一种珊瑚礁的生态修复方法及生长辅助系统

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种珊瑚礁的生态修复方法及生长辅助系统。

背景技术

珊瑚礁是众多珊瑚虫的骨骼在数百年至数千年的生长过程中形成的，珊瑚礁为许多动植物提供了生活环境，对维护海洋生物多样性、保护海岸线生态环境等具有重要意义。然而由于人工开采、过渡捕捞、海水污染等诸多因素的影响，世界各地的珊瑚礁都面临着消亡的危机，亟需通过人为干预对珊瑚礁进行补充恢复。

目前，通常采用人工构建框架的方式进行珊瑚礁修复：使用耐腐蚀材料制成镂空或多孔隙的框架结构，再将制作好的框架投放到适宜珊瑚生长的海底，供珊瑚虫附着、生长和繁殖，从而构建出新的珊瑚礁生态系统。

中国专利CN210470677 U公开了一种多孔稳定生态混凝土珊瑚礁体结构，包括由多个人工礁体组成的礁台，人工礁体为六面体的棱台结构，其中心镂空，侧壁设有多个通孔且设有凹凸不平的附着层，底部设有支撑腿。该人工礁体设置多孔结构并堆叠排布，有利于珊瑚、藻类附着生长。但是混凝土浇筑的结构体积较小，需要非常多的人工礁体才能够形成一定规模的礁台，施工成本较高。并且该人工礁体靠支撑腿插设在海底泥沙中，不适用于硬质的岩石基底，但实际上珊瑚在海底营固着生活，在坚硬的岩石基底上发育较好，因此该人工礁体的适用范围有限，珊瑚礁的修复效果也很有限。

中国专利CN212279453U公开了一种复合型人工珊瑚礁，包括第一培养基体、第二培养基体以及承载架，第一培养基体用于种植珊瑚幼体，第二培养基体用于培养珊瑚成体。该人工珊瑚礁采用复合结构，提高了珊瑚礁的稳定性和抗逆性。但是该人工珊瑚礁需要人工接种珊瑚卵和种植珊瑚成体，建设成本较高、施工复杂；且其仅依靠海水自身为珊瑚提供营养，珊瑚的生长速度较慢，形成规模也较小。

中国专利CN205946901U公开了一种玄武岩纤维制珊瑚礁生态修复多维礁体，包括多边形棱台框架或圆台框架、中心支撑组件和多边形连接体。该多维礁体具有复杂的三维骨架，为珊瑚提供了有效的附着环境。但是由于采用棱台状的结构，为了保证礁体的稳定性，必须搭建大量的支撑杆，这就使得整个礁体的结构复杂、制作难度大、生产成本高。

现有技术中，珊瑚礁的人工修复方法及其生长辅助系统大多存在珊瑚礁生长效率低、框架结构复杂、施工成本高、不适于在坚硬的岩石基底上搭建等中一个或多个问题，因而不适于珊瑚礁的生态修复。

发明内容

本发明所要解决的问题是，克服现有技术的不足，提供一种适于珊瑚礁的生态修复的方法。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种珊瑚礁的生态修复方法，所述方法包括在海底投放珊瑚礁的生长辅助系统，所述生长辅助系统包括用于礁体生长附着的支架，所述支架包括多个直立设置且开口朝下的弧形杆，以及多个沿水平方向设置的环形杆，所述多个弧形杆的顶部相互交叉并连接在一起，所述多个环形杆沿所述的弧形杆的高度方向间隔排布，且每个所述环形杆均与所述的多个弧形杆连接。

根据本发明的一个优选方面，所述支架围设形成一半球形或球冠形的空间。

根据本发明的一个优选方面，所述方法还包括在所述支架上设置用于提供有助于珊瑚虫生长和/或吸引鱼类的营养物质的营养供应装置。

在一些优选实施方式中，所述营养供应装置包括缓释载体及收容在所述缓释载体中的营养物质，所述缓释载体为能够可控地释放所述营养物质的载体。

在一些特别优选的实施方式中，所述的缓释载体由多孔陶瓷材料制成，利用其多孔结构释放所述营养物质。

根据本发明的一个优选方面，所述方法还包括在所述支架上设置沉底装置，所述沉底装置用于使所述生长辅助系统整体沉在海底。

在一些优选实施方式中，所述沉底装置包括多个内部装有填料的重力袋，所述重力袋分为沿所述支架的周向排布的多组，通过所述重力袋的数量和/或布置位置的设置，使整个所述生长辅助系统可沉在海底。

在一些优选实施方式中，每组所述重力袋具有沿竖直方向堆叠设置的多层。

优选地，所述重力袋具有沿竖直方向堆叠设置的2～5层。

在一些优选实施方式中，所述生长辅助系统为工厂预制。

在一些优选实施方式中，所述生长辅助系统为现场制作。

在一些优选实施方式中，所述营养供应装置、所述沉底装置与所述支架可拆卸地连接。

优选地，所述生长辅助系统投放在水深50m以内的浅海海底，进一步优选水深10～40m的海底。

根据本发明的生长辅助系统适于投放在包括砂质、硬质等各类底质的海底。因此，可以将生长辅助系统投入在这些海底处。作为本发明的一个优选实施方案，将生长辅助系统投放于硬质海底，更有利于构建珊瑚礁生态系统。

在一些优选实施方式中，所述方法还包括在所述海底设置固定桩，并将所述支架与所述固定桩连接。进一步优选地，通过绳索将二者绑定。

在另一些优选实施方式中，所述生长辅助系统主要借助自身重量沉在海底，无需另外设置固定桩。

在一些优选实施方式中，所述方法还包括在投放所述生长辅助系统之前，先对待修复的海域进行探测，获取海水盐度、pH、溶解氧浓度、悬浮物浓度、水温、水深、海流情况等信息，从而根据实际情况设置所述生长辅助系统的主要参数，包括整体重量、支架各杆件的数量、尺寸、材质，重力袋的布置方式等，以达到更好的修复效果。

在一些优选实施方式中，所述方法还包括在投放所述生长辅助系统之后，对珊瑚礁的修复效果进行监测。

在一些优选实施方式中，所述方法还包括在投放所述生长辅助系统之后，定期更换或添加营养供应装置中的营养物质，保证该生长辅助系统持久有效的运行。

本发明还提供一种珊瑚礁生长辅助系统，该生长辅助系统包括支架，设置在所述支架上的沉重装置、营养供应装置，所述支架包括多个直立设置且开口朝下的弧形杆，以及多个沿水平方向设置的环形杆，所述多个弧形杆的顶部相互交叉并连接在一起，所述多个环形杆沿所述的弧形杆的高度方向间隔排布，且每个所述环形杆均与所述的多个弧形杆连接；所述营养供应装置包括缓释载体和收容在所述缓释载体中的营养物质，所述缓释载体为能够可控地释放所述营养物质的载体。

所述的支架、沉重装置及营养供应装置的进一步设置如前文以及后续实施方式所描述。

本发明还提供一种珊瑚礁的生长辅助系统的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：

(1)将多个直立设置且开口朝下的弧形杆的顶部相互交叉并连接在一起；

(2)沿所述弧形杆的高度方向间隔设置多个环形杆，每个所述环形杆与所述的多个弧形杆交叉连接，所述弧形杆与环形杆共同构成用于礁体生长附着的支架；

(3)在所述支架上设置营养供应装置，所述营养供应装置包括缓释载体及收容在所述缓释载体中的营养物质，所述缓释载体为能够可控地释放所述营养物质的载体；

(4)在所述支架上设置沉底装置，所述沉底装置用于使所述生长辅助系统整体沉在海底。

优选地，所述弧形杆具有2～6根，所述环形杆具有2～6根。

优选地，所有所述环形杆的轴心线为相互平行的圆形，沿远离所述第一位置的第一方向上，所述圆形的半径依次增大，所有的所述圆形在同一水平面上的投影为同心圆。

在一些优选实施方式中，所述弧形杆沿自身长度方向上间隔地设有多个连接位置，每个所述连接位置处连接有一组所述营养供应装置。

在一些优选实施方式中，所述弧形杆上开设有多个悬挂孔，所述营养供应装置通过悬挂绳悬吊于所述悬挂孔的下方。

在一些优选实施方式中，所述重力袋通过柔性连接件连接在所述弧形杆的下端部，每相邻的两根所述弧形杆之间连接有一组所述柔性连接件，所述柔性连接件朝向远离所述支架的方向弯曲。

在一些优选实施方式中，所有所述重力袋通过连接绳连接在所述支架上，所述重力袋包括袋体和位于所述袋体中的填料，所述袋体上设有穿孔，所述连接绳穿设在所述穿孔中。

在一些优选实施方式中，所述填料包括砾石、砂石。

在一些优选实施方式中，所述袋体为无纺布制成。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比至少具有下列优势：本发明采用全新设计的生长辅助系统来进行珊瑚礁修复，该系统由支架、沉重装置及营养供应装置有机结合构成，其中，支架在构造上采用多根弧形杆和环形杆相互交叉连接，可构成半球形或球冠形的结构，与现有技术采用的结构相比，在同等用材的前提下，稳定性更好，并提供了连接大量沉重装置和营养供应装置的连接位点，而且制作明显更简单；基于该支架结构进一步配置例如由多个重力袋构成的沉重装置，则可以灵活地调整系统整体的重量和稳定性，因而可以适于不同海滩区域的珊瑚礁的构建和修复，而且通过结合沉重装置，使得仅依靠系统自身重量就能够实现稳定处于海底，因而使得在适于珊瑚礁生长的硬质海底中也可以更方便地去进行珊瑚礁的构建和修复，克服传统支架难以稳定放置或虽可以实现稳定放置但造价太高的缺陷；进一步地，由于支架上连接位点多，还可以方便地灵活地设置营养供应装置，有效吸引鱼群，促进珊瑚虫的富集生长。整体上，本发明的珊瑚礁修复方法及生长辅助系统，成本相对较低，加工和使用灵活性高，适用面广，珊瑚礁修复效果好，适于大规模推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。为了观察方便，各附图之间没有按照实际比例设定。

图1为本发明一具体实施例中支架及连接绳的立体结构示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为本实施例中单根弧形杆及营养供应装置的结构示意图；

图4为本实施例中沉底装置的局部结构示意图；

其中：100、支架；1、弧形杆；11、悬挂孔；12、支撑脚；13、固定孔；2、环形杆；3、营养供应装置；31、悬挂绳；4、沉底装置；41、重力袋；411、穿孔；42、连接绳。

具体实施方式

本发明旨在提供一种真正适于珊瑚礁的生态修复的方法，以及一种珊瑚礁生长辅助系统，能够在砂质或硬质等各种基底上均快速有效地构建珊瑚礁生态系统。

本发明主要通过在海底投放珊瑚礁的生长辅助系统来进行珊瑚礁的生态修复，该生长辅助系统包括半球形或球冠形的支架，该支架采用多个弧形杆和多个环形杆相互连接制成，支架上还设置有营养供应装置和沉底装置，使得支架能够稳定地沉在海底，并吸引珊瑚虫、藻类、鱼类、底栖动物等聚集，形成新的珊瑚礁生态群。该方法的具体效果如下：

1、半球形或球冠形的支架结构简单，杆件较少，制作成本低，其具体大小可根据实际需要自由选择制作，支架的稳定性好、强度高，能够抵抗海浪冲击，并且该支架具有较多的交叉结构，能够为珊瑚虫和藻类等生物提供大量的攀附位置，此外镂空的支架结构能够更好地利用浅海区的光照，有利于珊瑚礁的生长；

2、通过在支架上悬挂多个营养供应装置，能够缓慢而持续地向生长辅助系统所在的区域释放营养物质，吸引鱼群和珊瑚虫等聚集，快速有效地构建出珊瑚礁体系，并且该营养供应装置便于拆卸，可根据需要更换或添加营养物质；

3、通过在支架底部连接多个重力袋，使整个生长辅助系统能够稳定地沉在海底，适用于各种底质的海底，即便在坚硬的岩石基底上也同样适用，能够提高珊瑚礁的生态修复效果，同时，层叠的重力袋为底栖动物提供了生存活动空间，进一步增加了珊瑚礁系统的生物多样性，而重力袋中填料的多孔隙结构还能够吸附海水中的污染物质，净化海水，有利于珊瑚虫和其他海洋生物的生长。

下面结合说明书附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

参见图1至图4所示，一种珊瑚礁的生态修复的方法，通过在适宜珊瑚礁生长的海域投放珊瑚礁的生长辅助系统，来快速有效地修复或构建一个新的珊瑚礁生态系统。本方法主要适用于修复浅海珊瑚礁，此类珊瑚礁形成于大陆架的浅水中，水深50m以内，一般在10～40m左右，海水温度较高、透明度高。浅海珊瑚礁以软珊瑚和藻类物质为主构成，藻类与珊瑚虫存在共生关系，例如虫黄藻能够吸收珊瑚虫和鱼类等动物产生的二氧化碳，并为珊瑚虫提供钙质，构成一个相互依存的生态系统。珊瑚和藻类在海底营固着生活，相比于砂质或其他软质基底，许多珊瑚礁在坚硬的岩石基底上发育更好。

参见图1及图2所示，本实施例中，珊瑚礁的生长辅助系统采用如下步骤制成：

(1)将四根形状相同的半圆弧形的弧形杆1的中心位置用紧固件(图中未示出)交叉连接在一起，四根弧形杆1呈“米”字型连接，且所有弧形杆1直立设置且开口朝下；

(2)沿弧形杆1的高度方向间隔设置四个环形杆2，这些环形杆2的轴心线为相互平行的圆形，且这些圆形在同一水平面上的投影为同心圆，四个圆形的半径从上至下依次增大，且每个环形杆2与所有的弧形杆1通过紧固件连接，从而环形杆2与弧形杆1相互连接，构成牢固稳定的半球形的支架100；

(3)在支架100上悬挂多个营养供应装置3，营养供应装置3包括缓释载体、收容于缓释载体中的营养物质，用于提供有助于珊瑚虫生长和吸引鱼类的营养物质，吸引鱼群和珊瑚虫在生长辅助系统的内部和周边聚集；

(4)在支架100的下部设置沉底装置4，用于使整个生长辅助系统能够稳定地沉在海底。

该生长辅助系统可以预先在工厂中制作好，直接运输到待修复的海域进行投放；也可以将各种零件运输到现场，在岸边或水下进行搭建施工。

本实施例中，弧形杆1和环形杆2为金属材料制成的空心杆，弧形杆1的底部为圆锥形的支撑脚12，可以直接插设在砂质的海底，也可以与预埋的海底固定桩连接。紧固件可以采用螺栓、金属丝等常规选择，本发明不作限定。在其他实施例中，弧形杆1和环形杆2可以采用其他耐腐蚀材料制成，各杆件之间也可以通过焊接、胶接等方式固定连接。关于半球形支架100的半径，是根据实际需要而确定的，可以在数十厘米至数米的大范围内选择。实际应用时，可以在海底投放多个支架100，构建大面积的珊瑚礁生态群。

参见图3所示，每根弧形杆1上都开设有多个悬挂孔11，营养供应装置3通过悬挂绳31悬吊在悬挂孔11的下方，悬挂孔11在弧形杆1上对称设置，使得整个支架100上的营养供应装置3均匀分布。

营养供应装置3的缓释载体能够可控地释放营养物质。本实施例中，缓释载体为由多孔陶瓷材料制成的球形的罐体，罐体内部具有相对封闭的容纳空间，营养物质位于该容纳空间中。多孔陶瓷具有稳定的理化性质和良好的生物惰性，能够在海水中长期存放而不造成二次污染，其多孔结构能够使得罐体中的营养物质缓慢地释放到海水中，从而持久地在生长辅助系统所在的区域内提供营养，吸引鱼群和珊瑚虫聚集。营养物质包括含有钙元素的颗粒物，此处为包膜缓释型钙质颗粒，其中包膜材料采用羧甲基纤维素钠，包膜内的含钙物质采用氯化钙和碳酸钙的混合粉末，两者的混合体积比为1:1。包膜缓释型钙质颗粒有利于珊瑚虫的钙化，更高效地促使珊瑚礁生长。营养物质还包括鱼饵，能够吸引鱼群聚集，鱼类能够产生二氧化碳和粪便，有利于藻类等微生物生长，藻类能够与珊瑚虫形成共生体系，共同构建珊瑚礁。

参见图1至图4所示，沉底装置4包括多个连接在支架100上的重力袋41。每个重力袋41包括袋体和装填在袋体中的填料，袋体采用透水透气的无纺布材料制成，填料包括砾石、砂石等高密度材料，本实施例中沉底装置4的总质量约为支架100的2倍。生长辅助系统实际使用时，可以不采用上述支撑脚12的固定方式，而仅依靠重力袋41的重力使生长辅助系统稳定地沉在海底，这样的设计使得生长辅助系统的投放十分方便，不需要人工进入水下施工，更重要的是使得该生长辅助系统适用于软沙或岩石等各种底质，应用范围广。此外，填料的多孔隙结构能够吸附海水中的污染物质，净化海水，有利于珊瑚虫和其他海洋生物的生长。

具体地，每根弧形杆1的两端部均开设有固定孔13，相邻两根弧形杆1的固定孔13之间穿设有一根连接绳42，连接绳42的长度大于两个固定孔13之间的直线距离，从而能够将连接绳42向远离支架100的方向拉出，形成开口向内的U形。本实施例中连接绳42采用尼龙绳。

每个重力袋41上均开设有穿孔411，连接绳42穿设在穿孔411中，从而将多个重力袋41串联在一起。根据需要，重力袋41可以设置沿上下方向堆叠的多层，连接绳42依次穿过各个重力袋41上的穿孔411，将多层重力袋41绑定在一起。

多层的重力袋41随连接绳42布置为U型，围设在支架100的周部，重力袋41围设形成的平面空间大于半球形支架100本身的投影面积，一方面在更大范围内为支架100提供重力稳固，提高支架100抵抗海浪的能力；另一方面，层叠的重力袋41形成了大量的间隙空间，能够为底栖动物提供生存活动场所，吸引底栖动物筑巢，增加珊瑚礁生态系统的生物多样性，更有利于珊瑚礁的修复。

需要说明的是，在投放上述生长辅助系统之前，优选先对待修复海域的总体情况进行探测，获取海水的水温、pH、溶解氧浓度、悬浮物浓度等水质参数，若水质达到海水水质标准(GB3097-1997)四类水标准，则表明该海域适宜珊瑚礁生长，可采用本发明的方法进行珊瑚礁的生态修复。进一步还可获取水深、海水盐度、海流等水文信息，从而设计出支架100的尺寸、结构强度、沉底装置4的重量等参数，并合理规划生长辅助系统的铺设地点、铺设范围、铺设方式等，以达到更好的修复效果。

在投放生长辅助系统之后，可定期添加或更换营养供应装置3中的营养物质，保证其持久有效的运行。此外还可以对珊瑚礁的修复效果进行长期监测，获知本生长辅助系统对珊瑚礁的实际修复效果。主要的监测指标包括珊瑚覆盖率、珊瑚礁鱼类指示种密度、大型底栖动物指示种密度、大型底栖藻类覆盖率等。其中，珊瑚覆盖率是体现珊瑚礁生态系统状况的最主要指标；珊瑚礁鱼类中的蝴蝶鱼、鹦嘴鱼和石斑鱼等对珊瑚礁生态系统有较好的指示作用，其密度在一定程度上指示了珊瑚礁生态系统的健康状况；大型底栖无脊椎动物的密度和大型底栖藻类覆盖率也是珊瑚礁生态系统受损或开始恢复主要特征。

本发明的一个具体应用例如下：

本应用例中的生长辅助系统应用于热带海域，具体设置在靠近岸坡的硬质海底，水深约30～40m。此深度下，支架100所需承受的海水压强约为3.0×10

本应用例中，沉底装置4的总质量约为600kg，重力袋41包括上下堆叠的四层，其中最底层的重力袋41中填充花岗岩，花岗岩的填料密度约为2.67g/cm

采用该生长辅助系统进行珊瑚礁修复的过程如下：

(1)将上述各种结构件和材料，在海滩上或附近处进行组装连接，构成完整的生态生长辅助系统。

(2)在海底预埋多个固定桩；

(3)将生态生长辅助系统投入海底预设位置，并进一步通过绳索将生态生长辅助系统中支架100的底部与固定桩绑定。

后续监测表明，该生态生长辅助系统投入后，在该水深下保持沉底，在水流冲击下保持稳定。约一周后，已可见明显的珊瑚礁的附着和生长；支架100上珊瑚成活率可达90％以上，约一个月后珊瑚生长率可达到0.5～0.8cm/月；三个月后，珊瑚覆盖率达到85％左右。

综上所述，本发明中珊瑚礁的生长辅助系统，制作方法简单，成本较低，采用该生长辅助系统的珊瑚礁生态修复方法，适用范围广，能够高效地修复或构建出新的珊瑚礁生态系统。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。