一种沉水植物模块化定植复合体

技术领域

本发明涉及河湖生态修复技术领域，特别是涉及一种沉水植物模块化定植复合体。

背景技术

随着中国工业化进程的不断加快以及化肥的持续过量使用，国内湖泊等水体的富营养化问题日益加剧。富营养化水体中存在大量的氮和磷等营养物质，致使水体的透明度降低、溶解氧含量下降、生境急剧恶化，导致部分水生植物、浮游和底栖动物生长受到抑制，进而使水体的生物多样性下降、生态系统功能退化并面临严重威胁。

沉水植物为水生生态系统的重要组成部分，可通过与浮游植物竞争光照和营养物质来净化富营养化水体，并为浮游动物、底栖动物、附生真菌和细菌等提供良好的生长环境，维持水生动物和微生物的多样性，因此，恢复以沉水植物为主的水生植物群落是治理富营养化水体、重建水生生态系统的一项重要措施。

沉水植物的常规定植方式主要有：插秧法和抛洒法，两种方法成功的关键是底泥中植物根系良好发育。大量工程实践发现插秧法只能在水位较低的情况下施工，且成景效果深受水体透明度等各种环境条件的制约。抛洒法使许多植株容易发生迁移，定植率不高，达不到设计密度和成活要求。本发明的沉水植物模块化定植技术借鉴传统草皮的种植特点，在野外工程实施前形成规模化种群，降低对拟修复水体环境和底泥条件的依赖，适应于各类需进行沉水植被恢复的水体，有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种沉水植物模块化定植复合体，以解决上述沉水植物的常规定植方式受环境影响较大和定植率不高的问题，本发明通过前期在温室的统一维护管理对沉水植物种苗进行种植使其根系与人工基质紧密结合形成整体，之后再添加附件形成复合体拼接之后在目标水域安装实施，环境影响较小，定植率较高。

为实现上述目的，本发明提供了一种沉水植物模块化定植复合体，包括多个定植复合体，所述定植复合体包括沉水植物成苗、人工基质、生长基质、配重块和固定柱，所述生长基质设置于所述人工基质底端，所述配重块设置于所述人工基质顶端，所述人工基质上周向开设有多个穿透孔，所述人工基质上还开设有多个种植孔，所述沉水植物成苗的底端穿过所述种植孔后与生长基质相接触，所述固定柱的底端穿过所述人工基质，所述人工基质具有多孔状粗糙表面和具有多孔镂空网状结构的人工草垫。

人工草垫是通过将废坊、椰壳、木屑等材料经过杀菌等无害化处理，通过特殊工艺合成具有生态功能的基材，该基材具有适合植物生长的孔隙率、疏松度和通气性等条件，以及具有保湿和提供养分的生态功能，在土壤-水体的界面，能辅助植物体扎根固定，营造适合微生物生长的生态环境，启动生态系统的长期自我修复功能。人工草垫可以通过直接购买得到。

所述配重块附加在人工基质上，可以在每块人工基质正中心附加一块配重块，配重块为管状密闭结构，长为15cm，管径为4cm，能根据需求填充一定量的水、沙子或者石块从而控制复合体的下沉深度或者悬浮在水体表面。设置配重块，其目的是在该沉水植物模块化定植复合体在安装时可根据需要选择填充物从而根据需要控制其浮于水中或者沉入水体底部。当定植规模较小时或者应用于比较浅比较平静的水域时，可考虑适当减少配重块或者不使用配重块。

连接绳和固定绳均可以采用可降解的尼龙绳。

优选的，沉水植物幼苗穿进所述种植孔，在沉水植物幼苗生长为所述沉水植物成苗后与所述人工基质形成一体结构。

优选的，所述沉水植物幼苗株高为8-10cm，所述沉水植物成苗株高为20cm 以上。

优选的，人工基质为再生材料形成的类土壤结构，含有大量微生物和矿物质。

优选的，所述穿透孔中设置有用于将多个定植复合体拼接起来的连接绳，所述配重块通过固定绳绑在人工基质上。

优选的，所述固定柱为中空结构，所述固定柱中设置有丝杠、滑块、插接杆和限位环，所述丝杠的顶端穿出所述固定柱的顶端，所述滑块套设于所述丝杠的中部，所述丝杠的底端与所述插接杆的顶端相连接，所述插接杆的底端设置有锥形尖头，所述滑块顶端的外壁设置有限位环，所述固定柱的内壁设置有与所述限位环的外壁滑动连接的凹槽，所述滑块底端的外壁设置有多个加固杆，所述加固杆的顶端与所述滑块的外壁铰接，所述加固杆的中部与所述滑块之间设置有弹簧，所述加固杆的底端穿出所述固定柱的底端。

所述固定柱为金属杆，所述固定柱为安装复合体时才使用的配件，用于固定复合体使其免受风浪干扰，在沉水植物定植完成之后可以进行回收。同样的当定植规模较小时或者应用于比较浅比较平静的水域时，可考虑适当减少配重块或者不使用固定柱，同样可以就地取材，使用竹竿或者芦苇杆。

优选的，所述加固杆的底端高于所述锥形尖端的底端。

优选的，所述加固杆的底端从下到上依次设置有倾斜尖端、第一倒刺段和第二倒刺段，所述第一倒刺段设置有多个第一倒刺，所述第二倒刺段设置有多个第二倒刺，所述第一倒刺与所述加固杆之间的夹角小于所述第二倒刺与所述加固杆之间的夹角，所述第一倒刺的长度小于所述第二倒刺的长度。

优选的，所述生长基质为湖泊底泥、黄泥、沙子、目标水域基质中的一种或几种。

所述生长基质的作用是在沉水植物模块化定植复合体生产的过程中为沉水植物提供营养来源促进根系生长固着，同时对目标水域的基质环境进行模拟，使沉水植物提前适应目标水域的基质环境。在条件允许的情况下，可提前采目标水域的基质直接作为生长基质。

一种沉水植物模块化定植复合体的制备方法，包括以下步骤，

(1)准备沉水植物种苗：将沉水植物幼苗浸泡在水中挑选株高为8-10cm 的健壮苦草工程苗作为种苗，随机分组后放在储满清水的水池中备用；

(2)准备生长基质：将各种生长基质按照设定的体积比混匀备用；

(3)准备人工基质：将人工草垫进行裁剪，打孔，形成 50cm*50cm-100cm*100cm大小且具有种植孔和穿透孔的人工基质，种植孔供沉水植物幼苗种植使用，穿透孔用来穿连接绳和固定柱；

(4)将挑选好的沉水植物幼苗通过种植孔种植在准备好的生长基质之上，种植密度为100株/㎡，定期维护；

(5)在沉水植物幼苗的根系通过生根以及生长与人工基质紧密结合之后，将人工基质和沉水植物成苗一起取出，用固定绳将配重块固定在人工基质上，在人工基质的正中心附加一块配重块，叠放起来进行运输；

(6)在目标水域旁边，用连接绳交替穿过人工基质上的穿透孔将多个定植复合体拼装起来形成所需要的大小，然后根据目标水域的状况以及应用需要在配重块中加入合适的填充物同时准备合适数量的固定柱，将固定柱穿过穿透孔；

(7)将拼接好的多个定植复合体移入目标水域，使用固定柱底端穿进目标水域水底将其固定；

(8)在工程施工后固定10-14天，待多个定植复合体上的根系穿过人工基质与目标水域基质结合紧密之后将配重块和固定柱拆除回收。

通过上述技术方法，可显著提高沉水植物的定植率，可有效辅助沉水植物的生根以及根系的生长，减少沉水植物在定植初期上浮以及受风浪扰动的问题，促进沉水植物的定植与生长扩繁。同时人工基质具有多孔状的粗糙表面并富含多种矿质元素，可附着大量微生物，利于沉水植物生长，最终达到改善水体和沉积物理化环境的目的，加快河流湖泊生态系统的恢复和健康发展。

一种沉水植物模块化定植复合体的应用，定植复合体应用于生态修复中。

优选的，所述定植复合体生态修复的水体包括浅水湖泊、湿地、池塘、湖滨带或河道。

因此，本发明采用上述结构的一种沉水植物模块化定植复合体，具有以下有益效果：

1、可显著提高沉水植物的定植率，与传统的扦插法或包种法相比，沉水植物定植率提高了60％以上，减少沉水植物在定植初期上浮以及受风浪扰动的问题，促进沉水植物的定植与生长扩繁。

2、简化沉水植物种植的过程，减少作业时间，减少对景观的干扰，水体环境对定植率影响不大，在不适宜沉水植物生长的生境同样有效。

3、人工基质具有多孔状的粗糙表面并富含多种矿质元素，可附着大量微生物，利于沉水植物生长定植，对底泥和水体中有机质、TP和TN等指标均有一定的去除效果。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明一种沉水植物模块化定植复合体实施例1的人工基质的结构示意图；

图2是本发明一种沉水植物模块化定植复合体实施例1的固定柱的结构示意图；

图3是本发明一种沉水植物模块化定植复合体实施例1的固定柱的放大图；

图4是本发明一种沉水植物模块化定植复合体实施例1的加固杆的结构示意图。

图中：1、沉水植物成苗；2、人工基质；3、生长基质；4、种植孔；5、配重块；6、穿透孔；7、固定柱；8、丝杠；9、滑块；10、插接杆；11、加固杆；12、弹簧；13、限位环；14、凹槽；15、锥形尖端；16、倾斜尖端； 17、第一倒刺；18、第二倒刺。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例1

一种沉水植物模块化定植复合体，包括多个定植复合体，定植复合体包括沉水植物成苗1、人工基质2、生长基质3、配重块5和固定柱7，生长基质3设置于人工基质2底端，配重块5设置于人工基质2顶端，人工基质2 上周向开设有多个穿透孔6，人工基质2上还开设有多个种植孔4，沉水植物成苗1的底端穿过种植孔4后与生长基质3相接触，固定柱7的底端穿过人工基质2，人工基质2具有多孔状粗糙表面和具有多孔镂空网状结构的人工草垫。人工基质2为再生材料形成的类土壤结构，含有大量微生物和矿物质。穿透孔6中设置有用于将多个定植复合体拼接起来的连接绳，配重块5通过固定绳绑在人工基质2上。

沉水植物幼苗穿进种植孔4，在沉水植物幼苗生长为沉水植物成苗1后与人工基质2形成一体结构，通过幼苗的生长填充种植孔4并使其根系与人工基质2相结合形成较为稳定的一体结构。沉水植物幼苗株高为8-10cm，沉水植物成苗1株高为20cm以上。

固定柱7为中空结构，固定柱7中设置有丝杠8、滑块9、插接杆10和限位环13，丝杠8的顶端穿出固定柱7的顶端，滑块9套设于丝杠8的中部，丝杠8的底端与插接杆10的顶端相连接，插接杆10的底端设置有锥形尖头，滑块9顶端的外壁设置有限位环13，固定柱7的内壁设置有与限位环13的外壁滑动连接的凹槽14，滑块9底端的外壁设置有多个加固杆11，加固杆11 的顶端与滑块9的外壁铰接，加固杆11周向均匀分布于滑块9外部，加固杆 11的中部与滑块9之间设置有弹簧12，加固杆11的底端穿出固定柱7的底端。通过固定柱7将人工基质2固定在目标水域中，减小外界环境对定植复合体的影响。

加固杆11的底端高于锥形尖端15的底端，在将固定柱7的底端插进目标水域底部时，锥形尖端15首先穿进水底，然后加固杆11随之穿进水底，多个加固杆11和插接杆10形成锥形，能够加固固定柱7的插接牢固性，即使外界环境风很大，也不影响固定柱7的固定位置，固定柱7不易倾斜。加固杆11的底端从下到上依次设置有倾斜尖端16、第一倒刺17段和第二倒刺 18段，第一倒刺17段设置有多个第一倒刺17，第二倒刺18段设置有多个第二倒刺18，第一倒刺17与加固杆11之间的夹角小于第二倒刺18与加固杆 11之间的夹角，第一倒刺17的长度小于第二倒刺18的长度。倾斜尖端16主要便于加固杆11穿进水底，第一倒刺17和第二倒刺18主要便于插进水底的加固杆11不易受到外界环境的影响，保证即使在风较大的情况也不易出现固定柱7倒塌，加固杆11从水底拔出的情况。

固定柱7的安装过程为：首先将固定柱7的底端穿进穿透孔6中，转动丝杠8使滑块9向水底的方向移动，同时滑块9外部的限位环13在凹槽14 中向下滑动，直至加固杆11的底端伸出固定柱7的底端，此时在弹簧12在压缩状态，加固杆11的底端向远离插接杆10的方向移动，转变为倾斜状态，直至加固杆11的底端略高于锥形尖端15的底端，最后向水底的方向按压固定柱7，使锥形尖端15和加固杆11底端依次穿进水底，固定人工基质2。

实施例2

沉水植物在直径为2m的软性围隔池中的安装方法，包括以下步骤：

(1)准备沉水植物种苗：将沉水植物幼苗浸泡在水中挑选株高为10cm 左右的健壮苦草工程苗作为种苗，随机分组后放在储满清水的水池中备用。

(2)准备生长基质3：将软性围隔池底泥进行烘干、过筛之后备用。

(3)准备人工基质2：将整块的由废纺、椰壳、木屑等材料经过无害化处理，通过特殊工艺合成具有生态功能的人工草垫进行裁剪，打孔，形成 50cm*50cm大小且具有种植孔4和穿透孔6，种植孔4供沉水植物种植使用，穿透孔6用来穿连接绳或者固定柱7。

(4)将挑选好的沉水植物种苗通过人工基质2上的种植孔4进行种植在过筛后的底泥之上，种植密度为100株/㎡，定期维护。

(5)在沉水植物的根系通过生根以及生长与人工基质2紧密结合之后，将人工基质2和沉水植物成苗1一起取出，叠放起来进行运输。

(6)将8块沉水植物模块化定植复合体用连接绳交替穿过人工基质2上的穿透孔6将沉水植物模块化定植复合体拼装起来。

(7)将拼装好的沉水植物模块化定植复合体移入软性围隔池中。

通过上述具体技术措施，沉水植物定植率在98％以上，对水体中TN、TP 去除率提升了25％和15％，对底泥中有机质、TN和TP等指标的去除率分别提高了30％，15％和12％以上。

实施例3

沉水植物模块化定植复合体在泥质水塘的安装方法，包括以下步骤：

(1)准备沉水植物种苗：将沉水植物幼苗浸泡在水中挑选株高为10cm 左右的健壮苦草工程苗作为种苗，随机分组后放在储满清水的水池中备用。

(2)准备生长基质3：将湖泊底泥进行烘干、过筛之后备用。

(3)准备人工基质2：将整块的由废纺、椰壳、木屑等材料经过无害化处理，通过特殊工艺合成具有生态功能的人工草垫进行裁剪，打孔，形成 50cm*50cm大小且具有种植孔4和穿透孔6，种植孔4供沉水植物种植使用，穿透孔6用来穿连接绳或者固定柱7。

(4)将挑选好的沉水植物种苗通过人工基质2上的种植孔4进行种植，种植密度为100株/㎡，定期维护。

(5)在沉水植物的根系通过生根以及生长与人工基质2紧密结合之后，将人工基质2和沉水植物成苗1一起取出，用固定绳绳将配重块5固定在人工基质2上，在人工基质2的正中心附加一块配重块5，叠放起来进行运输。

(6)在水塘旁边，用连接绳交替穿过人工基质2上的穿透孔6将沉水植物模块化定植复合体拼装起来形成所需要的大小。然后根据应用需要在配重块5中加入合适的填充物同时准备合适数量的固定柱7，将固定柱7穿过穿透孔6。

(7)将拼接好的沉水植物模块化定植复合体移入水塘，使用固定柱7插进水塘底部将定植复合体固定。

(8)在工程施工后固定10-14天，待沉水植物模块化定植复合体上的根系穿过人工基质2与水塘底泥结合紧密之后将配重块5和固定柱7拆除回收。

通过上述具体技术措施，沉水植物定植率在95％以上，对水体中TN、TP 去除率提升了20％和12％，对底泥中有机质、TN和TP等指标的去除率分别提高了25％，10％和5％以上。

实施例4

沉水植物模块化定植复合体在含泥沙质基质水域的安装方法，包括以下步骤：

(1)准备沉水植物种苗：将沉水植物幼苗浸泡在水中挑选株高为10cm 左右的健壮苦草工程苗作为种苗，随机分组后放在储满清水的水池中备用。

(2)准备生长基质3：将湖泊底泥进行烘干、过筛之后与沙子混匀之后备用。

(3)准备人工基质2：将整块的由废纺、椰壳、木屑等材料经过无害化处理，通过特殊工艺合成具有生态功能的人工草垫进行裁剪，打孔，形成50cm*50cm大小且具有种植孔4和穿透孔6，种植孔4供沉水植物种植使用，穿透孔6用来穿连接绳或者固定柱7。

(4)将挑选好的沉水植物种苗通过人工基质2上的种植孔4进行种植，种植密度为100株/㎡，定期维护。

(5)在沉水植物的根系通过生根以及生长与人工基质2紧密结合之后，将人工基质2和沉水植物成苗1一起取出，用固定绳将配重块5固定在人工基质2上，在人工基质2的正中心附加一块配重块5，叠放起来进行运输。

(6)在目标水域旁边，用连接绳穿过人工基质2上的穿透孔6将沉水植物模块化定植复合体拼装起来形成所需要的大小。然后根据目标水域的状况以及应用需要在配重块5中加入合适的填充物同时准备合适数量的固定柱7，将固定柱7穿过穿透孔6。

(7)将拼接好的沉水植物模块化定植复合体移入目标水域，使用固定柱 7将其固定。

(8)在工程施工后固定10-14天，待沉水植物模块化定植复合体上的根系穿过人工基质2与目标水域基质结合紧密之后将配重块5和固定柱7拆除回收。

通过上述具体技术措施，沉水植物定植率在75％以上，对水体中TN、TP 去除率提升了30％和20％，对底泥中有机质、TN和TP等指标的去除率分别提高了30％，20％和10％以上。

实施例5

沉水植物模块化定植复合体在复杂基质水域的安装方法，包括以下步骤：

(1)准备沉水植物种苗：将沉水植物幼苗浸泡在水中挑选株高为10cm 左右的健壮苦草工程苗作为种苗，随机分组后放在储满清水的水池中备用。

(2)准备生长基质3：从目标水域采回基质烘干、过筛之后备用。

(3)准备人工基质2：将整块的由废纺、椰壳、木屑等材料经过无害化处理，通过特殊工艺合成具有生态功能的人工草垫进行裁剪，打孔，形成 50cm*50cm大小且具有种植孔4和穿透孔6，种植孔4供沉水植物种植使用，穿透孔6用来穿连接绳或者固定柱7。

(4)将挑选好的沉水植物种苗通过人工基质2上的种植孔4进行种植，种植密度为100株/㎡，定期维护。

(5)在沉水植物的根系通过生根以及生长与人工基质2紧密结合之后，将人工基质2和沉水植物成苗1一起取出，用固定绳将配重块5固定在人工基质2上，在人工基质2的正中心附加一块配重块5，叠放起来进行运输。

(6)在目标水域旁边，用连接绳穿过人工基质2上的穿透孔6将沉水植物模块化定植复合体拼装起来形成所需要的大小。然后根据目标水域的状况以及应用需要在配重块5中加入合适的填充物同时准备合适数量的固定柱7，将固定准穿过穿透孔6。

(7)将拼接好的沉水植物模块化定植复合体移入目标水域，使用固定柱 7将其固定。

(8)在工程施工后固定10-14天，待沉水植物模块化定植复合体上的根系穿过人工基质2与目标水域基质结合紧密之后将配重块5和固定柱7拆除回收。

通过上述具体技术措施，沉水植物定植率在80％以上，对水体中TN、TP 去除率提升了28％和15％，对底泥中有机质、TN和TP等指标的去除率分别提高了25％，10％和10％以上。

表1定植复合体的使用效果

因此，本发明采用上述结构的一种沉水植物模块化定植复合体，将人工基质放置在不同的生长基质之上，然后种植沉水植物幼苗，定期维护，待沉水植物生长稳定之后，加装连接绳和配重块形成复合体，复合体在组装之后可以应用于目标水体，本发明大大简化了沉水植物移栽和定植的步骤，能推动沉水植物在湖泊及河道水生态修复技术的应用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。