土壤生物工程技術在河岸生態修復中的應用

耿琳

摘 要：作為河流生態系統與陸地生態系統的過渡段，河岸生態系統對水陸生態系統之間的物流、能流與生物流發揮著重要的作用。河岸生態系統是關鍵的生態交錯帶，其邊緣效應極為顯著，且生物多樣性極為豐富，具備良好的環境、社會經濟效益。在充分掌握水利工程規劃設計理念的前提下，可意識到導致河流污染的根本原因就是混凝土護岸，河流近自然治理不但要與工程設計原理相符，還應滿足自然生態學原理。土壤生物工程護岸技術的應用，可增加植被覆蓋面積，進而抬升上游水位，對河岸生態修復效果顯著。為此，本文在充分了解土壤生物工程技術原理的基礎上，通過具體案例，對河岸生態修復中土壤生物工程技術的應用進行了探討。

關鍵詞：土壤生物工程技術；河岸生態修復；技術原理

中圖分類號：S157 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0138-02

對我國經濟發展而言，河流治理工程至關重要。據調查可見，現階段我國河流生態系統嚴重受損，傳統水利工程設計不合理是其受損的根本原因。以往河流治理往往選用漿砌石、干砌石、現澆混凝土等結構形式，具有單一的斷面形式，致使河流自然屬性逐步消散。近年來，隨著環保意識的不斷增強，要求必須做好河流生態治理工作，進而產生了大量生態護岸形式，如土壤生物工程技術的應用，其主要施工主體為植物枝干、根系等組織部分，并輔以工程結構。作為一種新型河岸生態修復模式，為更好地了解其修復效果，筆者通過具體案例，對土壤生物工程中的3種種植形式，即扦插、梢捆及灌叢墊進行了分析，通過后期觀察可見，在延緩涇流與泥沙攔截方面土壤生物工程效果顯著。同時，將植物栽植于近水旁，可有效提升人體舒適度，但在設計時必須對植物布局形式進行綜合考慮，保證其合理、有效，只有這樣才能最大限度發揮其功能，才能提高河岸生態修復效果。

1 土壤生物工程技術原理

土壤的物理性質與化學性質對土壤生物的生命活動其決定性作用。在河流治理方面，為有效緩解河溪退化，降低河流生態系統損壞程度，土壤生物工程應運而生。作為河流生態修復的重要技術之一，土壤生物工程可利用根系作用，起到坡面土壤穩固的效果，通過可避免坡面被侵蝕。利用植物枝葉攔截降雨的功能，來防治坡面濺蝕。除此之外，也可利用根系錨固土壤的功效，實現降低淺坡下滑及改善河流生態環境的作用。相比其他河岸生態修復技術，該技術施工更簡單，也更具經濟性，因此得到了廣泛應用及推廣。

2 工程概況

某河岸工程總長度為68.9km，2.1%～2.5%之間為河道縱坡范圍，為常年河。該河岸所在位置為本河流的下游河段，針對其部分河段，以采用的生態治理措施為拋石、坡面植草，且取得了良好效果，但在還沒有治理的裸露河段坡面，仍存在諸多問題，如濺蝕、面蝕及細溝侵蝕等，連接裸露河岸的砌石護岸位置，還存在側滲情況，當水流掏空土壤后，護岸極易出現倒塌等現象，危害較大。在全面調查當地地質、水文及氣候情況后，可了解該地區河流含沙量、侵蝕模數較大，平水期、洪水期具有較大水位變化情況，且春季干旱少雨。因其地理氣候條件獨特，決定在河岸生態修復中選用三種形式的土壤生物工程技術進行修復，以期有效控制邊坡侵蝕，達到良好生態修復效果。

3 技術應用

根據工程實際情況，決定選用扦插、梢捆及灌叢墊三種形式進行生態修復。以該河段40m以上長度裸露河段為研究對象，選用金絲垂柳進行施工，利用以上三種形式在河道左右兩岸進行土壤生物工程施工。其中40m為左岸扦插施工長度，4m梢捆長度。10m為右岸灌叢墊施工長度，30m以上為扦插施工長度。具體如下：

3.1 扦插

扦插是通過易生根植物活枝，向坡岸土壤內直接扦插或按壓的土壤生物工程技術。活枝生根之后，需聯固坡岸土壤顆粒，并將土壤內的多余水分進行充分吸收，以此達到坡面抗侵蝕性與穩定性全面提升的目的。相比其他技術，扦插優勢在于施工便捷，且具有較高經濟性，能夠由拋石、石籠與石塊縫隙內向下方土壤內直接插入。但其不足之處在于植物生根前，無法及時有效地防護坡面。該項技術可結合其他土壤生物工程技術同時應用。本工程選用扦插法用于河岸左右兩岸，2.3cm為柳條的平均基徑，以40到60cm作為柳條長度，與水平面之間保持15°角時，即可向坡岸土壤內插入，插入深度需控制在30到50cm之間，并選用修剪剪刀進行枝條上部修平，以1m作為柳條相隔距離。

3.2 梢捆

梢捆要求捆綁植物活枝，構成圓柱狀活枝捆扎束，以水平、垂直方向在坡腳或坡岸處進行深埋，根據工程所需，決定在坡腳位置以水平向埋設，以此進行坡腳防護。根據調查結果顯示，側滲侵蝕現象存于左岸砌石坡腳位置，如防護土壤在干砌石護堤之后造水沖蝕，將大大降低坡岸穩定性，導致坍塌問題出現。為有效防治坡岸侵蝕，可通過層疊法在坡腳位置進行2個柳條梢捆放置。同時在右岸坡腳位置選用同樣的方法并結合灌叢墊進行處理。該方式的應用，可對水位線周圍坡岸起到良好保護作用，在岸坡侵蝕控制與坡岸表面穩定方面效果顯著，其結構可達到土壤顆粒截留與坡岸表面穩定的作用，以此構成對植物生長有利的生存環境，并起到自然植被生態環境改善的目的。

3.3 灌叢墊

灌叢墊要求根據交叉、重疊的方式在土層間水平平鋪枝條，枝條頂部向外，向坡岸內將根部插入。交互成層或成排列狀是植物枝條的主要結構形式，布設方向一般分為水平或垂直兩種。根據工程實際情況，可布設到與河流垂直的方向，并結合梢捆同時應用，也就是說將一個深槽開挖到坡腳位置，其尺寸為50×50cm，10m長，要求并排放置2個梢捆。在早期施工階段，生物墊的使用，可加大坡岸保護力度，避免水流、風對坡岸造成侵蝕。施工后期，河岸則因新生枝條與密集的根部而得以保護，避免侵蝕，同時這種修復技術也具備良好的景觀功能。

4 結果分析

4.1 監測指標及方法

以上3種施工措施，調查時可在坡頂、坡腰與坡腳位置分別進行一株一株地分析。以工后30d、120d、240d作為調查時間。柳條萌芽率、柳條存活率與新生柳條的長度等都可作為調查指標。根據工程現狀，可選用現場挖掘法作為坡岸植物新生根的測量方式，在現場即可進行植物根系挖掘工作，以此對新生根系的長度進行準確測量，隨后帶回植物樣品，再次對新生根系的生物量進行檢測。

4.2 穩固坡岸效果

選用現場挖掘法在工后240d測量土壤內柳枝生長情況，通過分析可見，扦插措施下左右兩岸生長情況存在一定區別，與右岸扦插根系平均長度相比，左岸較低，但兩岸植物根系深軋長度以在岸坡坡面下方1m以上，由此可見，針對深層土壤該生物工程技術具有良好保護作用，同時還能有效提升坡岸的穩定性。

在0～10cm土層內工后240d扦插措施植物根系分布不多，于表層土壤而言，早期加固效果不大。但在生長初期，灌叢墊植物根系在水平向分布較為密集，相比扦插護坡效果，其灌叢墊效果更佳。

于邊坡穩定性而言，植物根系極為關鍵，土壤剪切力、粘結力和土壤根系生物量之間為正比例關系。林木根系利用徑級在1mm以下須根的功效，可實現土壤水穩性團聚體數量的有效提升，進而實現土壤抗分散、懸浮能力提高的作用。由表1可見，1.85g為扦插左岸單株植物根系總生物量，2.66g為扦插右岸單株植物根系總生物量。左岸扦插植物的特點為細長，且存在大量須根；與左岸根系根莖相比，右岸更大，且存在較少1mm以內的須根生物量，集中在根系末梢位置分布。伴隨植物生長速度的不斷加快，植物體和土壤之間可構成一個完整的整體，并能夠由此增強植物護坡效應。

5 結語

綜上所述，在土壤工程基礎上，將生態學理論充分融入的工程技術則被看做是土壤生物工程。其通過各類材料的充分利用，如植物、土壤等，以此進行河流治理。在河岸生態修復工程中，合理應用土壤生物工程技術，可達到穩定河岸邊坡、避免水土流失及提高河流生態系統的作用。同時，還能促使河流恢復“近自然”水平，提升河流景觀效益。

參考文獻

[1]高甲榮，劉瑛，Hanspeter Rauch.土壤生物工程在北京河流生態恢復中的應用研究[J].水土保持學報，2008，（03）：152-157.

[2]關春曼，張桂榮，程大鵬，何斌，費宗如.中小河流生態護岸技術發展趨勢與熱點問題[J].水利水運工程學報，2014，（04）：75-81.