本实用新型涉及一种水体修复领域，特别是涉及一种用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置，适合受污染水体的生物修复。
背景技术：
我国水体污染日益恶化，而水污染环境问题尤为突出，呈现出迅速恶化的趋势，如：地表水体富营养化，地下水质恶化等。传统的物理和化学水体修复方法理论成熟技术扎实，但是在实际应用中出现了不少的问题，如成本高、技术难度大、操作困难、产生二次污染等。为了避免这些问题，通过植物、微生物来净化水体的生物修复技术成为水体净化技术的关注热点。
水体污染的“植物修复”是指将水生植物种植在被污染水体中，通过该植物对水体中污染物质的吸收、富集能力来去除环境中的污染物，具有成本低、污染小及效果好等优点。但是污染水体中水生植物存在抗污染能力有限、净化效率不高、抗胁迫能力较低等问题，在这些胁迫难以避免的情况下，如何增强植物的抗环境污染胁迫能力是有效的应对措施之一，而丛枝菌根真菌的存在为解决这个问题提供了可能。丛枝菌根真菌是一类可以与水生植物根系共生的真菌，具有增强植物抗逆能力、生长发育及养分吸收等优点。
许多研究表明，丛枝菌根真菌属于好氧微生物，而淹水环境中O2是最紧缺的生长限制因子，尽管水生植物的通气组织具有改善根系O2状况的作用，但不同植物根系通气组织多少有别，从而导致根际氧气浓度差异较大。另外,水环境基质中低磷环境也是菌根构建的重要影响因素。目前常用过氧化物，如过氧化镁(MgO2)、过氧化钙(CaO2)与水反应后释放的氧气(O2)作为水体净化中的氧源，但其反应产物常为强碱性物质，会影响水体pH、危害植物的生长发育并产生二次污染。
为提升水生植物的吸收、净化及抗逆能力的目的，可利用菌根真菌侵染水生植物根系后构建菌根，而如何解决菌根建立及生长过程中需要的有氧及低磷环境问题成为决定菌根建植的关键问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对上述问题，提出了一种用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置，所述氧气缓释发生装置包括设置在水面上的漂浮球以及设置在水底的氧气缓释单元，所述氧气缓释单元与所述漂浮球通过连接绳相连接，所述氧气缓释单元包括设置在水底的底座支架、设置在所述底座支架上的下部半球面体以及与所述下部半球面体通过密封螺纹连接的上部网状半球面体，所述上部网状半球面体包括自外而内依次设置的外金属网层、聚四氟乙烯膜、内金属网层，所述下部半球面体的侧面上设有注水口，所述下部半球面体内部填充有氧缓释体，所述下部半球面体内部通过注水口注入氧饱和水。
优选地，所述漂浮球的球体直径为8～15cm，材质为TPU或PVC，球面厚度为0.7～1mm；所述连接绳为耐腐蚀、强韧材质，如玻璃纤维或马尼拉麻。
优选地，所述外金属网层与内金属网层紧密结合，且外金属网层的外直径为10～14cm，所述外金属网层与内金属网层上均匀分布有面积0.8～1.2cm2、间距1～1.5cm的网孔，厚度均为0.2～0.5cm；所述聚四氟乙烯膜的厚度为45～50um。
优选地，所述外金属网层上端中心处设有与其一体的连接环，所述连接环的外形为直径1～2cm的圆环。
优选地，所述注水口为圆形密封螺纹结构，距所述下部半球面体上端3～5cm，并且注水口与下部半球面体为一体结构。
优选地，所述下部半球面体内部的氧缓释体与氧饱和水的质量比为10:(1～3)。
优选地，所述氧缓释体由CaO2、普通水泥、粗砂、水以(35～40):(25～27):(15～18):(18～20)的质量比混合均匀后加入模型制成。
优选地，所述氧缓释体的外形为直径0.8～2cm的球体。
优选地，所述底座支架由至少4根S型支脚均匀设置形成，所述支脚的长度为5～7cm，宽度为3～5cm，厚度为3～5mm，且所述支脚的底端为楔形。
基于上述技术方案，本实用新型的优点是：
本实用新型所述用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置及方法通过利用氧缓释体与水反应实现长时间缓慢释放氧气的目的，并通过防水透气膜结构向植物根系周围释放氧气而不影响环境pH，同时有氧环境可有效抑制底泥中磷的释放，从而为水生植物菌根的构建及生长提供有氧低磷环境，是一种便捷、环保、可重复利用的氧气缓释发生装置。
本实用新型的氧气缓释发生装置实现了为水生植物菌根构建和生长提供有氧低磷环境的目的，通过利用防水透气膜将氧缓释体产生的氧气释放到植物根系周围，而避免了缓释体中CaO2与水反应产生强碱对周围水体及植物的影响，同时利用普通水泥、细沙与CaO2混匀制作为氧缓释体可有效避免单独采用CaO2在短时间内大量释氧的缺点。氧气缓释发生装置可有效促进水生植物菌根形成，并可大大提升水生植物的净水效率及抗逆性，是一种环保、高效、生态、可循环利用的装置，可为我国水环境的生物治理提供借鉴作用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置结构示意图；
图2为上部网状半球面体结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
本实用新型提供了一种用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置，如图1、图2所示，其中示出了本实用新型的一种优选实施方式。具体地，所述氧气缓释发生装置包括设置在水面上的漂浮球1以及设置在水底的氧气缓释单元，所述氧气缓释单元与所述漂浮球1通过连接绳13相连接，所述氧气缓释单元包括设置在水底的底座支架10、设置在所述底座支架10上的下部半球面体8以及与所述下部半球面体8通过密封螺纹7连接的上部网状半球面体6，所述上部网状半球面体6包括自外而内依次设置的外金属网层3、聚四氟乙烯膜4、内金属网层5，所述下部半球面体8的侧面上设有注水口11，所述下部半球面体8内部填充有氧缓释体9，所述下部半球面体8内部通过注水口11注入氧饱和水12。
本实用新型的氧气缓释发生装置为带底座球体结构，装置整体高度为20～25cm。装置上端为球体结构，球体直径为10～14cm，下端为底座结构，底座为四脚状，便于插入水体底泥及维持整体结构的稳定性，该装置长时间缓慢释放的氧气可供水生植物菌根的构建及生长。
如图1所示，漂浮球结构由充满空气的漂浮球1及连接绳13构成，球体直径8～15cm，球体材料为TPU或PVC，球面厚度为0.7～1mm。所述连接绳13由耐腐蚀、强韧材料的如玻璃纤维或马尼拉麻等制成。漂浮球结构主要用于防止氧气缓释装置下沉、定位氧气缓释装置及从水体中取出氧气缓释装置。
如图2所示，所述上部网状半球面体6共包括3层，包括自外而内依次设置的外金属网层3、聚四氟乙烯膜4、内金属网层5，所述外金属网层3与内金属网层5的材料为抗压强度好、耐腐蚀的合金材料(如蒙耐尔合金、镍合金等)。通过将聚四氟乙烯膜4(ePTFE膜)夹于内、外层网状球面金属网中间形成上部网状半球面体6结构，其外直径为10～14cm。所述外金属网层3与内金属网层5上均匀分布有面积0.8～1.2cm2、间距1～1.5cm的网孔，球面厚度均为0.2～0.5cm。优选地，所述外金属网层3上端中心处设有与其一体的连接环2，所述连接环2的外形为直径1～2cm的圆环，圆环边的直径为0.5～1cm。
ePTFE膜是一种良好的防水透气膜，具有良好的抗酸抗碱、耐磨损、耐高温、机械柔韧性强及不溶于各种有机溶剂等的优点，其微孔可以阻挡各种微粒而允许空气通过，本实用新型中使用的ePTFE膜厚度为45～50um。上部网状半球面体6主要用于将下层氧缓释体系产生的O2释放到氧气缓释发生装置外部，供菌根真菌代谢所用，促进菌根真菌侵染植物根系并形成菌根。同时，该结构具有支撑和抵抗水体压力的作用。
如图1所示，所述下部半球面体8的侧面上设有注水口11，所述下部半球面体8内部填充有氧缓释体9，具体结构如下：
下部半球面体8结构为外径10～14cm，与上部网状半球面体6的直径大小一致，上部网状半球面体6与下部半球面体8通过设置在两端接触面上的密封螺纹7连接。球面体厚度为0.4～1cm，球面体材料与上部网状半球面体6的材料相同。该半球面结构用于盛放氧缓释体9及氧饱和水12，为氧缓释体系的反应提供场所。
优选地，所述注水口11为圆形密封螺纹结构，距所述下部半球面体8上端3～5cm，并且注水口11与下部半球面体8为一体结构，主要用于整个装置后期氧饱和水的注入。
氧缓释体系是由氧缓释体9和氧饱和水12构成，优选地，所述下部半球面体8内部的氧缓释体9与氧饱和水12的质量比为10:(1～3)。其中，所述氧缓释体9由CaO2、普通水泥、粗砂、水以(35～40):(25～27):(15～18):(18～20)的质量比混合均匀后加入模型制成，所述氧缓释体9的外形为直径0.8～2cm的球体，氧饱和水12的使用则可避免氧缓释体9释放的氧溶解在水体中而造成氧气的浪费。
CaO2为白色或黄色结晶粉末，难溶于水，但与水可发生反应：2CaO2+2H2O＝2Ca(OH)2+O2↑，而常被用作氧气释放材料，但由于CaO2粉末与水直接接触会在短时间内释放大量氧气而限制其应用领域。因此，本实用新型缓释体以普通水泥、粗砂作为粘结剂和造孔剂将CaO2包埋后减少其与水体的接触面积而使其缓慢释放氧气。
本实用新型中的用于水生植物菌根构建的技术原理如下：
通过对氧缓释体系的构建将氧缓释体放入下部半球面体中后加入氧饱和水，氧缓释体中分布的CaO2与水反应产生氧气，而不能再溶解氧气的氧饱和水将反应生成的氧气释放到氧气缓释发生装置上部的空气中，氧气不断产生的压强将装置内部的氧气通过ePTFE膜释放到装置外围的植物根系周围，用于菌根的构建和生长。
如图1所示，所述底座支架10由至少4根S型支脚均匀设置形成，所述支脚的长度为5～7cm，宽度为3～5cm，厚度为3～5mm，且所述支脚的底端为楔形。4根支脚均匀分布于下部半球面体8下端并与其为一体结构。在整个氧气缓释发生装置放置于水生植物根系周围底泥中时，底座支架10的楔形结构可保证整个装置插入底泥，且在装置防止完成后保证装置的稳定性。
本实用新型所述的用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置利用氧缓释体实现长时间缓慢释放氧气的目的，并通过防水透气膜结构向植物根系周围释放氧气而不影响环境pH，同时有氧环境可有效抑制底泥中磷的释放，从而为水生植物菌根的构建及生长提供有氧低磷环境，是一种便捷、环保、可重复利用的氧气缓释发生装置。
本实用新型的用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置，其主要利用氧气缓释发生装置在构建和生长水生植物菌根的过程中提供有氧低磷环境。当氧气缓释发生装置放置于水体后，可为水生植物菌根的构建和生长提供有氧低磷环境，大致原理为：
将下部带底座球体结构放置于根系周围后，其下部半球面体中的氧缓释材料与水反应会缓慢释放O2，被释放的O2通过位于球面的防水透气膜进一步释放到根系周围而提供有氧环境，底泥中氧含量升高会抑制底泥中磷的释放，这样即可营造菌根构建及生长需求的有氧低磷环境，从而进一步促进水生植物的净化效能。漂浮球的设置可有效避免底部球体在底泥中下沉而脱离植物根系周围，保证装置的有效性。
具体地，本实用新型的用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置可通过如下步骤进行构建：
A、制作所述的氧气缓释发生装置；其中，在下部半球面体8、上部网状半球面体6制作完成后，将氧缓释体9加入下部半球面体8中，之后通过密封螺纹7将下部半球面体8与上部网状半球面体6连接。
具体地，下部半球面体8、上部网状半球面体6及氧缓释体9制作完成后，将氧缓释体9加入下部半球面体8中。之后利用密封螺纹7将下部半球面体8、上部网状半球面体6连接，形成氧气缓释发生装置。
B、打开注水口11并向氧气缓释发生装置内注入与所述氧缓释体9质量比为10:(1～3)的氧饱和水12，关闭注水口11，即完成整个装置的安装。
C、在水生植物根系周围，将所述氧气缓释发生装置的底座支架10缓慢插入底泥中，且保证上部网状半球面体6位于水生植物根系周围，根据氧气缓释发生装置放置的位置调整漂浮球1下端连接绳13的长短，以保证漂浮球1浮于水面并且下部带底座球体不会随底泥的变化而下沉。整个操作过程中避免破坏装置上部的膜结构，且尽量避免碰撞水生植物。
D、待水生植物收割后，将所述氧气缓释发生装置从底泥中取出后将其中的反应产物进行收集处理后重复利用。
水生植物的根系在植物旺盛生长时期最为发达，因此该装置的放置时期选择水生植物旺盛生长的5～7月，且选择具有构建菌根能力的植物。另外由于该装置的放置会扰动水体生态系统，因此需要选择早上或傍晚植物代谢比较缓慢的时间段进行装置的放置。待水生植物收割后可将该装置从底泥中取出后将其中的反应产物处理后重复利用。
本实用新型所述的用于水生植物菌根构建的氧气缓释发生装置通过设置氧气缓释发生装置实现了为水生植物菌根构建和生长提供有氧低磷环境的目的，通过利用防水透气膜将氧缓释体产生的氧气释放到植物根系周围，而避免了缓释体中CaO2与水反应产生强碱对周围水体及植物的影响，同时利用普通水泥、细沙与CaO2混匀制作为氧缓释体可有效避免单独采用CaO2在短时间内大量释氧的缺点。氧气缓释发生装置可有效促进水生植物菌根形成，并可大大提升水生植物的净水效率及抗逆性，是一种环保、高效、生态、可循环利用的装置，可为我国水环境的生物治理提供借鉴作用。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。