漂浮植物生境的製作方法

2023-12-07 03:43:26 1

專利名稱：漂浮植物生境的製作方法
技術領域：
本發明涉及漂浮植物生境。具體而言，本發明涉及漂浮溼地系統或植物生境。
背景技術：
挺水植物只能在較淺的水中生長，因為這些植物的莖必須能夠從水體底部穿過水柱向上延伸至空氣中。當水深超過某一植物種的最大可能莖長時，該植物將無法在此區域生長。在其它區域，儘管水深合適，但水不夠清澈，因此也會妨礙光線抵達能使植物開始生長的深度。在很多情況下，需要讓挺水植物在過深或過暗而使所述植物無法維持天然生長的水域中生長。漂浮種植器或浮島提供了可使挺水植物在其他不適宜底部著根植物生長的水中生長的方法。
背景技術：
的漂浮種植器通常具有延伸高出水面線的植物生長介質。這並不是自然情況，因為水生植物天然長出的莖通常穿過開敞水體挺出至空氣中。而當水生植物在背景技術的漂浮種植器中生長時，植物莖通過種植器中的生長介質挺出，因此形成了非天然的水生植物生境景觀。除了其非天然景觀外，許多背景技術的漂浮種植器都由比較複雜且昂貴的材料組合構建而成，因而使其產品對於覆蓋數平方英尺的水面這種大規模應用而言太過昂貴。
背景技術：
的特徵請參考美國專利5，224，292號、5，528，856號、5，766，474號、 5，980, 738 號、6，086, 755 號和 6，555，219 號，以及美國專利申請 2003/0051398 號、 2003/0208954號、2005/0183331號；這些專利和專利申請的內容就像在此全部列出那樣以參考的方式引入。

發明內容
本發明克服了背景技術中的非天然景觀及高成本的問題。本發明的優選實施方式提供了使水生植物以其莖從開敞水體中挺出的方式生長的方法，因此可以形成植物的天然景觀。另外，本發明優選實施方式所用的材料和構建方法比較經濟，使得本發明適用於覆蓋大表面積的應用。最後，本發明的優選實施方式提供了水下和凸起的生長地帶的組合，因此本發明精確地模仿了在植被叢生的島嶼群之間的開敞水體中生長的水生植物的天然景觀， 並為有益微生物、昆蟲和其它生物體的群集提供了豐富多樣的生境。本發明具有很多優點。在優選實施方式中，提供了與現有技術的「種植器箱 (planter-box) 」景觀形成鮮明對照的天然溼地景觀，該天然溼地景觀對於裝飾性水景的應用尤為有用。在一個優選實施方式中，本發明對於小規模(25，000平方英尺)的應用均相對廉價、易於構建、且易於安裝。對於大規模應用的適用性使得本發明對於水處理應用尤為有用，在這些應用中，產品的單位成本(美元/平方英尺)必須最小化，以使該技術可與替代處理方法競爭。在優選實施方式中，本發明提供了一個平臺，該平臺被理想放置，可以滿足溼地和兼性溼地植物(乾濕循環皆採納的植物)的光、水和營養要求，並可以使該平臺與更具浮力、凸起更高的浮島協同活動。優選地是，更具浮力且凸起更高的島嶼與水下平臺物理結合。此處所披露的組合提供了至少兩個獨立的植物生境適於溼地植物的水下平臺和適於傳統植物類型的高壟(raised bed)。該寬泛的生長條件會促進生態多樣性和複雜性，無論從審美應用還是水處理應用來看，這都是理想的。在優選實施方式中，本發明提供了低成本的遮蔭來源。它還可以消弱波浪作用。它還可以用適當顏色製成，以吸熱或使吸熱最小化。在優選實施方式中，根據本發明的蓆子需要具備足夠的延展性，以便能在植物的根與之結合之前能夠容納球莖、花壇植物或大粒種子。優選地，此處所披露的基體或蓆子需要具有足夠的硬度，以便防止魚將植物幼苗全部吃掉，同時還應使氣泡和水可以容易經其滲入。優選地，此處所披露的基體可以提供較大的表面積，以便於有益微生物的群集，還可以方便地接受其它基體。島嶼的底部例如優選適於與不合尺寸或整齊的基體塊相連接，這使用戶可以利用廢料提供其它微生物生境，並增加根和植物的保護屏障，使之免受食草的魚的破壞。在優選實施方式中，此處所披露的系統可以方便地獲得任意尺寸的島嶼系統的天然形貌。本發明優選實施方式中的凸起且更具浮力的島嶼是水下平臺的其它條帶的連接點。當位於接縫上方時，其可用於使粘性泡沫將平行的基體條帶固定在一起，同時以理想的程度支持所述條帶。本發明的優選實施方式支持各種類型的植物繁殖，包括在凸起部分上播種、鋪草皮、種植花壇植物和球莖或裸根植物，以及在溼地(水下)部分採取除鋪草皮之外的上述所有植物繁殖方式。
背景技術：
的系統顯然受到更多的限制，它們在漂浮結構上僅支持水培繁殖。除了在偶爾通風的情況下，這在許多天然水體中可能發生也可能不發生，只有溼地植物能在這種水培條件下茁壯成長。本發明的優選實施方式在水面線上提供了間隙氣體空間， 因此，無論水道是否充分通氣，陸生植物都可以茁壯成長。水生植物也可以在浮島上茁壯成長，因為它們的根可以在島嶼內或島嶼下的滲水地帶生長。因此，本發明對於水生和陸生植物的生長皆適用，因為既提供了滲水地帶，又提供了不滲水的地帶。本發明的優選實施方式的一個目標是，為水生(溼地和兼性溼地)植物和陸生植物以及使這些植物具有天然外觀的相關生物體提供豐富多樣且成本較低的生境。本發明的優選實施方式的另一個目標是提供蔭涼以及使池塘的吸熱最小化。本發明的優選實施方式的另一個目標是支持多種方法的植物繁殖。在優選實施方式中，本發明包括由注射有漂浮泡沫的無紡基體構成的島嶼體。該基體優選由具有標準厚度和寬度的聚酯纖維構成，其中所述聚酯纖維相互交纏以形成隨機取向的網幅或「毯子」。優選地，島嶼體的尺寸通過將多塊基體並排和垂直連接在一起確定。在地下水水文學中，含水的地下地帶分為「飽水帶」和不飽水帶或「滲流帶」。飽水帶是位於或低於地下水位的地下區域。當鑽井鑽到飽水帶時，井中的靜止水水位即地下水位。滲流帶是含有一些水但位於飽水帶之上的地下部分。滲流帶中土壤或巖石顆粒之間的孔隙空間含有空氣和水的組合。滲流帶水(或「滲流水」)被吸水力和毛細管力保存在該位置。具體的滲流帶中可保持的最大水量是粒徑和土壤成分形狀的函數。進入滲流帶中的過量的水(例如，來自降雨)會因重力作用通過滲流帶向下排入飽水帶。陸生植物已進化至能夠在滲流帶中茁壯成長，因為它們需要其根能夠攝取水和空氣的生長介質。相反， 水生植物則進化至能在飽水帶中茁壯成長；這些植物的根部周圍不需要充盈空氣的孔隙空間。在此處所披露的浮島實施方式的描述中，申請人使用術語「飽水帶」描述位於島嶼漂浮於其中的水體的水面線之下的島嶼體部分。處於飽水帶中的島嶼體的孔隙空間完全充滿了水。浮島的滲流帶可以從上向下地供水，例如通過降雨來供水。另外，浮島中的滲流帶也可以從底部向上供水，例如通過毛細管作用供水。由於浮島的這種「雙向」供水能力與傳統農業滲流帶中的「僅從上向下」供水不同，因此我們創造了術語「雙滲流」帶來定義浮島中的非飽水帶。雙滲流帶包括島嶼體位於飽水帶上方的潮溼部分。在雙滲流帶中，島嶼體內的孔隙空間含有空氣和水的混合物。雙滲流帶之所以不會被水飽和，是任何因為進入此帶的過量的水因重力作用經纖維向下排出了。在優選實施方式中，本發明是包括下述部分的漂浮生境系統具有上表面的島嶼體，所述島嶼體由注射有漂浮泡沫的無紡基體構成；至少一個安裝在所述上表面上的實心凸起生長區域，所述實心凸起生長區域由注射有漂浮泡沫的無紡基體構成；至少一個安裝在所述上表面上的挖空凸起生長區域，所述挖空凸起生長區域由包圍一部分生長介質的所述無紡基體的外環構成。所述無紡基體優選由相互交纏以形成毯子的纖維構成。所述漂浮泡沫優選是聚氨酯泡沫。優選地，所述漂浮泡沫的密度為1. 0磅/立方英尺 25.0磅/ 立方英尺。所述生長介質優選包括泥炭、表土、親水泡沫，或者這些物質的組合。所述纖維優選是聚酯纖維。優選地，所述纖維的直徑在約6丹尼爾 約300丹尼爾的範圍內。優選將水基膠乳粘合劑烘烤到所述纖維上。優選地，所述無紡基體的厚度約為8英寸。優選地， 所述島嶼體包括氣泡收集區域，該區域的氣泡滲透性低於所述島嶼體其它區域的氣泡滲透性。優選地，所述氣泡收集區域由泥炭或聚乙烯構成。在另一個優選實施方式中，本發明是包括以下部分的漂浮模擬溼地系統正常沉入水中的漂浮植物生境，所述正常沉入水中的植物生境包括第一漂浮毯組件，所述第一漂浮毯組件包括第一無紡席和置於所述第一無紡席中的多個第一漂浮體；至少一個安裝在所述上表面上的第一正常不沉入水中的植物生境，所述至少一個正常不沉入水中的植物生境由第二漂浮毯組件構成，所述第二漂浮毯組件包括第二無紡席和置於所述第二無紡席中的多個第二漂浮體；和至少一個安裝在所述上面表上的第二正常不沉入水中的植物生境，所述至少一個第二正常不沉入水中的植物生境由包圍一部分生長介質的所述無紡席的容器構成。所述無紡席優選由相互交纏以形成毯子的纖維構成。優選地，多個所述漂浮體中的每一個均由聚氨酯泡沫構成。優選地，多個所述漂浮體中的每一個均具有1.0磅/立方英尺 25. 0磅/立方英尺的密度。優選地，所述生長介質選自由泥炭、表土、親水泡沫和這些物質的組合組成的組。所述纖維優選是聚酯纖維。優選地，所述纖維的直徑在約6丹尼爾 約300丹尼爾的範圍內。優選將水基膠乳粘合劑烘烤到所述纖維上。優選地，所述無紡基體的厚度約為8英寸。優選地，所述正常沉入水中的漂浮植物生境包括氣泡收集區域，該區域的氣泡滲透性低於所述正常沉入水中的漂浮植物生境的其它區域的滲透性。優選地，所述氣泡收集區域由泥炭或聚乙烯構成。考慮到附圖和下文的對本發明優選實施方式的描述，本發明的其它方面將變得顯而易見。本領域技術人員會發現，在許多方面對本發明的細節進行修改而不偏離其原理，本發明的其它實施方式也是可能的。因此，可以將下面的附圖及描述理解為是對本質的說明， 而不具有限制性。


參考附圖可以更好地理解本發明的特點，這些

了本發明目前的優選實施方式。圖1是本發明優選實施方式的島嶼體的俯視圖，其中部分種植區域被設計成沉入水面之下。圖2是圖1所示島嶼體的側視截面圖。圖3是部分圖2所示島嶼體的微觀示意圖。附圖標記在附圖中使用以下附圖標記指明本發明的各個部分和環境1實心凸起生長區域，第一正常不沉入水中的植物生境2挖空凸起生長區域，第二正常不沉入水中的植物生境3沉入水中的生長區域，正常沉入水中的植物生境，可沉入水中的生長區域，島嶼體4挺水植物5陸生植物6生長介質7漂浮泡沫8雙滲流帶9反硝化細菌10 氣泡11 (氣泡的)第一部分12根和基體纖維13低滲透性層14 (氣泡的)第二部分15 (氣泡的)第三部分20漂浮生境系統，漂浮模擬溼地系統22 水24 7jC面線26夕卜環
6
28基體，蓆子
具體實施例方式下面參考圖1說明漂浮生境系統20的優選實施方式。實心凸起生長區域1和沉入水中的(或可沉入水中的)生長區域或島嶼體3由無紡聚酯基體的實心塊或注射有漂浮泡沫7的蓆子28 (蓆子28和泡沫7如圖2所示)構成。挖空生長區域2由填充有一部分生長介質6的無紡(例如聚酯)基體外環26構成。生長介質6可以由適合維持植物生長的任何物質構成，例如泥炭、表土、親水泡沫，或者這些物質的組合。在優選實施方式中，基體或蓆子由200丹尼爾的聚酯纖維構成，所述聚酯纖維相互交纏以形成厚度為約1-3/4英寸、寬為56英寸的毯子。基體優選以連續條帶生產，並切割為大約90英尺的長度，以便運輸。優選地，毯子的標稱重量為41盎司/平方碼；毯子內的聚酯纖維的標稱重量為26盎司/平方碼。優選將水基膠乳粘合劑烘烤到纖維上，以提高毯子的硬度和耐用性。可以通過改變構成材料和生產工藝來調整基體的特性。例如，纖維直徑可以在約6 丹尼爾 300丹尼爾的範圍內變化。較粗的纖維會使基體較硬，並且適於微生物聚居的表面積較小，而較細的纖維會使基體較柔韌，並且適於微生物聚居的表面積較大。可以較輕地或較重地施加膠乳粘合劑，以改變基體的耐用性和重量，粘合劑中可以添加染料或顏料，以生成特定的基體顏色。毯子的厚度可以利用適宜的製造技術在約1/4英寸 2英寸的範圍內調整。申請人預計更厚的毯子會在未來面世，當其可得到時可以將這些更厚的毯子(例如3英寸 12英寸)用作島嶼體材料。結合了膠乳粘合劑的毯子可以作為成品買入。適合的基體材料的一家製造商是喬治亞州Acworth市的Americo Manufacturing Company, Inc.公司。在優選實施方式中，通過在壓力下將未固化的液態聚氨酯樹脂注入到多孔的基體或蓆子中而在島嶼體內添加內部浮力單元。然後使聚氨酯樹脂在基體內原地發膨脹並固化。優選預設泡沫注射機的注射壓力、樹脂溫度和壓注容積，從而提供所需最終體積的固化漂浮泡沫。可以安裝泡沫，以便在整個基體內提供連續的體積，或者將其安裝以在基體內提供獨立的泡沫漂浮部分，該漂浮部分可以與基體的未泡沫化部分分離。聚氨酯樹脂可以從島嶼的頂部、側面、底部注入，或者從這些表面的組合注入，這取決於島嶼的具體應用。在優選實施方式中，島嶼基體被構建成具有約8英寸的厚度。優選向基體底部注射標稱固化密度為2.5磅/立方英寸(pcf)的未固化泡沫樹脂，並使其穿過基體的上表面。 在約70磅/平方英寸的壓力下注射四秒投料的未固化泡沫，獲得直徑約為8英寸的近似球形的泡沫的固化塊。該球體密度約為5. Spcf，由約2. 5pcf的聚氨酯泡沫構成，該聚氨酯泡沫由密度約為3. 3pcf的基體增強。聚氨酯泡沫的密度可以通過改變樹脂的化學式，或者通過改變諸如溫度和壓力等應用參數來調整。用於此處所披露的島嶼中的泡沫的密度的優選範圍為1. 20pcf 25. Opcf。較輕的泡沫對於高浮力、低成本非常重要的場合是理想的，例如對於裝飾性的水上花園島嶼。密度較大的泡沫對於高強度和耐用性非常重要的場合是優選的，例如對於可能會受到船隻碰撞的島嶼。基體的發泡區域可以選擇性地塗覆有噴射聚氨酯外殼，以便提高耐用性。或者使用可與堅韌外殼發生固化的自結皮泡沫，以提供額外的耐用性。
參考圖2，水生植物4的根穿透沉入水中的生長區域3到達了水體22中。在此實施方式中，水生植物4通過水培從水體中溶解的養分中吸取其營養。陸生植物5的根大多在雙滲流帶8中生長，在此它們暴露於潮溼但水分不飽和的條件下。這些根可以從水體、生長介質6以及向島嶼體3表面施加的補充肥料添加劑中獲取營養。優選利用氣體提供天然浮島中的一些浮力，所述氣體產生並收集在水面線下的島嶼體中。這些天然產生的氣體為島嶼體3提供自續浮力。天然浮島中存在的氣體由細菌和其它微生物作為它們代謝過程的一部分而產生。浮島中存在的常見的產生氣體的微生物的一個實例是反硝化細菌「假單胞菌」(Pseudomonas sp)。反硝化細菌將存在於水中的硝酸鹽轉化為氮氣。一部分生成的氮氣溶解在水裡，還有一部分形成從水柱中升起的氣泡。一部分這些升起的氣泡通過氣泡的表面張力附著在島嶼體沉入水下部分中的固體物體上。氣泡或快或慢地持續生成，在穿過島嶼體沉入水下的部分向水面遷移的同時，不斷附著、脫離物體。附著在島嶼中物體上的氣泡對於島嶼體3產生正向浮力。在優選實施方式中，島嶼體3包含滲透性較低的區域，它們使氣泡在其向上遷移的過程中的排出速率變慢。這些低滲透性區域可以由存在於島嶼體3中的有機碎屑、收集的粘土顆粒或任何其它緻密的細粒材料構成。當氣泡的生成速度超過了氣體通過低滲透性區域逃逸的速度時，氣泡將在該區域下或該區域中累積。這些累積的氣泡也會為漂浮生境系統20貢獻浮力。下面參考圖3介紹部分島嶼體3的微觀示意圖。可以對人造浮島20進行設計，使其根據與存在於天然浮島中的自續浮力相似的機理產生自續浮力。圖3說明了複製天然浮島自續浮力的人造浮島的自續浮力機理。如圖3所示，反硝化細菌9生產了如箭頭所示向上升起的氣泡10。氣泡的第一部分11附著在水面線24以下的根和基體纖維12上，為島嶼體3提供向上的力或浮力。另外，水面線下的低滲透性層13妨礙了氣泡的向上遷移，導致氣泡的第二部分14累積在低滲透性層13的下表面上，氣泡的第三部分15累積在低滲透性層13內部，這為島嶼提供了額外的浮力。在人造浮島中，低滲透層13可以由諸如泥炭等天然材料或諸如聚乙烯等合成材料構成。另外，通過產生來自死亡植物的碎屑、微生物和由水中收集的懸浮顆粒，人造島嶼中低滲透性區域將隨著時間的流逝而發生自然進化，從而導致浮力隨著島嶼的發展而增加。在許多情況下，需要向水22中加入溶解的氧氣或其它氣體。一個實例是將浮島用於水處理，從而通過將廢水中過多的氨轉化為硝酸鹽而將其除去。當反硝化細菌將氨轉化為硝酸鹽時，它們需要氧氣和二氧化碳。由於細菌的代謝作用，這些氣體在水中變得耗竭， 為使代謝過程持續進行，必須加以補充。這些氣體通過在空氣_水界面24處從大氣轉移到水中而向水體中進行天然的再補充，但是速度比較慢。當水22通過水表面的波浪作用強形進入島嶼基體時，可產生富含空氣的泡沫。這種泡沫通過與向水柱中鼓入壓縮空氣的通風器相似的作用，提供了氧氣和二氧化碳能夠較快轉移到水中的區域。氣體向水中的這種高速轉移為水中增加了有益的微生物活性。在另一個優選實施方式中，沉入水中的島嶼體3位於水面線24下約10英寸，這樣可使吃水淺的船隻，例如獨木舟可以在島嶼沉水帶上方經過。這一構造適用於下述應用場合部分島嶼需要與人接觸，例如，需要採摘鮮花。或者，沉入水中的島嶼體3也可以被設計成深於水面線下10英寸。例如，沉水帶可以被設為低於水面線3英尺，以利於非挺水植物如水池草或野芹(wild celery)的生長。這種較深的結構適用於生長以水質改善或水禽食物生產為目的的植物。在優選實施方式中，島嶼體可以提供至多約57磅/立方英尺島嶼體3的浮力。通過實施例，當島嶼體基體的某一地帶被填滿密度為2.5磅/立方英尺(pcf)的注射泡沫時， 可以獲得此級別的浮力。在本實施例中，空氣中的未泡沫化基體的重量約為3. 3pcf，而空氣中的泡沫的重量約為2. 5pcf。當基體被注射泡沫後，泡沫化基體的總重等於泡沫重量加泡沫內基體纖維的重量，或者約為(2. 5+3. 3) = 5. 8pcf。(實際上泡沫重量比此值約小5%， 因為需要將略小於1立方英尺的純泡沫填入1立方英尺的基體中。)物體的浮力可以通過用水的密度減去物體的密度確定。淡水的密度約為62. 4pcf, 因此泡沫化基體提供的浮力約為(62. 4-5. 8) = 56. 6pcf。換言之，水中漂浮的1立方英尺的泡沫化基體最多可支持56. 6pcf的重量而不會沉沒。如果使用了非常緻密的泡沫(例如，lOpcf)，則泡沫化基體的密度為(10.0+3.3) =13.3pcf。此泡沫填充基體的浮力為 (62.4-13.3) = 49. Ipcf，該浮力仍然很大。在一個優選實施方式中，對島嶼體3進行了如下設計使島嶼的選定地帶可以提供比平均值高的浮力；例如可支持人們沿島嶼表面特定部分行走的高浮力通道。對於本領域技術人員，可以對本發明進行多種變化。一些變化包括使島嶼體含有更少或更多的注射泡沫。其它變化可以針對具有氣泡收集區域的島嶼體。所有這些變化都在本發明的範圍和精神之內。雖然一些實施方式顯示了包括某些特點，但是申請人清晰地預料到，在此所披露的任何特徵都可以與本發明任一實施方式的任何其它特徵一起或結合使用。還可預料到， 任何特徵都可以明確地排除在本發明的任一實施方式之外。
權利要求
1.一種漂浮模擬溼地系統，所述漂浮模擬溼地系統包括正常沉入水中的漂浮植物生境，所述正常沉入水中的植物生境包括具有正常沉入水中的上表面的第一漂浮毯組件，所述第一漂浮毯組件包括第一無紡席和置於所述第一無紡席中的多個第一漂浮體；和至少一個安裝在所述上表面上的第一正常不沉入水中的植物生境，所述至少一個正常不沉入水中的植物生境由第二漂浮毯組件構成，所述第二漂浮毯組件包括第二無紡席和置於所述第二無紡席中的多個第二漂浮體。
2.如權利要求1所述的漂浮模擬溼地系統，其中所述無紡席由相互交纏以形成毯子的纖維構成。
3.如權利要求1所述的漂浮模擬溼地系統，其中多個所述漂浮體中的每一個均由聚氨酯泡沫構成。
4.如權利要求1所述的漂浮模擬溼地系統，其中多個所述漂浮體中的每一個均具有 1. 0磅/立方英尺 25.0磅/立方英尺的密度。
5.如權利要求2所述的漂浮模擬溼地系統，其中所述纖維是聚酯纖維。
6.如權利要求5所述的漂浮模擬溼地系統，其中所述纖維的直徑為6丹尼爾 300丹尼爾。
7.如權利要求2所述的漂浮模擬溼地系統，其中將水基膠乳粘合劑烘烤在所述纖維上。
8.如權利要求1所述的漂浮模擬溼地系統，其中所述無紡基體的厚度約為8英寸。
9.如權利要求1所述的漂浮模擬溼地系統，其中所述正常沉入水中的漂浮植物生境包括氣泡收集區域，所述氣泡收集區域的氣泡滲透性低於所述正常沉入水中的漂浮植物生境的其它區域的滲透性。
10.如權利要求9所述的漂浮模擬溼地系統，其中所述氣泡收集區域由泥炭或聚乙烯構成。
全文摘要
一種漂浮生境系統，所述漂浮生境系統包括島嶼體或可沉入水中的生長區域、至少一個實心凸起生長區域和至少一個挖空凸起生長區域。優選地，所述島嶼體或可沉入水中的生長區域具有上表面，並由注射有漂浮泡沫的無紡基體構成。優選地，所述至少一個實心凸起生長區域被安裝在所述上表面上，並由注射有漂浮泡沫的無紡基體構成。優選地，所述至少一個挖空凸起生長區域被安裝在所述上表面上，並由包圍一部分生長介質的所述無紡基體外環構成。
文檔編號A01G31/02GK102172203SQ201110024408
公開日2011年9月7日 申請日期2007年3月25日 優先權日2006年4月21日
發明者布魯斯·G·卡尼亞, 弗蘭克·M·斯圖爾特 申請人:方太海德有限公司