一种复层水生植物群落系统及低碳型构建方法与流程

1.本发明属于生态环境修复技术领域，尤其是涉及一种可实时维持燃料液面恒定的复层水生植物群落系统及低碳型构建方法。


背景技术：

2.植物修复技术是污染水体修复、水环境质量提升的关键，水生植物群落构建是生态修复工程的重要组成部分。植物修复技术主要利用水生植物和植物根系微生物的吸附、转移和转化作用，降解水中和底泥中的污染物，从而达到净水和底泥修复的目的，具有投入低，对生态环境的扰动小、持续有效时间长、处理污泥量大等特点，不但可以恢复和重建底泥和水体的自然生态功能，而且具有较好的观赏价值和经济价值。根据水生植物生活方式的不同，主要分为以下几类：挺水植物、沉水植物等，其中沉水植物还包括浅水区沉水植物和深水区沉水植物。
3.当前，依赖现有技术虽然可实现对水域植物群落的构建，但依旧存在诸多问题，例如：沉水植物根茎生于泥中，整个植株沉入水中，但由于某些流域存在深水区，沉水植物建植难度极高，且植物整株受水深度影响而隐匿于水中，景观效果大打折扣。同时，深水区由于受水质与深度影响，导致光线无法有效进入水底，致使植物因缺乏光照补给而长势不佳，甚至死亡；深水区水生植物的不当收割将导致根茎叶留在底泥中，富集的污染物质重新释放，会造成环境的二次污染，养护管理难度极大，且养护能耗较高，碳释放量不易有效控制。在水流湍急的水域建立水生植物群落同样面临各项技术难题，急流导致的水流冲击、冲刷会破坏沉水植物与挺水植物的生长载体，冲走浮叶植物，导致水生植物群落成活率低、长势不佳。以上技术难题综合导致了水生植物群落构建效率不高、可持续性不强问题的出现，亟需得到有效解决。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种复层水生植物群落系统及低碳型构建方法，以期至少部分地解决上述部分技术问题的至少之一。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一方面，本发明提供了一种复层水生植物群落系统，包括支撑主轴和两个以上的支撑架，两个以上的支撑架设置于支撑主轴两侧，所述支撑架与支撑主轴之间通过连杆相连；
7.支撑架自上向下设有两层以上的沉水载台，用于栽植浅水区沉水植物和深水区沉水植物；
8.所述支撑主轴的顶部安装用于栽植挺水植物的挺水载台，所述挺水载台的安装高度高于上层沉水载台的高度；
9.所述连杆设置于最下层沉水载台的下方，所述连杆上安装用于为沉水植物补光的补光灯。
10.进一步的，所述支撑架的数量为两个，分别设置于支撑主轴两侧；
11.每个所述支撑架包括多根支撑杆，所述挺水载台和沉水载台均与支撑杆固定连接；多个所述支撑杆之间通过连接件相连，所述连接件设置于沉水载台下方；
12.所述连杆一端与支撑主轴固定连接，另一端与连接件固定连接。
13.进一步的，所述支撑主轴和支撑杆均安装有升降杆，所述升降杆的顶部与支撑主轴或支撑杆的底部相固定；
14.升降杆的底部固定安装固定锥，所述固定锥的底部为锥体结构。
15.进一步的，所述连杆上还安装有光线感应器，所述光线感应器与补光灯电性连接；
16.所述补光灯的数量为一个以上。
17.进一步的，上层的沉水载台为浅水载台，用于栽植浅水区沉水植物；
18.所述浅水载台的上表面中间位置设有底泥承载槽，用于装填底泥，栽植适生于底泥环境下的浅水区沉水植物；
19.所述底泥承载槽的底部开有若干供料孔，所述工料孔连接有供料管，通过所述供料管向底泥承载槽内部输送营养液。
20.进一步的，所述底泥承载槽的两侧各设有一个安装架，每个所述安装架上可安装多个浅水栽植槽，所述安装架在浅水载台的安装位置可调；
21.每个所述安装架包括多个用于栽植浅水区沉水植物的卡槽和两根调节杆，两根调节杆平行设置且中间预留用于放置浅水栽植槽的间隙，卡槽两端与两根调节杆搭接且通过固定扣固定，所述调节杆可滑动地安装于浅水载台上，用于调整卡槽与底泥承载槽之间的间距。
22.进一步的，所述沉水载台还包括一层以上的深水载台，所述深水载台设置于浅水载台的下方；
23.所述深水载台上安装有若干深水栽植槽，所述深水栽植槽上设有若干根系固定孔，所述深水栽植槽用于栽植深水区沉水植物。
24.进一步的，所述挺水载台包括支撑板以及安装于支撑板上方的承载转盘；
25.所述支撑板和承载转盘的中心位置开有与支撑主轴对应的通孔，支撑主轴的上端通过支撑板上的通孔伸至支撑板上方，支撑板与支撑主轴固定连接；
26.所述承载转盘为圆盘，围绕支撑主轴可转动地安装于支撑板的上表面；
27.所述支撑板上还安装有水轮，所述水轮的中心位置设有跟随水轮转动的转轴，转轴端部设有齿轮，转盘的下端面设有与齿轮啮合的齿；
28.所述支撑主轴的上部还固定连接一个以上的支撑副轴，每个所述支撑副轴的上端均可安装挺水载台。
29.进一步的，还包括网格挡板，所述支撑主轴的侧面还固定安装固定杆，所述固定杆的端部焊接收纳槽，所述网格挡板安装于收纳槽内部；
30.所述网格挡板为可伸缩网格挡板。
31.另一方面，本发明提供了一种低碳型构建方法，用于构建上述第一方面所述的复层水生植物群落系统。
32.相对于现有技术，本发明所述的复层水生植物群落系统及低碳型构建方法具有以下优势：
33.(1)基于本发明所述的复层水生植物群落系统，可高效且高质实现对复层水生植物群落的构建，基于深水区的补光灯可有效提供沉水植物的成活率，解决了构建复层水生植物时，成活率低的问题。
34.(2)该系统可适用于深水区、急流区的植物群落构建，高效加固植物生长载体，防护湍急水流对水生植物群落的冲击，智能补给深水区植物光照需求，提升夜间景观效果。
35.(3)该系统可定量定期对沉水植物进行营养补给与修剪维护，防止水体富营养化造成的次生污染。
36.(4)该系统可自动调节水生植物群落在水中的生长位置，植物生长空间可根据植物长势规模自动调整，植物生长可持续性更强。
附图说明
37.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
38.图1为本发明实施例所述的复层水生植物群落系统整体结构示意图；
39.图2为本发明实施例所述的遥控器示意图。
40.附图标记：
41.1、支撑主轴；101、支撑副轴；102、支杆；2、挺水载台；21、支撑板；22、承载转盘；23、水轮；24、齿轮；3、浅水载台；31、底泥承载槽；32、浅水栽植槽；33、固定扣；34、调节杆；4、深水载台；41、深水栽植槽；5、支撑杆；6、连接件；7、升降杆；8、固定锥；9、连杆；10、补光灯；11、光线感应器；12、收纳槽；13、网格挡板；14、复位弹簧；15、遥控器；151、系统开关按钮；152、卡槽位置调节按钮；153、挡板伸缩按钮；154、主副轴升降按钮；155、营养液输送按钮；16、控制器。
具体实施方式
42.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
46.如图1所示，本实施例提供了一种复层水生植物群落系统，包括支撑主轴1和两个以上的支撑架，两个以上的支撑架设置于支撑主轴1两侧，所述支撑架与支撑主轴1之间通过连杆9相连；
47.支撑架自上向下设有两层以上的沉水载台，用于栽植浅水区沉水植物和深水区沉水植物；
48.所述支撑主轴1的顶部安装用于栽植挺水植物的挺水载台2，所述挺水载台2的安装高度高于上层沉水载台的高度；
49.所述连杆9设置于最下层沉水载台的下方，所述连杆9上安装用于为沉水植物补光的补光灯10，补光灯10采用但不限于全光谱补光灯10。
50.基于本发明所述的复层水生植物群落系统，可高效且高质实现对复层水生植物群落的构建，基于深水区的补光灯10可有效提供沉水植物的成活率，解决了构建复层水生植物时，成活率低的问题。
51.优选的，所述支撑架的数量为两个，分别设置于支撑主轴1两侧；
52.每个所述支撑架包括多根支撑杆5，所述挺水载台2和沉水载台均与支撑杆5固定连接；多个所述支撑杆5之间通过连接件6相连，所述连接件6设置于沉水载台下方；
53.所述连杆9一端与支撑主轴1固定连接，另一端与连接件6固定连接。
54.优选的，如图1所示，本技术的支撑架优选采用四根支撑杆5，稳定性更好；相应的，为了配合四根支撑杆5的连接，本实施例中的连接件6采用了十字钢架或x型钢架，四根支撑杆5通过十字钢架或x型钢架连接固定，连杆9的一端与十字钢架或x型钢架的交汇处焊接固定，另一端与支撑主轴1焊接固定。
55.本技术的连杆9至少具有两个作用，其一，用于实现支撑主轴1与支撑架的连接，实现支撑主轴1与至少两个支撑架的一体化连接，形成一个整体，增加了系统结构的稳定性；其二，连杆9还可以用于安装光线感应器11和补光灯10，可实现对深水区光线强度的感应，在强度较低时，光线感应器11可控制补光灯10开启，实现对沉水植物的智能补光。
56.优选的，所述支撑主轴1和支撑杆5均安装有升降杆7，所述升降杆7的顶部与支撑主轴1或支撑杆5的底部相固定；
57.升降杆7的底部固定安装固定锥8，所述固定锥8的底部为锥体结构，便于支撑主轴1和支撑杆5嵌入河道底泥。
58.升降杆7可以用手动升降杆7，例如螺杆，也可以利用电动、气动或液压升降杆7。
59.通过所述升降杆7可实现对系统的高度调控，便于栽植各层的水生植物，也便于后续对水生植物的修剪维护。
60.优选的，为了配合补光灯10，还可在连杆9上安装光线感应器11，所述光线感应器11与补光灯10电性连接；
61.补光灯10不仅可以实现对沉水植物的补光，还可提升夜间景观效果。
62.所述补光灯10的数量为一个以上，用于为两侧的沉水植物补光。
63.优选的，上层的沉水载台为浅水载台3，用于栽植浅水区沉水植物；
64.所述浅水载台3的上表面中间位置设有底泥承载槽31，用于装填底泥，栽植适生于底泥环境下的浅水区沉水植物；
65.所述底泥承载槽31的底部开有若干供料孔，所述工料孔连接有供料管，通过所述供料管向底泥承载槽31内部输送营养液。
66.为了便于后续营养液的输送，本技术优选的在支撑板21的上表面设置存储罐，用于存储营养液，供料管的另一端与存储罐相连通，供料管可配合加装微型输送泵，当需要输送营养液时，可遥控控制微型输送泵工作。
67.优选的，所述底泥承载槽31的两侧各设有一个安装架，每个所述安装架上可安装多个浅水栽植槽32，所述安装架在浅水载台3的安装位置可调；
68.每个所述安装架包括多个用于栽植浅水区沉水植物的卡槽和两根调节杆34，两根调节杆34平行设置且中间预留用于放置浅水栽植槽32的间隙，卡槽两端与两根调节杆34搭接且通过固定扣33固定，所述调节杆34可滑动地安装于浅水载台3上，用于调整卡槽与底泥承载槽31之间的间距，灵活调整水生植物的生长空间。
69.其中，安装架的调整可以人工调整，也可以采用电动、气动、液压等形式调整，例如为调节杆34装配控制其移动的气缸、液压缸等。
70.所述沉水载台还包括一层以上的深水载台4，所述深水载台4设置于浅水载台3的下方；
71.所述深水载台4上安装有若干深水栽植槽41，所述深水栽植槽41上设有若干根系固定孔，所述深水栽植槽41用于栽植深水区沉水植物，通过根系固定孔可增加水生植物在水中的稳定性，防止被水流冲走。
72.优选的，所述挺水载台2包括支撑板21以及安装于支撑板21上方的承载转盘22；
73.所述支撑板21和承载转盘22的中心位置开有与支撑主轴1对应的通孔，支撑主轴1的上端通过支撑板21上的通孔伸至支撑板21上方，支撑板21与支撑主轴1固定连接，如图1所示，在支撑主轴1的侧面焊接固定四根支杆102，用于支撑固定支撑板21；
74.所述承载转盘22为圆盘，围绕支撑主轴1可转动地安装于支撑板21的上表面，承载转盘22的上表面固定安装有用于栽植挺水植物的栽植槽；
75.所述支撑板21上还安装有水轮23，所述水轮23的中心位置设有跟随水轮23转动的转轴，转轴端部设有齿轮24，转盘的下端面设有与齿轮24啮合的齿；当水流流速到达一定阈值时，水轮23会带动齿轮24转动，在啮合的作用下，齿轮24会驱动承载转盘22围绕支撑主轴1转动，使挺水植物更具观赏性。
76.为了实现对承载转盘22的高位限位，在支撑主轴1的顶部还安装有堵头，防止承载转盘22上下晃动。
77.可选的，水轮23可以是水轮23发电机自带的水轮23，在水流的作用下，水轮23不仅可以驱动承载转盘22转动，还可以实现水轮23发电机的发电，电能存储于蓄电池中(蓄电池可安装于支撑板21的上表面)，为整个系统供电。
78.所述支撑主轴1的上部还固定连接一个以上的支撑副轴101，每个所述支撑副轴101的上端均可安装挺水载台2，如图1所示，支撑主轴1的两侧各安装一根支撑副轴101，每个支撑副轴101上端均安装一个挺水载台2，挺水载台2与支撑副轴101的配合方式，与支撑主轴1的配合方式相同。
79.优选的，还包括网格挡板13，网格挡板13设置于系统受水流冲击的一侧，主要用于阻挡水流，降低水流对水生植物的冲击力。所述支撑主轴1的侧面还固定安装固定杆，所述
固定杆的端部焊接收纳槽12，所述网格挡板13安装于收纳槽12内部；
80.所述网格挡板13为可伸缩网格挡板13，可伸缩挡板可以是手动调节，也可以是电动、气动液压等方式调节，网格挡板13包括多级伸缩结构，每级挡板的端部均设有限位的堵头，每级挡板还都设有复位弹簧14，复位弹簧14的一端与堵头相连，另一端与上一级挡板的末端相连，当挡板处于收纳状态，复位弹簧14处于常态，不产生拉力；当挡板展开时，复位弹簧14处于拉伸状态，当挡板卸力后(例如液压伸缩式的挡板泄压时)，复位弹簧14会拉动挡板回缩复位。
81.本系统既可以采用人工控制，也可以采用无线控制。
82.当采用人工控制时，系统中的可调器件，例如升降杆7、安装架、补光灯10、光线感应器11等，以及营养液的输送均需人工控制。
83.当采用无线控制时，可在其中一个支撑板21上安装控制器16，升降杆7、安装架、营养液输送、光线感应器11等均可采用电控或气控、液控等形式，有控制器16进行控制，再为控制器16匹配设置无线遥控器15，由人工控制遥控器15实现对系统的无线控制。
84.当采用无线控制时，系统的蓄电池，可配置太阳能电池板，利用太阳能电池板为蓄电池供电，并且选装的水轮23电动机也可以为实现水势能向电能的转换，为蓄电池供电，节能环保。
85.其中，如图2所示，遥控器15应当至少具有系统开关按钮151、主副轴升降按钮154、卡槽位置调节按钮152、挡板伸缩按钮153、营养液输送按钮155。
86.上述方案所提到的控制器16、遥控器15、升降杆7、安装架的动力装置、光线感应器11、补光灯10均能够利用现有技术实现，各部件的具体方案这里不再赘述。
87.下面结合示例(无线控制)对本发明的内容及工作过程作进一步说明：
88.首先，将整个系统布置在流域河道设计位置，确保水轮23面相水流方向，将支撑主轴1和支撑杆5的固定锥8牢固插入河道底泥中，确保稳固性。开启系统开关，调控支撑主轴1和支撑杆5控制按钮，调整整个系统在水中的位置，使深水平台处于水面位置之上。在深水栽植槽41中栽植沉水植物，调控支撑主轴1和支撑杆5控制按钮，降低整个系统高度，使浅水载台3接近水面处，调控卡槽位置调节按钮152，栽植浅水区沉水植物后，将底泥承载槽31装载适当体积的底泥后，栽植底泥环境适生沉水植物，通过营养液添加口，在营养液储藏罐中添加稀释浓度的营养液，开启营养液输送按钮155，释放少量营养液。调控支撑主轴1和支撑杆5控制按钮，继续调整整个系统在水中的位置，使挺水载台2刚好完全沉没于水面，栽植挺水植物，此时水轮23的下端处于水面以下，可以通过水流带动水轮23转动，在齿轮24与承载转盘22的啮合传动下，从而带动承载转盘22转动，提升水生植物动态景观效果。当水流湍急时，开启挡板伸缩按钮153，展开急流网格挡板13，缓冲急流冲刷。当水体浊度增大及夜晚状态时，光线感应器11控制开启全光谱补光灯10，为深水区植物提供光照补给，同时提升水生植物夜间景观效果。当水生植物生长量大幅度增加后，调控卡槽位置调节按钮152，调整卡槽位置，进而调整浅水栽植槽32的位置，加大安装架与底泥承载槽31之间的间距，增加植物生长空间，同时，调控主副轴升降按钮154，提升整个系统高度，可在水面进行沉水植物修剪作业，防止植物腐烂造成的水体污染。
89.通过该发明中的水生植物群落系统的构建大幅度提升了项目区水生态环境质量，植物群落实现了快速恢复，成活率达到98％，适应性强，生物多样性显著增加，大幅度降低
了人力成本与电力成本，充分响应低碳环保理念，生态效益和经济效益显著。
90.另一方面，本发明提供了一种低碳型构建方法，用于构建上述实施例所述的复层水生植物群落系统。
91.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。