淺析土壤生物工程技術(shù)及研究進(jìn)展

蔡梟　王凡成

【摘 要】土壤生物工程是目前較為常用的環(huán)境防治技術(shù)，該可以用在土壤和水利工程領(lǐng)域，特別是用在邊坡和河岸的穩(wěn)定和侵蝕防治中。對(duì)我國(guó)自然生態(tài)環(huán)境的防護(hù)和治理具有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】土壤生物工程；植物；環(huán)境保護(hù)

一、土壤生物工程簡(jiǎn)介

土壤生物工程是將活的植物材料通過(guò)工程技術(shù)手段用于構(gòu)筑各類(lèi)邊坡、防止坡面河岸侵蝕及改善棲息地生境的集成工程技術(shù)。根據(jù)施工目的，材料和工程結(jié)構(gòu)的特征都可以作為劃分土壤生物工程類(lèi)型的依據(jù)。本文按照材料和工程目的把上壤生物工程分為以下幾類(lèi)：

（一）植物覆蓋技術(shù)

為了快速覆蓋地表侵蝕而采取的措施，主要的類(lèi)型有包括草皮移植、草籽播種、喬灌樹(shù)種移植。這種方法對(duì)于深層土壤的防護(hù)考慮較少。

（二）使用活的植物體來(lái)加勁并作為上體運(yùn)動(dòng)的屏障，主要類(lèi)型有扦插、梢捆、層栽、灌叢墊等。這些措施可以防止淺層土體滑動(dòng)。就植物種類(lèi)選擇而言，木本植物最為適合。

（三）聯(lián)合措施

即活的植物體和無(wú)生命材料聯(lián)合措施。當(dāng)邊坡陡峭、表面和土體穩(wěn)定都有問(wèn)題時(shí)或者是施工區(qū)生境不適宜植物生長(zhǎng)時(shí)當(dāng)?shù)貭顩r使植物生長(zhǎng)困難時(shí)在植物生長(zhǎng)前就需要對(duì)土體進(jìn)行防護(hù)時(shí)，植物措施難以完全發(fā)揮作用，就需要利用一些無(wú)生命材料來(lái)輔助施工，例如石塊，混凝土或死的植物枝干等。

（四）輔助措施

為了緊急對(duì)當(dāng)?shù)刂脖贿M(jìn)行補(bǔ)充，就需要采取輔助的措施，如移栽樹(shù)木或改善土壤等技術(shù)，由于這些措施花費(fèi)較高，所以一般情況下不建議使用。

（五）無(wú)生命材料營(yíng)建措施

主要為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工程，例如混凝土重力墻。

二、土壤生物工程技術(shù)的國(guó)外研究進(jìn)展

工業(yè)革命開(kāi)始以后，人們對(duì)機(jī)械的崇拜導(dǎo)致利用自然材料控制土壤侵蝕和邊坡保護(hù)的自然方法不受歡迎。機(jī)械化的年代和混凝土鋼鐵技術(shù)的發(fā)展，鼓勵(lì)在工程實(shí)施中使用剛硬和無(wú)生命的建筑材料。這些材料保證結(jié)構(gòu)更為長(zhǎng)久、耐用。在美國(guó)和歐洲，如何運(yùn)用機(jī)械和人工材料進(jìn)行建筑和邊坡防護(hù)，是多數(shù)研究者的追求目標(biāo)。

工業(yè)革命后，一系列環(huán)境問(wèn)題如坡面侵蝕、山體滑坡和崩塌以及河岸退化等引起歐洲一些國(guó)家的重視。20世紀(jì)初，少數(shù)研究者才開(kāi)始將土壤生物工程概念真正植入工程施工中，并且獲得了成功。如用綠色的柳樹(shù)作為活性的建筑材料、在漿砌石接縫中植入木本切枝。1936年，在慕尼黑專(zhuān)門(mén)成立了一個(gè)研究所研究開(kāi)發(fā)道路建設(shè)中的土壤生物工程技術(shù)。該研究所所長(zhǎng)Arthur von Krundener為該項(xiàng)目技術(shù)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)，后來(lái)他被看作是中歐地區(qū)的土壤生物工程技術(shù)之父。同時(shí)期，在加利福尼亞的Charles Kraebel發(fā)展了“籬墻”技術(shù)，應(yīng)用復(fù)合的生物技術(shù)，如：木樁、梢捆和植物移植等技術(shù)來(lái)來(lái)保護(hù)岸坡。這些實(shí)踐性的工作為后來(lái)土壤生物工程技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)70年代后，土壤生物工程技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展，并且形成了完整的理論和技術(shù)體系，積累了大量的文獻(xiàn)資料。Schiechtl先后出版的《土地利用及保護(hù)的生物工程》（1980）、《邊坡保護(hù)和侵蝕控制的地表生物工程技術(shù)》（1996）和《河岸及海岸的水生物工程技術(shù)》（1997）總結(jié)了歐洲許多重要的土壤生物工程師們的研究和實(shí)踐成果，為該技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。

三、土壤生物工程技術(shù)的國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

中國(guó)的史書(shū)中記載了最早的生物工程—大禹治水。大禹的父親采用建土壩阻擋洪水的方法，但失敗了。大禹則利用疏清九條主干道并挖掘新河道的方法來(lái)疏導(dǎo)洪水，同時(shí)這些河道還可以作為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的灌溉渠。在他13年的努力下，洪水終于被控制住了。

2000年后，成都郡守李冰吸取大禹治水的經(jīng)驗(yàn)，采用了一種新方法來(lái)抵御洪水。受大禹的啟發(fā)，李冰設(shè)計(jì)了一種“楗尾堰”來(lái)疏通河道（后來(lái)被稱為都江堰）?！伴ノ惭摺钡牡妹从凇捌浦駷榛\，圓徑三尺，以石實(shí)中，累而壅水”的竹籠裝石方法（亦稱為“楗尾”）。每個(gè)楗尾幾米長(zhǎng)、半米寬，放置在河流沿岸或者水里，來(lái)分流主河道中的水。這種河道系統(tǒng)然后又出現(xiàn)在一些小河道中，所以又出現(xiàn)了為莊家灌溉的灌溉系統(tǒng)，這種方式在成都附近至今猶存。在11世紀(jì)，宋朝沈括的《夢(mèng)溪筆談》中記載了制作楗尾技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，楗尾還被用于治理經(jīng)常泛濫、久治無(wú)用的黃河缺口，在強(qiáng)水流到來(lái)前，把楗尾最后放在缺口處，這樣洪水就無(wú)法將它沖走了。后來(lái)，人們又將很長(zhǎng)的楗尾分成三段一截一截放在潰堤處，這樣就能有效防止楗尾在水流沖擊作用下發(fā)生斷裂。在中國(guó)，人類(lèi)與洪水抗衡長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)，這也使楗尾技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步。

胡海亂等（1999）提出了籠石擋墻、網(wǎng)籠墊塊護(hù)坡和復(fù)合植物護(hù)坡等生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)并應(yīng)用在廣西漓江治理工程中。在引灤入唐工程中，陳海波等（2000）提出了網(wǎng)格反濾生物組合護(hù)坡技術(shù)。周躍（2000）提出了“坡面土壤生物工程”技術(shù)。王準(zhǔn)（2002）針對(duì)上海的立地條件，把河岸帶綠化根據(jù)岸體設(shè)計(jì)中使用了一種親水生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)--棧橋式生態(tài)親水護(hù)岸，實(shí)現(xiàn)了在水位變化較大的情況下，仍然具有親近人、生態(tài)和美的效果。俞孔堅(jiān)等（2002）提出水位多變情況下的親水生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)。夏漢平等（2002）在北江大堤植草護(hù)坡效應(yīng)研究中，提出香根草和百喜草都能耐較長(zhǎng)時(shí)間的水淹，并都有較強(qiáng)的抗逆性，結(jié)合土石方工程，并輔以三維網(wǎng)覆蓋，將香根草和百喜草種在北江兩岸的邊坡上，有效地防治了洪流沖蝕和雨水侵蝕，起到了較好地固土護(hù)坡作用。

四、結(jié)論

土壤生物工程技術(shù)措施通過(guò)植物和河流岸坡的相互作用機(jī)制在防止坡面侵蝕的同時(shí)還可以起到河流生態(tài)修復(fù)的作用，并逐漸促進(jìn)河流的自我生態(tài)修復(fù)，是解決河流生態(tài)退化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)措施，在世界范圍內(nèi)引起了廠泛關(guān)注和大量應(yīng)用。而我國(guó)在這方面的研究起步不久，此技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣還面臨著許多待解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉瑛.土壤生物工程技術(shù)在河岸生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用效果的研究[D].北京林業(yè)大學(xué)，2011.