光照系统包括不锈钢管13、防水电线3和防水led光源16；其中不锈钢弯管长度为10cm，外径为1.5cm有外螺纹，其中向上和向下通管开有一个牵引绳固定孔，以便固定于牵引绳2上，每个不锈钢管13配有四根不锈钢弯管，每根不锈钢弯管长度为1m，内径为1.5cm，不锈钢弯管一端有内螺纹，另一端有90度弯头部分15，弯头长度为10cm，两头均具有内螺纹；将四根不锈钢弯管的直管部分14连接到不锈钢管13并使其位于同一平面，并弯头均朝向下通管方向，防水led光源16通过螺丝连接到不锈钢管13处，四个防水led光源16通过不锈钢管内的防水电线3在六通管连接，最终与供电系统连接。为避免海流较大情况下电线摇曳磨坏导致漏电等损伤，防水电线3在垂直走向上，每隔50cm用扎带将电线固定于牵引绳上，在水平走向上，每个50cm用扎带将电线固定于不锈钢架1上。其中防水led光源16采用防水射灯(光照强度达1600lx)，防水led光源16与防水电线3接口处用防水胶带缠绕密封防止漏水。

通过固定绳将漂浮装置固定在相邻的支撑系统的浮绠上，两根筏架相距米，牵引绳2米，固定绳长度可根据相邻支撑系统间距做适当调整，漂浮装置主体尺寸为5m*5m*0.5m(高)。通过电线将太阳能电池和led电源装置连接，两者均固定于漂浮装置上，led电源控制装置通过电线与光照系统相连接；所述的太阳能电池功率为200w，尺寸为935mm*990mm*40mm。

海草床系统中每套防水led光源装置下移植3m*3m的鳗草海草床斑块；选择具根的新鲜植株，在海底以25cm行间距，25cm簇间距移植鳗草，平均每平方米移植鳗草70株，移植方法采用根茎绑石法，具体操作如下：1)取4-5株(茎枝)鳗草，以地下茎与叶鞘的节点将其对齐，叶鞘与叶片共保留30cm，超出部分用剪刀剪去，如此形成一个移植单元(plantunit，pu)；2)用可降解的绳子(麻绳)将移植单元结实的系绑在一个50-150g的石头上(其形状适合绑扎)上；3)在移植地点潜水员潜水并用用小铲挖坑，将绑好石头的移植单元买入泥土，掩埋深度以节点离海底表面2-4cm为宜，地下茎尽量摆放至水平状态。相邻鳗草海草床斑块之间的间距为3m，移植海区总面积约15公顷。

试验结果如下：

于5月下旬在河北唐山试验海区潮下带较深水海域进行了海草移植，每月观看鳗草生殖株状况。当年6月底观察，鳗草生长良好，许多鳗草已经产生大量种子；次年4月，观察发现鳗草生长状况良好，且种子已经萌芽并形成幼苗；再隔一年的7月观察，海草场已基本成型。海草床成型后回收装置。再隔一年的7月观察，鳗草海草场已经稳定，草床茎枝密度每平方米达400-500茎枝，水质明显改善。