一种温带岩礁基质海草床的移植装置及构建方法

技术领域

本发明涉及海草移植技术领域，特别是涉及一种温带岩礁基质海草床的移植装置及构建方法。

背景技术

虾形草是一类生长在温带太平洋沿岸岩礁基质上的海草类别，包括红纤维虾形草(Phyllospadix iwatensis)、黑纤维虾形草(P.japonicas)、斯考勒虾形草(P.scouler)、齿叶虾形草(P.serrulatus)和托利虾形草(P.torreyi)等5个种类。虾形草通常聚集生长，构成广阔的海草床。海草床与珊瑚礁、红树林并称为三大典型海洋生态系统，具有重要的生态功能和经济价值，能净化水体，稳定底质，同时还是众多海洋动物的食物来源，并为其提供栖息地、产卵场和育幼场。

虾形草生长在近岸岩礁上，底质坚硬且周围水体流速通常较大，根系需要较强的固定能力才能生存，相对于生长在柔软泥质底中的海草，虾形草在形态特征、营养生理等方面有着独特的环境适应力，是近岸岩礁生态系统不可替代的重要生产者，对维持岩礁生态系统的平衡发挥极其重要的生态作用。然而，受人类活动和自然变迁的影响，虾形草的生存受到严重威胁，根据2011年自然保护联盟(IUCN)濒危物种红色名单灭绝风险的分类与评估标准，黑纤维虾形草为濒危种，红纤维虾形草为易危种。

为修复海草床资源，国内外学者提出了一些海草床退化生境恢复技术，包括生境恢复法、植株移植法和种子播种法，主要是将海草植株或种子通过掩埋或借助某种结构(如枚订、框架、沉子等)固定在底泥中，实现海草的修复。然而，目前大部分的海草床修复技术仅适用于生长在水流平缓且底质为柔软泥沙的海草类型，如鳗草等。这些修复技术无法为生长在岩礁上的虾形草提供有效的根部附着力，加之虾形草海草床的水体流速通常较强烈，移植植株或播种种子极易脱落死亡，最终导致修复工作失败。故而，以虾形草为主的温带岩礁基质海草床的构建工作难度极大。

为实现虾形草海草床的修复和构建，国外学者提出了一些适用于虾形草海草床的修复方法和技术，主要是为虾形草种子提供附着基或为移植植株根部提供额外的附着力，使其固定在礁石上，实现虾形草海草床的人工修复。如Holbrook等提出将生长在岩礁上的大型藻类作为虾形草种子的天然附着基，虾形草种子借助自身的倒钩悬挂在大型藻类上，使虾形草种子得以附着；为进一步提高附着效果，Holbrook等又引入尼龙绳和尼龙网作为播种种子和移植植株的人造附着基，将虾形草种子或移植植株夹系在尼龙绳或尼龙网之间，然后将尼龙绳和尼龙网固定在天然礁石上，这种方法进一步增强了虾形草种子和植株的附着效果；Bull等在虾形草植株移植过程中采用粘合剂的方法，将虾形草移植植株固定在天然礁石上，这种方法提高了虾形草移植植株的根部附着力；Park等研发了一种圆台状锚式混凝土构件装置，其上有密布的硬毛刷或螺钉，将构件置于海底，将虾形草种子挂在硬毛刷上，或将移植植株使用绳子捆绑在螺钉上，这种方法拓展了虾形草的构建区域。

上述的各种虾形草海草床人工修复方法中，通过为虾形草种子和移植植株提供天然或人造附着基，并引入粘合剂和物理固定方法，提高了移植植株的附着力，使得温带岩礁基质虾形草海草床的构建成为可能。但采用大型藻类作为附着基存在藻类因季节交替和大型风暴下易衰退和破损脱落的问题，且附着力较小，维持时间较短，无法长久为虾形草提供有效的附着条件。采用尼龙绳和尼龙网等人造附着基虽然不受季节因素影响，与天然藻类附着基相比，能有效提升对虾形草种子和植株的附着效果，但采用夹系的方法使尼龙绳网在水流冲击下来回摆动，容易缠绕虾形草植株，且对夹系部位造成伤损，引起移植植株死亡，导致移植失败，采用尼龙绳和尼龙网夹系固定一般仅能维持3～6个月，移植修复效果一般。采用粘合剂的方法，虽极大提高了虾形草移植植株根部的附着力，同时不会发生缠绕和磨损的问题，但采用粘合剂需要提前对移植区岩礁表面进行清理，去除表面附着的藻类和泥沙，同时礁石表面结构复杂，粘合时操作困难且工作量巨大，另外，同前两种方法一样，该方法只能移植在天然岩礁上，受天然岩礁分布不均和起伏较大的影响，使得虾形草仅能在一定范围内开展小规模移植，不能形成一定规模，导致虾形草生境依然处于破碎化状态，无法实现对虾形草草床的有效恢复。采用圆台状锚式混凝土构件的方法有效克服了因天然岩礁分布不均导致虾形草生境破碎化的问题，但该方法采用了单一构件，且构件呈圆台状，表面光滑，无法多个构件进行组合，仅为移植虾形草移植的种子和植株提供附着基，缺乏有效的种子拦截机制，海草种子易被水流冲走，该方法只保证了移植植株和种子的存活，未考虑到未来海草床的自然扩繁问题，故而该方法虽然在25个月后植株存活率达到70％～98.4％，但未能实现海草床的进一步扩展。

综上可知，目前已知的虾形草海草床修复方法中，还存在移植植株附着效果差、易损伤、受天然礁石分布不均移植范围受限、工作量大和缺乏相关种子拦截机制无法实现虾形草海草床进一步扩繁等问题，使得温带岩礁基生境的海草床修复仅停留在移植阶段，未能考虑到下一步海草床生境的进一步扩展，无法真正实现温带岩礁基质虾形草生境的有效构建和恢复。因此，研发一种能有效固定虾形草移植植株，对移植植株损伤小，不受天然礁石分布限制，能实现对种子的拦截和附着，使海草床不断扩展的方案是实现温带岩礁基质虾形草海草床构建急需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种温带岩礁基质海草床的移植装置及构建方法，以克服温带岩礁基质虾形草海草床构建过程中海草移植植株固定困难、附着力小、对移植植株损伤大、受天然岩礁分布制约、缺乏有效种子拦截装置、不能有效实现虾形草海草床修复等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种温带岩礁基质海草床的移植装置，包括立体构造物，所述立体构造物的顶部开设有平面凹槽，所述平面凹槽内用于粘接固定移植的植株；所述立体构造物的侧面设置有用于与相邻所述立体构造物插接的插接部件；所述立体构造物的下游一侧以可拆卸的方式设置有种子拦截装置。

可选的，所述立体构造物的顶部设置有至少两个吊环。

可选的，所述立体构造物为“H”型混凝土立体构造物，由混凝土和钢筋骨架构建而成；相邻所述“H”型混凝土立体构造物交错摆放，并通过所述“H”型混凝土立体构造物自带的侧边槽口或侧边凸块形成插接，即“H”型混凝土立体构造物一侧的侧边凸块插入相邻的“H”型混凝土立体构造物一侧的侧边槽口内。

可选的，所述种子拦截装置包括麻片和连接于所述麻片的短边两侧的插杆；所述立体构造物的顶面设置有用于插接所述插杆的插孔。

同时，本发明提出一种基于上述移植装置的温带岩礁基质海草床的构建方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：于9月采集天然海区含有完整根毛的健康虾形草植株，海水洗掉泥沙，通过挑选和裁剪，确保植株的根状茎长度不低于2cm，植株的叶片长度在25～30cm之间；

步骤S2：选择水深2～6m的移植海区，移植海区的底质承载力达到移植装置重量的2倍以上，水流速度不大于1.5m/s；

步骤S3：将步骤S1中处理好的形草植株移植到所述平面凹槽内；

步骤S4：投放所述移植装置，并将所述移植装置于步骤S2中选好的海区海底交错摆放；

步骤S5：于虾形草种子成熟前将所述种子拦截装置安装在所述立体构造物的下游一侧，以实现对虾形草种子的拦截作用。

可选的，步骤S3中植株的移植方法如下：使用粘合剂将步骤S1中处理好的形草植株根状茎粘在所述平面凹槽内；植株根状茎末端暴露于粘合剂外部，且暴露长度不少于1cm。

可选的，步骤S3中植株的移植密度为40株/构件，约333株/m

可选的，所述立体构造物为“H”型混凝土立体构造物，步骤S4中“H”型混凝土立体构造物摆放时，确保“H”型混凝土立体构造物的长边一侧与水流方向垂直。

可选的，步骤S4中的“H”型混凝土立体构造物每行每列均交错布置，且沿“H”型混凝土立体构造物长边方向相邻的两“H”型混凝土立体构造物之间，通过侧边槽口或侧边凸块形成插接，即“H”型混凝土立体构造物一侧的侧边凸块插入相邻的“H”型混凝土立体构造物一侧的侧边槽口内。

可选的，所述粘合剂可由水性环氧树脂(双酚A型环氧树脂)、改性胺类固化剂(810水下环氧固化剂)和滑石粉、少量沥青配置而成。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的温带岩礁基质海草床的移植装置和构建方法中，虾形草植株的采集和移植选择在9月，可避开台风季节，降低植株脱落风险，对植株叶片的适宜裁剪可以降低水体对海草的冲击力，减少植株脱落，根状茎长度大于2cm有利于增强移植植株的附着力和提高移植植株的存活率；移植海区深度2～6m，水流流速不大于1.5m/s，可以保证移植植株在获得充足光照的基础上，减小植株脱落的概率；移植装置设置为H型，可以交错摆放，形成统一整体防止发生位移，移植装置顶端凹槽可以减小水流对移植植株根部和叶鞘的冲刷作用，提高存活率，吊环的设置方便移植装置的吊装运输、投放和回收；移植采用粘合剂附着可以极大增强对移植植株根部的附着作用，移植植株根状茎末端应暴露于粘合剂外部，且暴露长度不少于1cm，在保证足够附着力的前提下，使植株根状茎可以继续延伸生长，每个构件中移植40株可以使移植植株共同抵御水流冲击，同时又不会出现对营养盐和光照的过度竞争，可以提高移植植株的存活率并促进移植植株较快生长扩繁；移植装置组合排放有利于移植海草床连结成片，防止生境的破碎化，降低了自然岩礁分布不均带来的限制，装置横向与水流方向垂直有利于增加对虾形草种子的截留面积；种子截留装置可以有效拦截构件内虾形草成熟的种子，麻片为虾形草种子提供附着基，移植装置之间的高低缝隙为虾形草种子第二年的萌发生根提供有效附着基，有利于虾形草海草床的扩繁。

综上所述，本发明不仅能够解决现有移植植株附着力小、易损伤的问题，同时移植装置可以自由组合并插接，有效弥补了天然礁石分布不均，海草床破碎化的缺陷；此外，通过种子拦截装置的设置可实现对虾形草种子的有效拦截，有利于虾形草的自然扩繁，最终实现温带岩礁基质海草床的成功建立，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1为温带岩礁基质海草床的移植装置的结构示意图；

图2为温带岩礁基质海草床的移植装置的主视图；

图3为温带岩礁基质海草床的移植装置的俯视图；

图4为图1中移植装置的组合投放状态示意图；

其中，附图标记为：1.混凝土立体构造物，2.钢筋骨架，3.前肩，4.后肩，5.插孔，6.凹槽，7.钢筋吊环，8.种子拦截装置，9.钢筋杆，10.麻片，11.移植植株，12.粘合剂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种温带岩礁基质海草床的移植装置及构建方法，以克服温带岩礁基质虾形草海草床构建过程中海草移植植株固定困难、附着力小、对移植植株损伤大、受天然岩礁分布制约、缺乏有效种子拦截装置、不能有效实现虾形草海草床修复等问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-4所示，本实施例提供一种混凝土立体构造物1，整体呈“H”型，内含钢筋骨架2，混凝土立体构造物1水平放置，包含左侧的2个前肩3和右侧的2个后肩4。后侧的前肩3和后肩4上各有两个插孔5，插孔5横向排列；混凝土立体构造物1顶端为一个凹槽6，凹槽6外侧四角处各有一个钢筋吊环7，用于吊装运输、投放和回收；种子拦截装置8由2根钢筋杆9和麻片10组成，钢筋杆9底部插入插孔5中，顶部与麻片10两侧短边相连；移植植株11根部通过粘合剂12固定于凹槽6内。

本实施例中，“H”型的混凝土立体构造物1优选高40cm、长100cm、宽60cm；前肩3长30cm、宽20cm，后肩4规格与前肩相同；插孔5直径1cm、深度10cm；凹槽6优选长30cm、宽40cm、深10cm。钢筋吊环7的内径优选为5cm。

本实施例中，钢筋杆9优选长20cm、直径0.8cm，麻片10优选长度35cm，2根钢筋杆9分列麻片10的短边两侧，用棉线将麻片10缝合于钢筋杆9的顶端10cm处。将麻片10展开，于6月虾形草种子成熟前将钢筋杆9底部插入插孔5中，以实现对虾形草种子的拦截作用。

本实施例中，如图4所示，多个混凝土立体构造物1的前肩3和后肩4交错摆放并形成插接，且混凝土立体构造物1的长边一侧与水流流向垂直。

本实施例中，以红纤维虾形草为移植对象为例，对温带岩礁基海草床的构建方法作具体说明：

步骤S1：移植植株采集与移植应在9月初，应使用铁铲或手采集含有完整根毛的健康植株，海水洗掉泥沙，裁剪移植植株根状茎长度大于2cm，裁剪植株叶片长度至25cm；

步骤S2：选择移植海区的水深应为2～6m，底质为岩礁或含有泥沙的岩礁，相对平坦，水流速度应小于1.5m/s；

步骤S3：使用粘合剂将处理好的红纤维虾形草植株根状茎粘在凹槽6内，移植植株根状茎末端应暴露于粘合剂外部，且暴露长度不少于1cm，移植密度优选为40株/构件(333株/m

步骤S4：移植装置投放时，应置于相对平坦的海底，且交错摆放，同时构件长边一侧应与水流方向垂直；

步骤S5：种子拦截装置的安装：将麻片展开，于6月虾形草种子成熟前将钢筋杆9底部插入构件靠近水流下游一侧前、后肩上的插孔5中，麻片拦截成熟脱落的虾形草种子，种子借助倒钩挂于麻片上，约2～3个月后捆绑麻片和钢筋杆的棉线腐烂后，麻片落入移植装置之间的空隙中，种子于第二年开始萌发并扎根于缝隙之中，实现虾形草海草床的扩繁，麻片脱落后应及时回收钢筋杆并用淡水清洗晒干后保存，于下一年种子成熟时继续循环使用。

上述步骤S3中，粘合剂的组成成分优选如下：水性环氧树脂(双酚A型环氧树脂)2份和改性胺类固化剂(810水下环氧固化剂)1份混合，并加入总体积20％的滑石粉和5％的沥青。该粘合剂的制作方式为现有技术，在此不再赘述。

2019年9月，利用本实施例的上述温带岩礁基质海草床的移植装置及构建方法，在山东省荣成市马山里海域投放移植装置30个，移植红纤维虾形草植株1200株，并于次年6月为移植装置安装了种子拦截装置。移植后，于2019年9月至2020年9月，逐月对移植植株的成活，生长情况和种子留存状况进行了监测和分析。结果发现，移植一个月后红纤维虾形草植株的成活率为82.6％，移植1年后植株密度达到最大值，移植装置内平均为74株，植株扩繁效力达到2.26株/株，观察到移植红纤维虾形草植株生长情况良好，侧枝和侧枝苗丛生，基本形成了小型斑块草床。此外，种子拦截装置安装3个月后基本脱落，收集脱落的麻片，并统计其上的红纤维虾形草种子数量，每片麻片平均有3.2粒，每平方米含2片麻片，即平均6.4粒/m

由此可见，本发明的温带岩礁基质海草床的移植装置及构建方法具有如下有益效果：虾形草植株的采集和移植选择在9月，可避开台风季节，降低植株脱落风险，对植株叶片的适宜裁剪可以降低水体对海草的冲击力，减少植株脱落，根状茎长度大于2cm有利于增强移植植株的附着力和提高移植植株的存活率；移植海区深度2～6m，水流流速≦1.5m/s，可以保证移植植株在获得充足光照的基础上，减小植株脱落的概率；移植装置为H型，可以交错摆放，形成统一整体防止发生位移，移植装置顶端凹槽可以减小水流对移植植株根部和叶鞘的冲刷作用，提高存活率，4个钢筋环方便移植装置的吊装运输、投放和回收；移植采用粘合剂附着可以极大增强对移植植株根部的附着作用，移植植株根状茎末端应暴露于粘合剂外部，且暴露长度不少于1cm，在保证足够附着力的前提下，使植株根状茎可以继续延伸生长，每个构件中移植40株可以使移植植株共同抵御水流冲击，同时又不会出现对营养盐和光照的过度竞争，可以提高移植植株的存活率并促进移植植株较快生长扩繁；移植装置组合排放有利于移植海草床连结成片，防止生境的破碎化，降低自然岩礁分布不均带来的限制，装置横向与水流方向垂直有利于增加对虾形草种子的截留面积；种子截留装置可以有效拦截构件内虾形草成熟的种子，麻片为虾形草种子提供附着基，移植装置之间的高低缝隙为虾形草种子第二年的萌发生根提供有效附着基，有利于虾形草海草床的扩繁。

需要说明的是，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。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。