技术领域
[0001] 本
发明涉及沉水植被快速构建领域，具体是一种生物相容性材料引导下沉水植被构建的装置。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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，沉水植被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。
[0004] 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。
[0005] 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。在本发明的在先研究中，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。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。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种生物相容性材料引导下沉水植被构建的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] 一种生物相容性材料引导下沉水植被构建的装置，包括生物相容性
碳纤维编织膜种植载体、沉水植物种植单元、沉水植物固定单元和旋
转轴浮筒，所述生物相容性
碳纤维编织膜种植载体上附着沉水植物固定单元，沉水植物固定单元内为沉水植物种植单元，生物相容性碳纤维编织膜种植载体上端连接
旋转轴浮筒，保证生物相容性碳纤维编织膜种植载体立体垂直悬浮，沉水植物种植单元包括沉水植物和纤维质种植基质，生物相容性碳纤维编织膜种植载体为生物相容性碳纤维编织膜采用PAN系表面经改性
水溶性处理后的碳纤维材料经过经纬编织成重量约为200克的种植载体，碳纤维丝直径为7-10微米，单体面积为4-6平米，沉水植物固定单元为同样碳纤维材料编织的网兜状装置并且采用20cm×20cm错列布置，单元数量为25个/平米，单个网兜上开口为7cm，种植深度为10cm，旋转轴浮筒为两段密封的直径为75mm的PVC或PPR管起到浮力装置的作用，并且旋转轴浮筒两端设置旋转卡扣装置，可以任意调整种植载体和各层种植单元在水中的
悬停高度，始终确保沉水植物在合理的透明度水深范围内存活生长。
[0009] 作为本发明进一步的方案：沉水植物为枯草、轮叶黑藻、金鱼藻、伊乐藻、菹草或发芽体、
种子、完整植株或经过
修剪的水草段
[0010] 作为本发明进一步的方案：纤维质种植基质是丝瓜瓤或椰棕丝和椰糠，重量比为(1.5-3.5)∶(8-10)
[0011] 所述生物相容性材料引导下沉水植被构建装置进行沉水植被快速构建的方法，具体步骤如下：
[0012] 步骤一，将生物相容性碳纤维编织膜种植载体在复合
微生物菌剂(禹灵菌BRT净水剂)中浸泡48-72小时后待用；
[0013] 步骤二，按照重量比为(1.5-3.5)∶(8-10)准备丝瓜瓤或椰棕丝和椰糠，配制成纤维质种植基质待用；
[0014] 步骤三，安装生物相容性碳纤维编织膜种植载体，将选用的沉水植物或发芽体用
纤维素种植基质包裹固定；
[0015] 步骤四，在预设水域内测量透明度并记录，透明度数值按照20cm、40cm、60cm、80cm分别记录为I、II、III、IV级。逢透明度处于中间位时，采取近似取大的原则确定级别；
[0016] 步骤五，根据透明度级别决定沉水植物固定单位的层数，如透明度为I级，则从末端开始种植第1层所述的沉水植物固定单元，并通过旋转轴浮筒将第1层所述的沉水植物固定单元顶部悬停至对应的透明度水深处；如透明度为II级，则从末端开始种植第1、2层所述的沉水植物固定单元，并通过所述的旋转轴浮筒将第1层所述的沉水植物固定单元顶部悬停至对应的透明度水深处；
[0017] 步骤六，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，如果植物高度生长量和透明度提升量总和超过20cm，则在下沉的同时补充种植第3层所述的沉水植物固定单元，以此类推；
[0018] 步骤七，待水体透明度超过水深60％以上时，首先将所述的生物相容性碳纤维编织膜种植载体剩余的所述的沉水植物固定单元层全部种植所述的沉水植物，然后撤离所述的旋转轴浮筒，将所述的生物相容性碳纤维编织膜种植载体缓慢平面沉降到水体底部恢复植物自然生长。
[0019] 作为本发明进一步的方案：复合微生物菌剂(禹灵菌BRT净水剂)配方为光合细菌群(2.5×109cfu/ml)、
酵母菌群(6.0×107cfu/ml)、固氮素菌群(4.3×104cfu/ml)、聚磷菌群(5.8×104cfu/ml)。
[0020] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021] 第一，生物相容性碳纤维编织膜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；
[0022] 第二，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；
[0023] 第三，生物相容性碳纤维编织膜种植载体和沉水植物固定单元均采用碳纤维材料，其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，促进沉水植被的恢复；
[0024] 第四，生物相容性碳纤维编织膜种植载体和沉水植物固定单元均采用碳纤维材料，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；
[0025] 第五，沉水植物种植单元中纤维素种植基质采用多空纤维类材料，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；
[0026] 第六，种植后期旋转轴浮筒撤离后，生物相容性碳纤维编织膜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；
[0027] 第七，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。
附图说明
[0028] 图1为生物相容性材料引导下沉水植被构建的装置的主视图。
[0029] 图2为生物相容性材料引导下沉水植被构建的装置的侧视图。
[0030] 其中：1-生物相容性碳纤维编织膜种植载体，2-沉水植物种植单元，3-纤维质种植基质，4-沉水植物，5-旋转轴浮筒。
具体实施方式
[0031] 下面结合具体实施方式对本
专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0033]
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。
[0034] 生物相容性碳纤维提前经过水溶性胶预处理，提高材料使用过程中在水中的散开程度；
[0035] 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(禹灵菌BRT净水剂)中浸泡48小时；
[0036] 按照重量比为2∶8准备丝瓜瓤或椰棕丝和椰糠，形成纤维质种植基质待用；
[0037] 沉水植物品种之一选择苦草，初期植物高度为18cm；
[0038] 沉水植物品种之二选择轮叶黑藻、初期植物种植高度为32cm；
[0039] 将纤维素种植基质包裹沉水植物根系，其中基质重量约为10g，苦草每个种植单元数量为4株；
[0040] 将纤维素种植基质包裹沉水植物根系，其中基质重量约为12g，轮叶黑藻每个种植单元数量为6株；
[0041] 将生物相容性碳纤维编织膜顶端用卷轴浮筒固定，首次种植时尾端预留2层固定单元；
[0042] 透明度等级为II级，将枯草种植单元放置于第2层固定单元中，将轮叶黑藻种植单元放置于第1层固定单元中；
[0043] 整个实施水域范围内，按照上述方法安装500套种植装置；
[0044] 两周后水体透明度提升到60cm，苦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达到28～30cm；
[0045] 通过卷轴浮筒装置下调碳纤维编织膜尾端悬停深度至80cm；
[0046] 补充种植第3、4层单元，按照上述方法，将苦草种植单元放置于第4层固定单元，将轮叶黑藻种植单元放置于第3层固定单元；
[0047] 两周后按照上述方法，通过卷轴浮筒装置下调碳纤维编织膜尾端悬停深度至120cm；
[0048] 补充种植第5、6层单元，按照016所述方法，将苦草种植单元放置于第6层固定单元，
[0049] 将轮叶黑藻种植单元放置于第5层固定单元；
[0050] 生物相容性碳纤维编织膜材料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；
[0051] 待水体透明度达到120cm时，补充第7、8、9层单元，按照上述方法，全部放置轮叶黑藻种植单元，其中所选植株高度约为45cm；
[0052] 撤离浮筒装置，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％；
[0053] 通过对实施水域内底泥污染状况进行分析监测，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；
[0054] 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％；
[0055] 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；
[0056] 在生物相容性碳纤维编织膜引导下的沉水植被快速构建装置与方法应用过程中，60天内基本恢复了以苦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；
[0057] 实施例二：
[0058] 选定某城市河道，实施水域面积为1000m2，长度为100m，宽度为10m，水深为1.6m，透明度为25cm，水体平均温度为26.3℃，基本为缓滞型水体，河床底部为硬质结构，两岸为直立
挡墙，沉水植物基本绝迹，底泥沉积物厚度为15cm，颜色呈黑色，受污染程度严重。
[0059] 生物相容性碳纤维提前经过水溶性胶预处理，提高材料使用过程中在水中的散开程度；
[0060] 生物相容性碳纤维编织膜长宽分别为2m和1.8m，浸泡入公司独创的复合微生物菌剂(禹灵菌BRT净水剂)中浸泡72小时；
[0061] 按照重量比为1.5∶10准备丝瓜瓤或椰棕丝和椰糠，形成纤维素种植基质待用；
[0062] 沉水植物品种之一选择菹草，初期植物高度为30cm；
[0063] 沉水植物品种之二选择金鱼藻、初期植物种植高度为35cm；
[0064] 将纤维素种植基质包裹沉水植物根系，其中基质重量约为10g，菹草每个种植单元数量为6株；
[0065] 将纤维素种植基质包裹沉水植物根系，其中基质重量约为15g，轮叶黑藻每个种植单元数量为10株；
[0066] 将生物相容性碳纤维编织膜顶端用卷轴浮筒固定，首次种植时尾端预留2层固定单元；
[0067] 透明度等级为II级，将菹草种植单元放置于第2层固定单元中，将金鱼藻种植单元放置于第1层固定单元中；
[0068] 整个实施水域范围内，按照上述方法安装200套种植装置；
[0069] 两周后水体透明度提升到35cm，菹草植株平均高度增长6cm，金鱼藻植株平均高度增长5cm。透明度改善量加植株高度变化量达到15～16cm；
[0070] 通过卷轴浮筒装置下调碳纤维编织膜尾端悬停深度至60cm；
[0071] 补充种植第3层单元，按照上述方法，将菹草种植单元放置于第3层固定单元；
[0072] 两周后按照上述方法，通过卷轴浮筒装置下调碳纤维编织膜尾端悬停深度至100cm；
[0073] 补充种植第4、5层单元，按照上述方法，将菹草种植单元放置于第5层固定单元，[0074] 将金鱼藻种植单元放置于第4层固定单元；
[0075] 生物相容性碳纤维编织膜材料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有机物、氮磷营养物质；
[0076] 待水体透明度达到100cm时，补充第6、7、8层单元，按照016所述方法，全部放置金鱼藻种植单元，其中所选植株高度约为50cm；
[0077] 撤离浮筒装置，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2
被覆盖面积约为720m，覆盖率达到72％；
[0078] 通过对实施水域内底泥污染状况进行分析监测，底泥中总有机质含量降低33.7％，颜色有褐色逐步转变为灰褐色；
[0079] 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47.5％，生物丰富度改善46.9％；
[0080] 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；
[0081] 在生物相容性碳纤维编织膜引导下的沉水植被快速构建装置与方法应用过程中，45天内基本恢复了以菹草和金鱼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。
[0082] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0083] 此外，应当理解，虽然本
说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
