一种智能控制的促进海洋固着生物诱导与生长的装置的制作方法

本发明涉及诱导海洋固着生物附着、修复生态环境的技术，尤其涉及一种智能控制的促进海洋固着生物诱导与生长的装置。

背景技术：

由于我国沿海地区近几十年的经济快速发展，且发展方式粗放、不注重环境保护；同时大量的生活污水、工业废水直接排放入海，造成沿海生态大规模破坏，已对我国海岸经济进一步发展形成制约。同时大规模建设的海洋混凝土工程及防波堤使本就脆弱的海洋生态系统进一步破坏。若不立即采取必要的生态环境的保护措施，未来的损失将会十分巨大。同时随着经济的进一步发展，人们更是喜欢良好的生态环境。同时21世纪以来，全球工业化发展迅猛，化石燃料消耗巨大，热带雨林等植被被大量砍伐，导致全球二氧化碳排放量急剧上升，温室效应加剧，气候变暖，使得大量二氧化碳溶解于占据十分之七地球表面的海水中，进而加速了海洋酸化的进程。因此，改善和修复目前沿海生态环境是非常迫切的。

目前国内外从不同离子、水泥种类、钙类物质、底质颜色和底质粗糙度等对牡蛎附着方面开展了研究，简要介绍如下：

离子：目前深入研究的有k⁺、nh4⁺、ca²⁺和cu²⁺，其中k⁺、nh4⁺和ca²⁺对牡蛎的附着或变态具有促进作用，而cu²⁺作用不明显且在浓度大时会对幼虫造成死亡。但是由于实施起来难度大或者成本较高一般不适用于实际海洋混凝土工程中。水泥种类：混凝土作为海洋固着生物附着的底质材料在当下使用非常普遍，虽然有采用新制作的混凝土构件、废弃的混凝土等作为一些牡蛎礁修复工程的修复底物，但是效果并不理想。这是由于目前硅酸盐水泥混凝土在海洋混凝土工程中应用较为普遍，但其高碱度会较大程度的抑制混凝土表面固着生物附着生长。而采用碱度较低的水泥配制混凝土对于提高对碱敏感的生物量(主要为海洋植物)具有较大作用，对于提高牡蛎的附着量和附着密度作用较小。钙类物质：有效诱导牡蛎幼虫附着最常用的含钙底物是石灰石和混凝土。通过实验，得出相同条件下牛骨粉对牡蛎幼虫附着的诱导能力强于碳酸钙，而碳酸钙与硫酸钙诱导能力几乎相等。颜色：在海域温度较低的情况下，深色的底质对于牡蛎有着促进生长的作用。国内的相关研究表明牡蛎幼虫在一定程度上会对颜色有选择性。粗糙度：粗糙度对海洋固着生物幼虫附着研究结果不一致。在保证其余条件不变的前提下，相对于光滑面，牡蛎、藤壶幼虫更倾向于附着于粗糙面上。然而在一些其他研究上发现，粗糙度并没有明显改变幼虫的附着情况。

为修复沿海生态环境，cn111264427a中公开了一种海洋工程的建造方法，尽管其能使牡蛎幼虫快速、致密地附着于混凝土表面，进而在达到提高海洋混凝土工程的耐久性基本目标的前提下，同时利用牡蛎作为“海洋生态工程师”的特点，提高固定碳元素的能力、降低水体污染和底质污染、改善海洋生态环境。但是该发明能够顺利实施的前提条件是海洋混凝土工程建造海域的理化环境适宜牡蛎的生长发育。即cn111264427a不能克服部分海域因海洋酸化导致的ph值低，ca²⁺等离子量不足，牡蛎生存环境差的问题，在应用领域有明显的限制。

另外cn111302727a中公开了一种服役的防波堤水下区生态化修复方法，该方法是在已经服役的海洋混凝土工程表面进行清洁工作后，再在其表面涂抹用于海洋工程表面诱导固着生物的水泥基涂料，进而达到诱导牡蛎快速致密地附着于已服役海洋工程表面的效果，同时通过定期监测该区域的浮游生物、营养物质与ca²⁺，配备了可自动控制的营养桶，丰富浮游生物的量，并给牡蛎的生长提供钙离子的支持。但仍存在营养桶中的营养物质在投放到海域内易随海水的流动而流失，同时营养桶中的物质的离子不够全面，且没有放置中和酸化海水的物质，特别是其释放速率不容易控制。因此，不能克服部分海域因海洋酸化导致的ph值低，牡蛎生存环境差的问题。

cn111302727a对于局部工程区域可能存在的牡蛎附着量少，但是生态环境整体尚可的情况，没有进一步的处理方案，若按照cn111302727a中的方法重新在这些区域混凝土工程或者岩石上涂抹涂料，则需耗费大量的时间、人力及资金，且这样会先破坏局部海洋环境的生态系统，等牡蛎大量附着，吸引其它生物附着，生态的修复需要较长时间。以及对于局部工程区域海洋生态缓慢退化的情况，仍存在技术缺口。

总之，目前虽然进行了上述的研究，如采用生物钙、无机钙、深色物质和其它离子掺入到混凝土和涂料中进行海洋固着生物诱导附着，实现其在混凝土工程上面附着，实现混凝土工程的高耐久性和生态修复的目的。但是，对于当地海域生态较好，没必要全部进行重建的情况，可以通过适当的改变局部海域的离子，增加牡蛎的附着量，促进牡蛎后期增长，重构完整生态系统的环境的技术还不足。特别是利用智能监测技术，精确控制离子的释放速率方面。但是由于涉及到海洋生物、海洋微生物、海洋化学、传感器和自动控制等相关学科的知识，学科方向差异大，需要多学科专业技术人员协同合作，才能解决诸多的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决目前对于当地海域生态较好，没必要全部进行重建生态环境的情况，可以通过适当地改变局部海域的离子和营养物质的情况下，增加牡蛎的附着量，重构完整生态系统的环境的技术，目前还没有可实时监测海水中相关参数，并及时调整海水的ph值、离子等技术，本发明提供一种智能控制的促进海洋固着生物诱导与生长的装置。

本发明的目的是这样实现的：本发明通过使用诱导与营养物质储物仓，其中物质浸出的离子和有机物质诱导牡蛎幼虫附着、变态，并为后期牡蛎的生长提供必需物质；同时通过漂浮装置、固定装置保证诱导与营养物质储物仓处在适宜的位置，并通过传感系统来监测海水的相关参数，以及用自动控制电路来控制诱导与营养物质储物仓室门的开关，改善海洋生态环境并进行生态修复。

本发明包括诱导与营养物质储物仓、漂浮装置、固定装置、自动控制电路和传感系统，漂浮装置设置在固定装置上，诱导与营养物质储存仓设置在固定装置下方并可沿着固定装置移动；所述自动控制电路为根据实际海洋环境与固着生物对多种离子的需求，设定控制参数，自动控制诱导与营养物质储物仓的仓室门的开关；所述传感系统设置在诱导与营养物质储物仓底部或者海底部，是用来监测该区域的ph值、温度、溶解氧、盐度、钙离子。

所述的诱导与营养物质储物仓可以是一个储存多种材料的综合性储物仓，也可以是每一种材料单独储存的储料仓，并设置开关装置。诱导与营养物质放置于一个100目～800目的网筛中。

优选的，当为一个储料仓时，诱导与营养物质储物仓内包括生物钙粉、碳酸钙粉、微量元素和轻质材料，生物钙粉、碳酸钙粉、微量元素和轻质材料中重量比例是1:0.5～1.5:0.05～0.2:0.3～1.0；当为多个储料仓时，生物钙粉、碳酸钙粉、微量元素分别放在不同的仓室内，生物钙粉、碳酸钙粉、微量元素与轻质材料的比例为：1:0.2～1.5。并采用适量的胶凝材料或者树脂进行粘结，保证遇海水不塌方，且具有大的孔隙通道，保证各种离子、有机物等渗出速率快。

优选的，所述的诱导与营养物质，生物钙粉为20目到1000目间的鸡蛋壳粉、珊瑚粉、牡蛎壳粉、鱼骨粉，其直接使用或者采用以下酸进行处理，包括乙酸、醋酸、硅酸、亚硫酸中的一种或两种；碳酸钙粉为细度大于20目的石灰岩、大理石、文石、石灰华粉末，以及轻质碳酸钙、活性碳酸钙、碳酸钙晶须和超细轻质碳酸钙中的一种或几种；微量元素为锌、铁、钾和磷，其为天然矿物、工业产品，包括硫酸锌、磷酸钙、磷酸锌、硫酸钾、硝酸钾、硫酸铁、硝酸铵、磷酸钾、磷酸铵、磷酸铁中一种或多种，并对其进行改性，使之实现相应离子的缓释。

优选的，所述的漂浮装置，为塑料或者不锈钢的浮球或浮体，能承受下面诱导与营养物仓室的荷载，并能固定到期望的位置。

优选的，所述的固定装置，分为两种，一种为将浮球或浮体与诱导与营养物仓室连接部分，可以为高韧性的尼龙、纤维增强树脂材料、棕绳、以及不锈钢的连接件；另一种为：水平固定装置与浮球或浮体相连，其为吊车(移动装置)提供轨道，其由耐腐蚀杆件及螺栓组装而成，其可为不锈钢、高强、高韧的尼龙中的一种或者多种组合。

优选的，所述的自动控制电路为根据实际海洋环境与固着生物对多种离子的需求，设定控制参数，自动控制仓室门的开关。

优选的，所述的传感系统是用来监测该区域的ph值、温度、溶解氧、盐度、钙离子。

本发明通过传感系统感知该区域的海水中离子含量、ph值、溶解氧和温度，考虑不同时期牡蛎对最适环境的要求，设定控制参数；通过控制单元(自动控制电路)进行诱导物质仓室的开关，调节海水的各项理化指标，最终实现牡蛎在该位置处的最佳生活条件，促进海洋固着生物的早期附着和后期的生长。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中的智能控制海洋固着生物诱导与营养物质供给装置，通过在其仓室中放置不同的诱导和营养物质，为海洋固着生物早期附着提供钙离子、hco3-和有机物质等，同时为后期的生长提供ca²⁺、p元素和hco3-等；通过控制仓室门的开关，控制营养物质的浸泡液的精准释放，并结合多个传感器监测结果，实时开启和关闭仓室门，达到固着生物生长不同阶段的最优控制。促进设备安置海域微环境的改善，吸引更多的牡蛎幼虫附着、生长，进而使其它海洋生物聚集，构建新型生态海域；解决局部海域海水酸化导致的ph值低、污染严重、牡蛎生存环境差的问题，并同步修复局部海域生态环境。特别是适用于一些生态环境污染较小、正在生态退化的海洋环境，从而降低生态退化速率，直至生态环境的改善。

附图说明

图1是本发明的实施例1装置示意图；

图2是本发明的实施例2装置示意图；

图3是本发明的实施例3装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

以下实例是用于说明但不局限于这三种关于智能控制的促进海洋固着生物诱导与生长的装置的实施方式。

实施例1：

(1)海域状况的调研：调查该海域中的牡蛎附着状况，找到牡蛎附着状况不佳的区域，并且查阅该海域各个季度气候及营养盐浓度的变化规律；

(2)安装浮体：将4块尺寸为1000×1000×300mm的长方体塑料浮体1运输到步骤(1)所找到的牡蛎附着状况不佳的区域，并如图1所示摆放在海面上，用锚8固定住。

(3)安装轨道和控制系统：将预制的不锈钢轨道2如图所示呈现“日”形固定在四个浮体1上，并将装有营养物质的5个储存仓5悬于中部轨道2的吊车3上，使其可以来回游动。

(4)安装传感器：如图所示在海底间隔适当距离布置好离子传感器6及ph值传感器7，并将传感器通过电缆4与控制器相连，以更好地调节各个区域的营养盐浓度。

实施例2：

(1)海域状况的调研：调查该海域中的牡蛎附着状况，找到牡蛎附着状况不佳的区域，并且查阅该海域各个季度气候及营养盐浓度的变化规律；

(2)安装浮体：将4块尺寸为1000×1000×300mm的长方体塑料浮体1运输到步骤(1)所找到的牡蛎附着状况不佳的区域，并如图所示摆放在海面上，用锚8固定住。

(3)安装轨道：将预制的不锈钢轨道2如图2所示呈现“日”形固定在四个浮体1上；

(4)安装传感器：如图所示在5个储存仓5底面布置好离子传感器6及ph值传感器7。

(5)储物仓的安装：将装有营养物质的5个储存仓5悬挂于中部轨道2的吊车3上，使其可以来回游动，并将传感器与控制器相连，以更好地调节各个区域的营养盐浓度。

实施例3：

(1)海域状况的调研：调查该海域中的牡蛎附着状况，找到牡蛎附着状况不佳的区域，并且查阅该海域各个季度气候及营养盐浓度的变化规律；

(2)安装浮体：将6块尺寸为1000×1000×300mm的长方体塑料浮体1运输到步骤(1)所找到的牡蛎附着状况不佳的区域，并如图3所示摆放在海面上，用锚8固定住。

(3)安装储存仓及传感器：如图所示在每个浮体1底面悬挂一个多种诱导物质混合的储存仓5，并在储存仓5底面布置好多元传感器9(包括离子传感器与温度传感器)及ph值传感器7，同时将传感器与其控制器相连，以更好地调节各个区域的营养盐浓度。

与文件1(一种海洋生态工程建造方法2019cn111264427a)相比，其采用生物钙、无机钙、深色物质和其它离子掺入到混凝土和涂料中的方法进行海洋固着生物诱导附着，实现其在混凝土工程上面附着，实现混凝土工程的高耐久性和生态修复的目的。

而本发明采用改性的牛骨粉、生物碳酸钙粉、无机碳酸钙粉和微量元素掺入到多孔材料中，保证其能够为牡蛎附着和后期生长提供必要的离子和有机物质，并具有生态友好性；通过增加智能控制的储物仓的开关，实现释放离子的速率可控，且可持续释放出诱导牡蛎附着的离子和为后期牡蛎的生长提供ca²⁺、hco3-、p元素、zn²⁺等，释放的离子等控制精准，为其它海洋生物提供栖息地，改善海域生态环境。

文件1中的方法，其效果主要用于刚建造完成后的海洋固着生物诱导附着与促进生长，而本发明既可以用于海洋混凝土工程服役初期诱导牡蛎幼虫附着及促进其后期成长，也可用于已服役海洋混凝土工程局部牡蛎附着不致密的情景，装置的智能控制可以保证该部分海域的ca²⁺、hco3-、p元素和zn²⁺保持在一个适宜牡蛎幼虫附着和后期生长的水平。

与文件2(一种服役的防波堤水下区生态化修复方法2019cn111302727a)相比，文件2既需要对已服役的海洋混凝土工程表面进行清理，还需将诱导牡蛎附着的涂料抹在所清洁的表面上，同时又需要每隔一段距离合理密置特制的牡蛎附着基。同时通过定期监测该区域的浮游生物、营养物质与ca²⁺，配备了可自动控制的营养桶，丰富浮游生物的量，并给牡蛎的生长提供钙离子的支持。但存在营养桶中的营养物质在直接投放到海域内易随海水的流动而流失，同时营养桶中的物质的离子不够全面，且没有放置中和酸化海水的物质，特别是其释放速率不容易控制。因此，不能克服部分海域因海洋酸化导致的ph值低，牡蛎生存环境差的问题。本发明的区别在于将缓释型的诱导与营养物质一直放置在储物仓中，诱导与营养物质不易流失且同时释放出的溶解性的物质，更易控制；诱导与营养物质中含有的碳酸钙和生物钙粉，以及胶凝材料可以改善海水酸化问题；同时本发明中的储物仓开关灵活且更换方便，其中储存仓表面营养盐浓度高，可以防止牡蛎等固着生物的附着，保证其在海洋环境下的适用性；本发明根据不同的牡蛎附着丰度，设计合理的缓释型诱导材料悬浮于待改善的海域，吸引牡蛎在该海域附着，进而针对性地对局部污染、以及生态退化的海洋生态环境进行修复。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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