技术领域
[0001] 本
发明属于水上耕作与
水体生态修复领域。涉及一种网架平台式水上森林、花园、果园构建方法，用于水上耕作平台构建，起到水质
净化与生态修复的作用，同时解决沿
海水乡耕地受限的问题。
背景技术
[0002] 地球总表面积的71％为水域，包括海洋、江河、湖泊、山塘、内河、人工河等，29％为陆地，当前农业生产主要应用陆地中的部份耕地。作为自然界的这种水陆比例，造就了相对平衡的地球
生态系统，对于
气候及生态的调节，水域起到了极为重要的保护作用。对水域的开发与利用大多涉足
水产养殖产业，水上种植一直没有被人们重视与利用。水上种植也叫水上耕作，人类文明史上曾经存在的阿克特兹文明应该说是水上耕作的鼻祖，该文明出现在14世纪的古墨西哥，当时阿兹特克人被驱赶到没有土地的
沼泽湖泊区域 (特诺奇蒂特兰城湖的沼泽岸边)，没有耕地，为了解决食物供应，它们智慧地发明了浮筏栽培，它们利用手头的材料如蒲草和芦苇制作的木筏，用坚韧的
植物根系
捆扎秸秆于一起以增加浮
力，再用湖底打捞的
污泥作为培养土，土里含有丰富的有机物及矿质元素，为水上种植提供了养料，蔬果树木的根系穿透筏底又形成了特有的水根，可以吸收湖水的肥水，对湖水又起到净化作用，水根也为鱼提供栖息产卵场所，构建一个完美的水陆复合生态系统。还有当今的菲律宾及印尼，曾有农民在水域中围成岛式的耕作农场，利用水域的冲积物作
肥料，进行耕作。
[0003] 随着
水培技术的普及与发展，目前采用
泡沫板等作为漂浮物进行水上种植一些草花或者空心菜者，大有存在。也有台湾用组件式的塑料浮体种植草花构建水上景观。也有水体修复技术中的植生浮岛模式，采用棕椰基质结合 PVC管作浮体，构建水上植生生态。利用浮岛
植物修复水体及重构水域生态系统。
[0004] 但上述的方式方法与模式，大都限于栽培小株型的植物，如
农作物、花草或水生植物，没有种植高大的木立式的树木与果树。而且耕作平台的构建规模小、成本高，作为生态修复功能的同化
生物量也小，与高大的树木或果树类相比，低矮植物的生物转化能力及生态修复能力弱。而且上述一些传统方法建设周期长，建成后抗
风浪能力差，而且是全
覆盖挡光浮体，影响阳光入射水体，对水体原生态中
微生物及藻类的滋生繁殖造成较大影响。采用网架平台，除了树木与果树光合利用吸收阻挡部份阳光外，散漏的漫射光照常散射入水，对水体原生态影响小。植生浮岛或者漂浮栽培，适合品种范围小，大多数为适水性强的水生或沼泽植物或者草花。
[0005] 果树生产是当前农耕的主要种植业之一，基本限于耕地与坡地的开发利用，没有突破耕地及
土壤的局限。土耕栽培围绕土壤形成中耕除草
施肥灌溉等田间作业，占去了果树生产大部份劳动力投入，而且遇到旱季，一些没有灌溉条件的山坡果园，就面临旱灾危害。另外，对于耕地少而且
地下水位高的沿海水乡，耕作只限于稻作浅根作物与蔬菜的生产，限制了水乡地区木本果树产业的发展。
发明内容
[0006] 本发明目的是针对当前水上耕作品种单一、构建耕作平台投资大工艺繁琐、水体修复的生物转化率低，水乡发展果业受限于耕地等问题提出，提供一种网架平台式水上森林或果园构建方法，实现高效快速低成本高强度的水上耕作平台建设。
[0007] 本发明的技术方案是,网架平台式水上森林或花果园构建方法,其特征是，包括以下步骤：
[0008] a拟地球生态学原理，对于非富营养化用于水上景观打造的水体，可以利用地球生态学原理来确定水上森林或果园的建设面积。地球的水域面积占总表面积71％，陆地29％的比例，以此来确定需修复与建设水体的水上森林或花果园面积，较为符合审美及生态平衡原则。或者按照建设需要灵活确定水上森林或果园的面积。
[0009] b采用CAD
软件设计出拟定面积的圆盘式网架平台，平台采用空间
桁架结构，由上层三
角结构，中间空间桁架，下层蜂窝结构及加固结构四层组成。并且对线条进行标注，制作出装配图。
[0010] c选择20#或25#热
镀锌管材为平台建造材料，利用冲床按照设计计算的材料清单进行加工，材料长度误差控制在0.5-1毫米范围，以材料的孔中距计。
[0011] d按照施工图进行网架平台的装配，网架平台装配完成后，按照拟定的平台所需排水量进行化工桶浮体的安装，把化工桶浮体均匀紧固安装于网架平台受力
节点处。
[0012] e选择塑料桶、
铁桶或者美植袋作为种植树木及果树的栽培容器，于容器内装填陶粒或者碎石(豌豆大小)作为基质，按照树体的大小确定种植容器的排列间距。种植布局按照平台的圆盘形态作环状布局。
[0013] f利用PVC管或胶管作为灌溉管，环状铺设于栽培容器上方，并于每定植容器处扎孔作为灌溉孔。或者也可以作环状布设于平台上，于每定植容器处作出出毛管灌溉。
[0014] g把布设好的灌溉管一并接入灌溉主管，主管上安装动力水
泵，从水体中下层水域中抽水灌溉，经由灌溉后，每定植容器底处的回流口直接回流至水体构建
水循环系统。
[0015] h水泵动力采用
太阳能水泵，实现漂浮条件下的离网供电。
[0016] i对于流动的水体，还需为网架平台沉坠固定锚。可重力沉于水底或固锚于岸边。
[0017] j陶粒培或碎石培的技术与常规树木及果树的定植技术相同，不同之处在于该方式为
无土栽培，为了促进定植后水根的快速形成，需对定植的树苗进行根系重短截
修剪，通过重短剪根系以刺激新根形成。
[0018] k对于清洁度较好的水体一般建设水上森林，种植景林景观树种或经济林树种，如果对于富营养化的水体可以种植果树，但对于有重金属污染的水体最好选择能生物富集
固化吸收重
金属离子的树种，起到生态修复作用。
[0019] l在栽培过程中，如发现树木或果树生长缺素，可以于栽培容器基质的表面撒施海带粉或者石头粉，以解决微量元素不足问题。
[0020] 本发明有益效果是，
[0021] 1采用盘圆网架构建技术作为水上森林与果园耕作的平台，具有成本低，组装快捷，适合大小不同规模的水上耕作平台应用，特别是大平台的建设，这种组件化的网架装配方式更具成本与效率优势。
[0022] 2圆盘式网架平台，阳光照常洒落至水体，具良好的透光性，大面积的水上耕作覆盖时，对水下生态影响较小。
[0023] 3利用化工桶作为
浮力支撑，具成本低，构建方便优势，可因平台承重排水量大小灵活增添与减少化工桶数量，方便调节调控。
[0024] 4采用网上平台构建水上森林与花果园，具有耕地再造，充分利用水乡水域资源，解决耕地少的问题。另外漂浮的水上森林或果园生态，具
孤岛效应，可以起到生态隔断的效果，减少陆地许多病虫害迁飞入侵的途径。
[0025] 5应用碎石与陶粒作为基质，一可减免
杂草滋生，二具永久而良好的透气性，三可以为有益微生物的滋生创造巨大的表面积，形成过滤高效且无堵塞过载现象，陶粒或碎石可控制杂草滋生，达到免中耕与肥水保障的免施肥效果。利用水体水循环灌溉后，基质及根系发挥出强大的物理与生物过滤功能，特别是好
氧的陶粒或碎石基质环境，为滤化污染物的矿化分解再利用创造的良好的氧气条件，比漂浮及植生浮岛系统具更佳的滤化净化矿化功能。
[0026] 6利用无动力太阳能水泵结合循环灌溉系统，让一些受污染的死水潭变成循环流动的活水，并通过循环大大增加水中溶氧，有利于水体生态的自净与自修复。
[0027] 7采有大生物量的树木与果树作为水上耕作的植物，比传统以草本低矮植物为主体的漂浮及植生浮岛设计，更具生物同化能力，过滤与净化水质的能力更强，而且发挥着多年生的长期滤化作用。大生物量的树木及果树引入水上生态系统，为其它生物及生态的多样化重构建设了更大的栖息共生空间，有利于水上生态平衡及
生物多样性的修复。
[0028] 8利用网平台构建的庞大水上耕作系统，具有随水位浮沉及消波去浪的作用，有利于水体涌流的稳定，为水下生态系统中鱼虾及软体动物的滋生繁荣创造稳定的水域环境。
[0029] 9对于污染水体的处理，可以利用一些速生树木对重金属的生物转化功效，起到污染水域的生态治理效果，对于一些养殖的富营养化水域，通过树木及果树的生物滤化，与水体养殖的鱼虾之间形成良好的协同共生关系，既净化了水质又增加了果园及经济树木的收入。
[0030] 10利用基质培耕作与水体之间分离，采用水循环独立灌溉设计，实现了所有树木果树及植物都可以水上栽培的效果，而且与漂浮栽培及植生浮岛相比，这种容器基质培还可以结合石头粉或海带粉的微肥补充施入，解决传统浮体栽培经常存在的缺素生长不良问题。
附图说明
[0031] 图1是本发明所述的拟地球生态学原理所指的水陆面积比例图；
[0032] 图2a、图2b、图2c、图2d、图2e是本发明所述的网架平台CAD设计图及装配图；
[0033] 图3是本发明所述的网架平台式水上森林或花果园构建方法中拧螺杆装配操作；
[0034] 图4是本发明所述的网架平台式水上森林或花果园构建方法化工桶浮体示意图；
[0035] 图5是本发明所述的网架平台式水上森林或花果园构建方法中栽培容器布局示意图；
[0036] 图6是本发明所述的网架平台式水上森林或花果园构建方法中栽培基质及灌溉系统示意图；
[0037] 图7是本发明所述的网架平台式水上森林或花果园构建方法中太阳能水泵示意图；
[0038] 图8是本发明所述的网架平台式水上森林或花果园构建方法中根系短截修剪示意图；
[0039] 图9是本发明所述的网架平台式水上森林或花果园构建方法中圆盘平台的坠锚与拉锚固定示意图；
[0040] 图10是采用该发明构建的200平方米网架平台照片；
[0041] 图11a、图11b、图11c、图11d、图11e是本发明所述的706平方米网架平台构建的CAD设计图及装配图；
[0042] 图12是本发明所述的构建706平方米网架平台式水上果园示意图；
[0043] 图13是本发明所述的构建网架平台式水上材用(薪用)林示意图。
具体实施方式
[0044] 下面结合附图对发明的优选
实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0045] 本发明的网架平台式水上森林或花果园构建方法，包括以下几个方面的步骤：
[0046] a、拟地球生态学原理，对于非富营养化用于水上景观打造的水体，可以用地球生态学原理来确定水上森林或果园的建设面积。地球的水域面积占总表面积71％，陆地29％的比例，以此来确定需修复与建设水体的水上森林或果园面积，较为符合审美及生态平衡原则。或者按照建设需要灵活确定水上森林或果园的面积。
[0047] b、采用CAD软件设计出拟定面积的圆盘式网架平台，平台采用空间桁架结构，由上层三角结构，中间空间桁架，下层蜂窝结构及加固结构四层组成。并且对线条进行标注，制作出装配图。
[0048] c、选择20#或25#热镀锌管材为平台建造材料，利用冲床按照设计计算的材料清单进行加工，材料长度误差控制在0.5-1毫米范围，以材料的孔中距计。
[0049] d、按照施工图进行网架平台的装配，网架平台装配完成后，按照拟定的平台所需排水量进行化工桶浮体的安装，把化工桶浮体均匀紧固安装于网架平台受力节点处。
[0050] e、选择塑料桶、铁桶或者美植袋作为种植树木及果树的栽培容器，于容器内装填陶粒或者碎石(豌豆大小)作为基质，按照树体的大小确定种植容器的排列距离。种植布局安照平台的圆盘形态作环状布局。
[0051] f、利用PVC管或胶管作为灌溉管，环状架设于栽培容器上方，并于每定植容器处扎孔作为灌溉孔。或者也可以作环状布设于平台上，于每定植容器处作毛管引出灌溉。
[0052] g、把布设好的灌溉管一并接入灌溉主管，主管上安装动力水泵，从水体中抽水灌溉，经由灌溉后，每定植容器底处的回流口直接回流回水体构建水循环系统。
[0053] h、水泵动力采用太阳能水泵，实现漂浮条件下的离网供电。
[0054] i、对于流动的水体，还需为网架平台沉坠固定锚。可重力沉于水底也可以固锚于岸边。
[0055] j、陶粒培或碎石培的技术与常规树木及果树的定植技术相同，不同之处在于该方式为无土栽培，为了促进定植后水根的快速形成，需对定植的树苗进行根系重短截修剪，通过短剪根系刺激新根形成。
[0056] k、对于清洁度较好的水体一般建设水上森林，种植景林景观树种或经济林树种，如果对于富营养化的水体可以种植果树，但对于有重金属污染的水体最好选择能固化吸收重金属离子的树种，起到生态修复作用。
[0057] l、在栽培过程中，如发现树木或果树缺素，可以于容器基质的表面施放海带粉或者石头粉，解决微量元素不足问题。
[0058] 步骤a所述的拟地球生态原则，是仿自然生态的理论比例，具体应用时以该比例为
基础可进行灵活调整，但对于非污染富营养化的水体，采用该比例更符合生态平衡要求。
[0059] 步骤b所述的圆盘式网架平台，其圆盘形设计更符合整体张拉力与平衡力原理，能使圆盘更具承重性与抗风浪能力，同时创造相同面积的水上耕作平台，圆盘形最省材料。
[0060] 步骤d中所述的装配，是按照装配图从圆盘中心为始点，逐层依次往
外圈扩散式装配，装配方法采用电动
扳手进行拧螺丝的方式安装，如果建设的圆盘平台小而岸边空间大条件
许可情况下，可以于岸边安装完毕后再搬移下水，如果岸边空间小而水体水又较深情况下，可以于岸边边安装边固定化工桶浮体，让平台可浮动旋转，人员可以于岸边安装，即转动安装节点方式，这样可以不下水就可以安装完毕。
[0061] 步骤d中所述平台所需排水量，就是指平台
钢构重量+容器袋基质重量+ 长成植物的预设重量，建造时浮体的排水量重量以上述总重要的一倍来规划化工桶的数量。
[0062] 步骤e所述的栽培容器，适用于当前所有能用于树木及果树栽培的容器，包括断根容器、铁桶、塑料桶、栽培箱、土工布材质的美植袋等。容器内填充的基质包括陶粒及碎石以外的惰性材料基质。
[0063] 步骤h所述的离网供电，通常采用太阳能板或与
风能发电结合，离网供电无需外部电源接入，一是适合平台的浮动漂移，二是无电源线接入，用电较为安全。
[0064] 步骤j中所述的果树的重短截修根，常规土壤栽培一般只修剪去过长根与损伤根，而重短截修根指短截原根长1/3-1/2以上的修根方式。利用植物的补偿生长机制，促发新根，促发的新根更适合于无土栽培的高湿度基质环境。
[0065] 步骤k所述的富营养化水，通指水产养殖水体或者只受生活
废水污染的水体，而所述的重金属污染水体，通指有工业污水排放的水体。
[0066] 步骤l所述海带粉或者石头粉，通常用于
饲料添加的海带颗粒，石头粉通常指石材加工厂下脚料粉沫、
火山灰或麦饭石粉。
[0067] 而本发明的网架平台式水上森林与花果园构建方法，是利用太阳能水泵灌溉水体水，容器种植部份与水域水体相对分离，不存在传统漂浮或浮岛方式根系入水后的缺氧问题，所以本发明几乎适合所有的植物的水上种植，但为了获取最大的生物转化率与水体修复能力，该发明选择长周期大生物量的树木与果树作为栽培主体，这些植物耐肥性好，对水体水域的营养要求程度不高，不管是清澈水或者富营养化水都能正常的生长发育。
[0068] 采用网架平台式水上森林及果园的构建技术，可以大大拓宽耕作空间，而且让水体生态得以修复，同时也起到了生态景观再造的效果。
[0069] 实施例1
[0070] 200平方米的网架平台式水上紫薇花园的构建，如图10
[0071] 1)该水体为本地某村的一个山塘水体，水体大多为山体沟壑水汇流而成，为实现水体净化达到清澈见底的观光要求，拟采用网架平台式水上花园技术方案实施。该水体面积约为700平方米左右，按照地球水陆生态比例的拟自然原理，如图1，确定构建200平方米的水上花园，花园的品种以速生紫薇为主，达到快速净化又能美化水体的效果。
[0072] 2)采用CAD软件，绘制圆盘式空间桁架式的三角网架结构图，结构图由上层的三角结构，中层的空间桁结构，下层的蜂窝结构及加固结构组成，空间桁架厚为0.5米。200平方米的网架钢构圆盘直径为16米，按照同心圆六等分发散的设计方式构建三维的CAD模型图,如图2-a，再按照CAD图标注出由数字代码组成的装配图,如图2-b、图2-c、图2-d、图2-e，一组相同数据用一个数字代码编号标注。
[0073] 3)按照CAD图
整理出下表材料加工清单，平台的建造材料选择20-25# 热镀锌管，管壁厚为1.7-2.0mm，采用冲床
冲压的方式加工，加工的
精度即每
根管材的长度以孔中距计，确保误差控制在0.5-1mm范围，冲压的孔径为 8.8mm，冲压好的材料按材料清单上的编号进行编码标注。
[0074]
[0075] 4)按照装配图进行拧螺杆装配，如图3，装配所需的螺杆1、
垫片2及螺帽3得选择防锈处理的热镀锌，按图纸从圆盘的中心节点处开始，逐圈向外扩展式安装。如果水体岸边有足够的空旷地可以于陆地安装，安装好后搬挪下水，但大多数情况下，还在采用安装人员岸边施工，采用边转动圆盘边安装节点的方式进行，要轻松转动圆盘必须在安装安成部份时就给固定上化工桶浮体，利用浮体的浮力就可以轻松转动，这是水上圆盘施工安装最为简易的方法。
[0076] 5)化工桶是圆盘水体的浮力设施，如图4，一个圆盘安装多少化工桶4，通过圆周盘重量、栽培容器及基质重量、估计长成后树体的重量，三者相加则为承重排水量，均匀布设的化工桶总排水量至少超过承重排水量，一般以超过0.5-1倍来估算。化工桶采用钢丝索捆绑的方式固定于网架平台钢架的节点上为宜。
[0077] 6)栽培容器的布设，如图5，栽培容器5可以采用塑料断根容器，也可以采用铁桶或塑料桶改良制作而成，或者采用当前较为通用的土工布材质制作的美植袋。栽培容器的大小因拟栽培树木或果树的树型大小而定，以直径 40厘米，高度60厘米的容器为宜，该规格适合大多数的树木花卉或果树。栽培容器一般固定于网架平台的受力节点处，或者先于放置容器处铺设板材或网材再把容器固定其上。布设的间距一般以上层网架节点间距为宜，树体大的可以间隔一节点摆放一栽培容器。200平方米圆盘估计可布设栽培容器120 个。
[0078] 7)基质选择，如图6，基质一般采用碎石6或陶粒填充栽培容器，这两种基质不会老化，空隙度大，长周期的树木花卉与果树种植后，不会出现滤化过载。基质一般填充至容器高的3/4处，这些大颗粒的惰性基质也不会有淋溶物质释出污染水体，滤化的有机物堆积在透气良好的陶粒或碎石基质中能充分高效的发挥
发酵及矿化功能，使生态修复及水质净化功能得以高效发挥。
[0079] 8)安装太阳能水泵及循环灌溉系统，如图7，循环灌溉系统由太阳能发电板7、水泵8及灌溉管道9组成，太阳能水泵无需外界
电网接入，在任何地方都可以构建与运行。
管道系统分灌溉支管与供水主管，灌溉管采用 25#PVC管作环状布设，铺设于定植容器的基质表面，于每容器定植处，进行管上扎孔作为
滴灌孔，环绕布设的灌溉管道统一接入供水主管
10，供水主管连接至水泵出水口。水泵的进水端接抽水的进水管，进水管直接深入至水体的中下层水域中，由此形成太阳能驱动的循环灌溉系统，当太阳照射系统就自动运行，周而复始的循环，水体水经由基质及根系的滤化与吸收后，由栽培容器底处的排水孔直接回落至水体。
[0080] 9)植株处理及定植，用于水循环的陶粒或碎石培，在这种环境下植物的根系发育更接近于水根根系，是阶于水根与陆根之间的根系形态。所以在树苗或花苗移植定植时，先对根系进行重度短截修剪，一般以原根长1/2-1/3 的修剪量为宜，如图8，通过修剪快速刺激新根的形成，适应新栽培环境。
[0081] 10)网架平台固定，如图9，如相对平静的水体，可以让建好的圆盘平台自由漂移，对于流动的水体，可以采用沉重物坠锚11或者用拉钢丝把圆盘牵拉锚12固定于岸边，具体可以因地制宜实施固定方式。
[0082] 实施例2
[0083] 706平方米网架平台式水上果园的构建，如图12
[0084] 与实施例1不同之处在网架平
台面积更大及实施的水体水质不同，适合于富营养化的生活废水排放污染水体或者是水产养殖水体，该两类水体富含氮磷
钾等营养盐，但没有重金属污染适合种植可供食物需求的水果，建设水上果园，既净化水质又拓展果树生产的水上空间，解决水乡耕地少果园建设土地受限问题。果树的水上耕作，除了大量元素的需求外，对于微量元素的营养需求比景观花卉植物要求更高，得增加微量元素的补充，采用海带粉与
矿石粉施入栽培容器的方法解决。
[0085] 与实施例1不同之处还在于装配图不同及材料清单不同，706平方米网架平台CAD图及装配图，如图11，图11-a为整体CAD图，图11-b为平台上层三角网架结构，图11-c为中层的空间桁架结构，图11-d为下层的蜂窝结构，图11-e为加固结构。
[0086] 装配方法及栽培布管等构建技术与实施例1相同。加工清单见下列表。
[0087]
[0088] 实施例3
[0089] 网架平台式水上材用(薪用)林的构建，如图13
[0090] 与实施例1和实施例2不同之处在适用于受工业排放水污染，或其它重金属污染源污染的水体，这种水体不宜生产花卉与果树，只适合于材用林或薪用林类植物的种植，通过水上材用(薪用)林的构建，吸收与同化水体中的重金属，把污染的离子状态重金属通过树木的生物富集，转化为可材用或薪用的生物量而带出水体生态，从而起到生物净化作用。
[0091] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以
权利要求书所限定的保护范围为准。
