土壤生物工程技术在河岸生态修复中的应用

耿琳

摘 要：作为河流生态系统与陆地生态系统的过渡段，河岸生态系统对水陆生态系统之间的物流、能流与生物流发挥着重要的作用。河岸生态系统是关键的生态交错带，其边缘效应极为显著，且生物多样性极为丰富，具备良好的环境、社会经济效益。在充分掌握水利工程规划设计理念的前提下，可意识到导致河流污染的根本原因就是混凝土护岸，河流近自然治理不但要与工程设计原理相符，还应满足自然生态学原理。土壤生物工程护岸技术的应用，可增加植被覆盖面积，进而抬升上游水位，对河岸生态修复效果显著。为此，本文在充分了解土壤生物工程技术原理的基础上，通过具体案例，对河岸生态修复中土壤生物工程技术的应用进行了探讨。

关键词：土壤生物工程技术；河岸生态修复；技术原理

中图分类号：S157 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0138-02

对我国经济发展而言，河流治理工程至关重要。据调查可见，现阶段我国河流生态系统严重受损，传统水利工程设计不合理是其受损的根本原因。以往河流治理往往选用浆砌石、干砌石、现浇混凝土等结构形式，具有单一的断面形式，致使河流自然属性逐步消散。近年来，随着环保意识的不断增强，要求必须做好河流生态治理工作，进而产生了大量生态护岸形式，如土壤生物工程技术的应用，其主要施工主体为植物枝干、根系等组织部分，并辅以工程结构。作为一种新型河岸生态修复模式，为更好地了解其修复效果，笔者通过具体案例，对土壤生物工程中的3种种植形式，即扦插、梢捆及灌丛垫进行了分析，通过后期观察可见，在延缓泾流与泥沙拦截方面土壤生物工程效果显著。同时，将植物栽植于近水旁，可有效提升人体舒适度，但在设计时必须对植物布局形式进行综合考虑，保证其合理、有效，只有这样才能最大限度发挥其功能，才能提高河岸生态修复效果。

1 土壤生物工程技术原理

土壤的物理性质与化学性质对土壤生物的生命活动其决定性作用。在河流治理方面，为有效缓解河溪退化，降低河流生态系统损坏程度，土壤生物工程应运而生。作为河流生态修复的重要技术之一，土壤生物工程可利用根系作用，起到坡面土壤稳固的效果，通过可避免坡面被侵蚀。利用植物枝叶拦截降雨的功能，来防治坡面溅蚀。除此之外，也可利用根系锚固土壤的功效，实现降低浅坡下滑及改善河流生态环境的作用。相比其他河岸生态修复技术，该技术施工更简单，也更具经济性，因此得到了广泛应用及推广。

2 工程概况

某河岸工程总长度为68.9km，2.1%～2.5%之间为河道纵坡范围，为常年河。该河岸所在位置为本河流的下游河段，针对其部分河段，以采用的生态治理措施为抛石、坡面植草，且取得了良好效果，但在还没有治理的裸露河段坡面，仍存在诸多问题，如溅蚀、面蚀及细沟侵蚀等，连接裸露河岸的砌石护岸位置，还存在侧渗情况，当水流掏空土壤后，护岸极易出现倒塌等现象，危害较大。在全面调查当地地质、水文及气候情况后，可了解该地区河流含沙量、侵蚀模数较大，平水期、洪水期具有较大水位变化情况，且春季干旱少雨。因其地理气候条件独特，决定在河岸生态修复中选用三种形式的土壤生物工程技术进行修复，以期有效控制边坡侵蚀，达到良好生态修复效果。

3 技术应用

根据工程实际情况，决定选用扦插、梢捆及灌丛垫三种形式进行生态修复。以该河段40m以上长度裸露河段为研究对象，选用金丝垂柳进行施工，利用以上三种形式在河道左右两岸进行土壤生物工程施工。其中40m为左岸扦插施工长度，4m梢捆長度。10m为右岸灌丛垫施工长度，30m以上为扦插施工长度。具体如下：

3.1 扦插

扦插是通过易生根植物活枝，向坡岸土壤内直接扦插或按压的土壤生物工程技术。活枝生根之后，需联固坡岸土壤颗粒，并将土壤内的多余水分进行充分吸收，以此达到坡面抗侵蚀性与稳定性全面提升的目的。相比其他技术，扦插优势在于施工便捷，且具有较高经济性，能够由抛石、石笼与石块缝隙内向下方土壤内直接插入。但其不足之处在于植物生根前，无法及时有效地防护坡面。该项技术可结合其他土壤生物工程技术同时应用。本工程选用扦插法用于河岸左右两岸，2.3cm为柳条的平均基径，以40到60cm作为柳条长度，与水平面之间保持15°角时，即可向坡岸土壤内插入，插入深度需控制在30到50cm之间，并选用修剪剪刀进行枝条上部修平，以1m作为柳条相隔距离。

3.2 梢捆

梢捆要求捆绑植物活枝，构成圆柱状活枝捆扎束，以水平、垂直方向在坡脚或坡岸处进行深埋，根据工程所需，决定在坡脚位置以水平向埋设，以此进行坡脚防护。根据调查结果显示，侧渗侵蚀现象存于左岸砌石坡脚位置，如防护土壤在干砌石护堤之后造水冲蚀，将大大降低坡岸稳定性，导致坍塌问题出现。为有效防治坡岸侵蚀，可通过层叠法在坡脚位置进行2个柳条梢捆放置。同时在右岸坡脚位置选用同样的方法并结合灌丛垫进行处理。该方式的应用，可对水位线周围坡岸起到良好保护作用，在岸坡侵蚀控制与坡岸表面稳定方面效果显著，其结构可达到土壤颗粒截留与坡岸表面稳定的作用，以此构成对植物生长有利的生存环境，并起到自然植被生态环境改善的目的。

3.3 灌丛垫

灌丛垫要求根据交叉、重叠的方式在土层间水平平铺枝条，枝条顶部向外，向坡岸内将根部插入。交互成层或成排列状是植物枝条的主要结构形式，布设方向一般分为水平或垂直两种。根据工程实际情况，可布设到与河流垂直的方向，并结合梢捆同时应用，也就是说将一个深槽开挖到坡脚位置，其尺寸为50×50cm，10m长，要求并排放置2个梢捆。在早期施工阶段，生物垫的使用，可加大坡岸保护力度，避免水流、风对坡岸造成侵蚀。施工后期，河岸则因新生枝条与密集的根部而得以保护，避免侵蚀，同时这种修复技术也具备良好的景观功能。

4 结果分析

4.1 监测指标及方法

以上3种施工措施，调查时可在坡顶、坡腰与坡脚位置分别进行一株一株地分析。以工后30d、120d、240d作为调查时间。柳条萌芽率、柳条存活率与新生柳条的长度等都可作为调查指标。根据工程现状，可选用现场挖掘法作为坡岸植物新生根的测量方式，在现场即可进行植物根系挖掘工作，以此对新生根系的长度进行准确测量，随后带回植物样品，再次对新生根系的生物量进行检测。

4.2 稳固坡岸效果

选用现场挖掘法在工后240d测量土壤内柳枝生长情况，通过分析可见，扦插措施下左右两岸生长情况存在一定区别，与右岸扦插根系平均长度相比，左岸较低，但两岸植物根系深轧长度以在岸坡坡面下方1m以上，由此可见，针对深层土壤该生物工程技术具有良好保护作用，同时还能有效提升坡岸的稳定性。

在0～10cm土层内工后240d扦插措施植物根系分布不多，于表层土壤而言，早期加固效果不大。但在生长初期，灌丛垫植物根系在水平向分布较为密集，相比扦插护坡效果，其灌丛垫效果更佳。

于边坡稳定性而言，植物根系极为关键，土壤剪切力、粘结力和土壤根系生物量之间为正比例关系。林木根系利用径级在1mm以下须根的功效，可实现土壤水稳性团聚体数量的有效提升，进而实现土壤抗分散、悬浮能力提高的作用。由表1可见，1.85g为扦插左岸单株植物根系总生物量，2.66g为扦插右岸单株植物根系总生物量。左岸扦插植物的特点为细长，且存在大量须根；与左岸根系根茎相比，右岸更大，且存在较少1mm以内的须根生物量，集中在根系末梢位置分布。伴随植物生长速度的不断加快，植物体和土壤之间可构成一个完整的整体，并能够由此增强植物护坡效应。

5 结语

综上所述，在土壤工程基础上，将生态学理论充分融入的工程技术则被看做是土壤生物工程。其通过各类材料的充分利用，如植物、土壤等，以此进行河流治理。在河岸生态修复工程中，合理应用土壤生物工程技术，可达到稳定河岸边坡、避免水土流失及提高河流生态系统的作用。同时，还能促使河流恢复“近自然”水平，提升河流景观效益。

参考文献

[1]高甲荣，刘瑛，Hanspeter Rauch.土壤生物工程在北京河流生态恢复中的应用研究[J].水土保持学报，2008，（03）：152-157.

[2]关春曼，张桂荣，程大鹏，何斌，费宗如.中小河流生态护岸技术发展趋势与热点问题[J].水利水运工程学报，2014，（04）：75-81.