一种促进受污染低透明度水体沉水植物生长的方法及装置

摘要

本发明公开了一种加速受污染低透明度水体沉水植物生长的方法。本发明通过导光技术进行补给和调节低透明度水体中的光照强度来加强沉水植物光合作用，来促进沉水植物的生长。具体步骤为利用特制的采光装置将太阳光收集后，通过导光管传输到水下，经漫反射装置将太阳光均匀散射，满足水下的沉水植物对太阳光的需求，维持光合作用的生理需要，解决了污染水体中低透明度对于沉水植物恢复和生长的限制作用，促进沉水植物净化能力发挥。

说明书

技术领域

本发明属于环境生态工程领域，尤其是涉及一种加速受污染低透明度水体沉水植物生长的方法及装置。

背景技术

自工业革命以来，环境日趋严重。由生活污水、生活垃圾、工业废水引发的河道黑臭问题、水体富营养化问题导致水生植物特别是沉水植物的衰退和消失普遍发生。

受污染水体修复问题迫在眉睫。目前治理方式主要有：物理修复、化学修复和生物生态修复。物理修复法主要是指通过清淤引水、机械除藻等措施来排除水中的污染物。但是此方法需要大量人力物理，费用高，且只能暂时解决河道污染河道，不能从根本上解决河道污染问题。化学修复方法利用化学药剂的化学和物化作用，将污染物转换为另一物相。但是此方法未从根本上消除污染物，而且加入的药剂对水体易造成二次污染。以环境友好、生态节能为特点的生物修复方式则是利用特定的生物(植物、微生物或原生动物)吸收、转化、清除或降解水环境污染物，实现水环境净化、生态效应恢复的措施。备受青睐。水生植物的恢复重现作为有效的低投入高回报的治理方式已经成为受污染水体富营养化治理的关键。

光照是沉水植物生长的限制性因子，而且决定了沉水植物在水下的光合作用和分布情况。受污染低透明度水体的消光作用抑制了沉水植物的生物量及密度。光照对于水生植物生长的重要性不言而喻，只有在光照、温度、营养物质充足的情况下才能促使沉水植物快速生长。然而受污染低透明水体如黑臭河道水质条件恶劣，光照条件匮乏，影响了沉水植物对光的吸收和利用，不利于水生植物的生长，从而无法达到治理净化水质的目的。因此，如何给受污染低透明度水体补给光照成为沉水植物生长的难点。

发明内容

本发明的目的是设计一种通过特制的导光管采光装置加速低受污染低透明度水体沉水植物生长的方法，就是将水体上方的光照传输至河道黑暗水体中，为其沉水植物补给充足的光照条件，从而使沉水植物在光照充足的水体中大量繁殖。这样，所传输到水体中的太阳光不仅为水生植物光合作用的提供光照条件，而且能够使水体储藏热能来提高水温。补给的光照和温度，以及原有的营养物质保证水生植物的光合作用正常进行。

为了达到上述目的，本发明提出了一种加速低透明度水体沉水植物生长的采光装置，包括：一贯穿地设置在浮板上的导光管，所述导光管的顶端设有采光罩，所述导光管的底端设置有漫射器；所述浮板为密度小于水体的平板，所述浮板的底部连接有至少一个密度大于水体的沉子。

本发明提出的所述采光装置中，所述采光罩为半球形，直径为30-80cm，采用光学级PC材质制成。

本发明提出的所述采光装置中，所述导光管为筒状结构，可调节入水深度，直径为30-80cm，高度为50-150cm。

本发明提出的所述采光装置中，进一步包括设置在所述导光管旁的照度计。

本发明提出的所述采光装置中，所述照度计包括数字显示器、探头；所述数字显示器固定在浮板上，所述探头位于水下沉水植物顶部，所述数字显示器用于显示所述探头所探测到的水下光照强度，可调节导光管入水深度，从而满足沉水植物生长所需的光照强度。

本发明提出的所述采光装置中，所述数字显示器具有供电模块，所述供电模块为太阳能供电器。

本发明还提出了一种利用所述调光装置的加速低透明度水体沉水植物生长的方法，包括：

取样调查，分析目标污染水体的沉水植物的最适光照条件以及其光补偿点数据；

在目标污染水体内放置所述采光装置，利用所述采光装置将水体表面的太阳光传输至水面以下的昏暗水体中，为其沉水植物补给充足的光照条件；

测量并调整水体内的光照强度，从而使沉水植物在光照最适宜的条件下生长。

本发明的有益效果在于：

本发明采光装置无需电力，利用太阳光照明，不存在电力隐患，是一项简便，高效，绿色，环保，可持续的工程。采光装置可装光量调节器，可根据所需治理的黑臭河道的实际情况(水质状况、深度、沉水植物特性等等)的需要进行光量调节。

附图说明

图1为导光管采光装置的结构示意图；

图2为导光管采光装置的原理图；

图中，1为导光管采光装置，2为采光罩，3为导光管，4为漫射器，5为浮板，6为沉子，71为数字显示器，72为探头。导光管采光装置的采光罩内径尺寸为D，导光管高度为H。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

如图1所示，本发明加速低透明度水体沉水植物生长的采光装置包括：一贯穿地设置在浮板5上的导光管3，导光管3的顶端设有采光罩2，导光管3的底端设置有漫射器4；浮板5为密度小于水体的平板，浮板5的底部连接有至少一个密度大于水体的沉子6。

本发明提出的采光装置中，采光罩2为半球形，直径为30-80cm，为光学级PC材质，全透明采光技术使得该装置无论是雾霾天、阴雨天，都可以高效的收集自然光。

本发明提出的采光装置中，导光管3为筒状结构，直径为30-80cm，高度为50-150cm。

本发明提出的采光装置中，浮板5为直径为0.5m的球形塑料泡沫，沉子6为单重为5kg的水泥砌块，浮板5和沉子6的数量由河道水体流速大小决定。

本发明优选实施例中，在导光管3旁进一步设置照度计，照度计包括数字显示器71、探头72；数字显示器71固定在浮板5上，探头72位于水下沉水植物顶部，数字显示器71用于显示探头72所探测到的水下光照强度，可调节导光管3入水深度，从而满足沉水植物生长所需的光照强度。其中，数字显示器具有供电模块，供电模块为太阳能供电器，可提供数字显示器和探头工作所需的电能。

本发明加速受污染低透明度水体沉水植物生长的方法具体实施步骤如下：

1)将目标受污染低透明度水体的沉水植物取样至实验室，设定不同的光照条件观察其生长情况，分析其最适宜生长的光照条件。

2)在目标受污染低透明度水体内放置特制的导光管采光装置，将水体上方的光照传输至下部黑暗水体中，为其沉水植物补给充足的光照条件。

3)对水体内光照度进行调节，从而使沉水植物在光照最适宜的水体中迅速生长。

以下为本发明的一个具体应用实施例。

在本发明的一个实施例中，实验地点为浙江某农村鱼塘。水域面积约为2000m²，平均水深15m。由于该鱼塘接纳周边居民生活和工业污水、垃圾，造成水体黑臭，已经不适合水生生物生存，沉水植物(水草)严重退化，其初级生产力约为42gC/m2/y。3月将鱼塘内的水草取样至实验室，设定不同的光照条件观察其生长情况，发现水草在800umol/m2/s的光强下光合能力最强，生长最为迅速。

9月，在鱼塘内放置特制的导光管采光装置，导光管采光装置1为筒状结构，主要由采光罩2、导光管3、漫射器4、照度计构成。采光罩2为半球形，直径为50cm，为光学级PC材质；导光管3直径为50cm,高度为120cm。在采光罩2四周悬挂挂10个直径为0.5m的塑料泡沫浮板5，导光管3底部两侧连接4个单重5kg的水泥沉子6，调整浮板5和沉子6使导光管采光装置1装置垂直竖立于水中并保持位置固定。开启导光管采光装置1，将鱼塘上方的光照传输至黑暗水体中，为水草补给充足的光照条件。

利用照度计将水体内光照强度设置为800umol/m²/s。定期定点测量鱼塘内的初级生产力。导光管采光装置1连续运行7d后，发现水草初级生产力显著提高，达780gC/m²/y。装置连续运行14d后，水草初级生产力达1000gC/m2/y。然后将导光管采光装置1挪到另一位置。2014年12月，测得鱼塘水质指标达地表水标准Ⅳ类，水质一直保持稳定。池塘周围无臭味，水体清澈。池塘水质已可以恢复养鱼。可见，利用这一装置和方法可有效加速受污染低透明度水体沉水植物生长。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。