河道坡岸生态修复的土壤生物工程应用

王晓辉

摘要：土壤生物工程的生态修复作用与效果，已经越来越为人们所认识。现代土壤生物工程要求运用生态学的原理，对实际的植物和土壤系统做出周密的考察和设计，利用植物对土壤结构的强化、对表层土壤颗粒运动的限制以及对边坡生态系统的改善等作用，不仅能够稳定边坡和控制水土流失，还能确保边坡植被水平和垂直结构合理。同传统的工程技术相比，土壤生物工程的技术、生态、经济和美学优势是显而易见的。当然，土壤生物工程不能完全替代传统的工程技术，在工程实际中通常是两者联合使用、相互完善。鉴于此，本文主要分析探讨了河道坡岸生态修复的土壤生物工程应用情况，以供参阅。

关键词：河道坡岸生态修复;土壤生物;工程应用

引言

土壤生物工程是利用种植一些植物及其一些辅助工程来巩固边坡结构，减少水土流失，保护植被及改善周边生态环境的一项工程。近年来欧美一些发达国家用这种方法来加固边坡结构和保护环境;此外，记载表明，我国古代也用这种方法来达到稳定边坡的目的。1996年，DonaldGray教授和RobbinSotir女士撰写了论文“边坡稳定的生物技术和土壤生物工程”对美国边坡稳定和侵蚀控制中的宝贵的经验进行了总结，为土壤生物工程奠定了理论和实践基础。随着人们保护环境意识的加强，逐步认识到土壤生物工程对生态修复有着重要的意义。现代土壤生物工程利用生态学原理，周密的考察和设计实际的植物和土壤生态系统，同时利用植物强化土壤的结构，限制表层的土壤颗粒，起到保护边坡的生态，防止水土流失，确保边坡的植被达到水平的作用。土壤生态技术同传统的工程技术相比，具有技术上、生态上、经济上和美学上的显著优势。但是，生物技术工程也不能完全取代传统的工程技术，两者要结合起来，达到进一步的完善。

1土壤生物工程原理概述

（1）土壤生物工程采用的植物种类。土壤生物工程采用的植物多为迅速生长的新根木本植物，其中应用的最多的便是木本灌木和乔木。除了生根要求外，河道坡岸的植物也需要具有良好的耐水性能，特别是水位线附近的植物，耐水性能要求更高。（2）土壤生物工程原理。土壤生物工程主要是以植物的根、茎（枝）或整体作为研究对象，将这些主体元素通过一定的方式、方向和排列置于边坡的不同位置上，以实现植物群落建群过程中加固和稳定边坡，控制水土流失，达到生态恢复的目的。植物的根系可以在一定程度上提高土壤的剪切力，增强土体的粘附力，这样的土壤结构更加坚固稳定。同时，植物的根茎叶等部位还可以通过蒸发、存储的方式促进土壤的水循环，对近地面稳定进行调控，这样更有利于植物的生长。坡面的植物则可以延滞径流，调节土壤湿度，最大限度地减少风力对土壤的破坏。土壤生物工程主要是通过植物来降低土壤空隙的压力，吸收土壤水份，以此来增加土壤表层土的粘结性，使土壤更加的坚实稳定。对于暴雨和疾风等恶劣天气，土壤很容易出现表面运动，导致水土流失和侵蚀。土壤生物工程在河道坡岸生态修复中的应用就是在边坡种植植物，处于边坡的植物可以截留降雨，延滞径流，使土壤的湿度得到有效调控，将恶劣天气对土壤表面的影响降到最低。坡面上的植物多样，不同植物群落交错和演替，在一定程度上增加了生态环境的多样性，这对于恢复边坡的生态功能和生物多样性是极为有利的。

2河道坡岸生态修复的土壤生物工程技术

工程中应用的植物通常以乔灌木条为主，其不但能适应扦插移栽，而且还能实现迅速扎根，其栽培方式有三种，分别组成面、点、线三种分布，个体或者共同应用能科学合理的建设出不同功能河道边坡。（1）活枝扦插技术。把可以扎根的活枝直接扦插在坡岸的土壤中，等其生根成活后，能够固定坡岸的土壤颗粒使其粘结性更强，还能起到吸收多余土壤水分作用。这种方法便捷且成活率高，可联合其他土壤生物工程技术使用。能够防止土壤表面受到侵蚀，改善周边的环境，为生物构建其安居环境。这项技术适用于生态问题和水力学问题相对简单的河段。（2）关于捆栽技术。此技术还叫做柴笼技术，是指将植物枝杆绑起来，制作成圆柱状的枝条捆绑束，根据水平走势放进坡岸中，中间可放扦插单独枝杆，以此稳定活枝绑扎。柴笼能高效防護水位线周围的坡岸，在减少岸坡腐蚀方面有着举足轻重的作用，其架构能阻挡大直径的土壤颗粒，牢固坡岸外表，打造出有助于植物成长的小环境，进而优化天然植物环境。此技术通常适用于坡岸水位之上的区域，顺着等高线分布成阶梯状，还可放在河道汇集位置的岸坡，为排水提供诸多便利。其工程特征主要体现在造型简单、施工方便，主要在预防边坡的水土流失时使用（坡度较小），柴笼制作完成后具备良好的景观效果。（3）关于层栽技术。利用重叠或者穿插的形式把活枝栽培在土层中，顶部要保持朝外，根部则要垂直埋进岸坡内。活枝的架构是成排状态或是彼此成层，形成篱笆状，不但能在竖直和水平方向分布，还能根据各种角度进行插栽，不同枝层间的土层能应用土工织物覆盖，预防枝干在成长前期坍塌，腐蚀等等。此技术广泛应用在坡角大，外表径流多的河道中，一般和其余结构，例如堆石、石笼等搭配应用，其施工技术比较繁杂，固定成型以后，具备良好的抗腐蚀、抗冲刷、稳定岸坡的能力，同样具有良好的景观效果。（4）灌丛垫（Brushmattress）技术。灌丛垫是覆盖在河岸上用来稳定坡岸的活立桩、柴笼以及树枝的组合体。活枝条编织成网层结构，根部斜向下插入，枝条覆盖在岸坡表层，并且枝条的根部在土内深插，枝条可以发育生长根系，使枝条能够成活并在地表形成绿色植被覆盖层。其生态效果为可有效延缓坡岸径流流速，截留悬浮物质，有效地改善坡岸植被环境。（5）灌木“填充包”（Branchpacking）技术。灌木“填充包”由交互的灌木层和紧实的回填物组成，以修复河岸上小范围的局部坍塌区和坑体。其生态效果为可将坡岸洞穴处迅速修复为植被坡岸，改善土著植被的繁衍条件。该技术是一种坡岸坑穴处理盼简便有效方法，适用于出现0.6-1.4米高（深）坑穴的坡岸。（6）有植被的土工布袋（VegetatedGeogrids）技术。有植被的土工布袋采用自然或土工布将坡岸土壤分层包裹，层间种植先锋灌木（类似于灌丛层栽的技术）。其生态效果为坡岸植被生长迅速，有利于改善本土植被的繁衍，截留悬浮物质，对侵蚀较大的弯突河段.其生态修复作用明显。该技术适用于新建生态坡岸，常用于1：1或较陡的坡岸，但工程较复杂，成本较商，系统必须在低流量的务件下建设。排水面积相对小（<2000公顷），河床稳定的坡岸。（7）关于复合技术。此技术通过水泥桩桨砌石块的老旧护岸工程，来发挥在繁杂地质环境中稳定边坡的作用。以半系列生态岸坡架构为主，采用枝条扦插与捆栽技术相结合的手段实现生态护坡的功能。此种岸坡固坡效果显著，能最大化的丰富岸坡物种，提高河道生态体系的健全性。但美中不足的是，成本投入较多，对技术水平也有着较高要求。

3土壤生物工程在河道坡岸生态修复中应用的效果

3.1植物根系稳定坡岸的作用

第一，坡岸剪切力。研究表明土壤剪切力和根系生物量之间的关系为正相关，因此植物根系有助于坡岸的稳定，根据示范工程的结果，发现植物根系的生长在一定程度上促进坡岸强度有明显效果，尤其是对于常水位附件的坡岸来说，可以促进整体土质河道坡岸稳定程度的极大改善。第二，加固水位线附近坡岸的作用。水位线附近的坡岸是河道中最为薄弱的地方，每当受到潮汐水流、暴雨径流和底栖动物的影响下，极易被剥蚀然后逐渐变陡，严重情况下还会致使出现更大凹陷的坡岸剥落。同时坡岸防护措施的缺失，致使其长期裸露，不能尽快恢复植被而导致坡岸侵蚀十分严重。通过应用土壤生物工程，在一定程度上可以极大的减少水力的侵蚀程度，且植物根系的生长可以极大的促进水位附近坡岸强度的显著提高，抵抗水流变化、暴雨和径流对于坡岸的破坏。

3.2改善河道坡岸栖息地

第一，极大的增加坡岸植物的多样性。通过实验表明，在坡岸所种植的各种灌木和乔木，若生长情况良好则可以为其他物种的生长提供良好的环境，以此有助于生物多样性的不断增加。第二，减少底栖动物对于坡岸的破坏。上述示范工程濒临长江河口地区，地势较为平坦，是一种比较典型的潮汐河网地区，各种生物物种本身的特征呈现出非常明显的河口特征，非常适应底栖动物的生长，它们往往在坡岸潮間打洞筑巢，但是在潮汐作用下坡岸出现侵蚀和剥落的可能性非常大。通过柴笼技术的应用，可以实现对栖息地的有效保留，避免对坡岸的破坏。第三，明显改善人类和其他生物的生活环境与质量。土壤生物工程对人类与其他生物的生活环境和质量有明显的改善作用。经过土壤生物工程和其他生物技术（例如水生植物全&半系列技术）改造过的坡岸，仅仅11个月的时间，先锋物种杞柳和垂柳群落、结缕草群落、挺水植物茭草和菖蒲群落等都已在坡岸长成，为其他物种（包括动物和植物）的生长创造了良好生境，也为当地百姓创造了和谐的人居生活环境！更重要的是，用土壤生物工程建设的各类边坡，将随着植物群落的形成和成熟、植物根系网络的生长和扩张以及边坡生态系统的完善和有序而越来越坚固和稳定;它对水土流失和土壤侵蚀的控制、对整个河道生态系统（包括陆生和水生生态系统）的影响、乃至对河流水质的改善将会越来越明显和突出。

结束语

综上所述，土壤生物工程不但成本投入少、能在短期内高效的复原坡岸生态，而且还能不同技术联合使用，按照实际状况打造多样性的生态坡岸。相关人员必须要在实践中极大研究力度，不断学习和掌握先进的技术，制定出更多科学合理的应用策略，从而增强坡岸稳定性和安全性，增强提高其修复效果。

参考文献

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