河道生態(tài)護(hù)坡關(guān)鍵技術(shù)及生態(tài)功能

張蛟龍（遼寧省本溪市水務(wù)局水利電力勘測設(shè)計研究院，遼寧本溪117000）

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河道生態(tài)護(hù)坡關(guān)鍵技術(shù)及生態(tài)功能

張蛟龍
（遼寧省本溪市水務(wù)局水利電力勘測設(shè)計研究院，遼寧本溪117000）

本文以某生態(tài)河道示范區(qū)工程為例，對河道生態(tài)護(hù)坡關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。本工程主要采用了全系列生態(tài)護(hù)坡、土壤生物工程護(hù)坡以及復(fù)合式生物穩(wěn)定護(hù)坡三類生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，對生態(tài)護(hù)坡的生態(tài)功能進(jìn)行了為期三年的生態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容主要包括生態(tài)護(hù)坡完成后不同時間坡岸的生態(tài)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性兩方面。進(jìn)而對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析，監(jiān)測結(jié)果表明：在監(jiān)測的三年時間里，該工程的護(hù)坡植物長勢良好，根系和新生枝葉均起到了明顯的護(hù)坡作用，坡體土體的抗剪強(qiáng)度得到顯著提高，生態(tài)護(hù)坡有效地控制了河岸土壤的侵蝕，提高了坡岸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時，生態(tài)護(hù)坡還很大程度上改善了河岸的生態(tài)環(huán)境，有利于本地植物快速恢復(fù)起來，增加了河道周邊的生物多樣性。

河道護(hù)坡；生態(tài)護(hù)坡；關(guān)鍵技術(shù)；生態(tài)功能

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.027

1 引言

河岸作為水陸交錯地帶在防洪抗災(zāi)、水土保持以及調(diào)節(jié)氣候方面都發(fā)揮著特別重要的作用［1］。科學(xué)的河道生態(tài)系統(tǒng)可以使物質(zhì)以適當(dāng)?shù)男问胶退俣韧ㄟ^界面區(qū)，有利于保持陸地的水土，同時，可有效避免河水“富營養(yǎng)化”問題的出現(xiàn)。河道生態(tài)護(hù)坡的主要目的是通過生態(tài)護(hù)坡的方式對受損的河岸生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行重建，恢復(fù)其應(yīng)有的生態(tài)功能［2］。目前我國有關(guān)學(xué)者對河道生態(tài)護(hù)坡進(jìn)行了大量的研究，但大多只是停留在相關(guān)定義的具體闡述上，或只對生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的應(yīng)用方法進(jìn)行研究，對于已完成的生態(tài)護(hù)坡工程的生態(tài)監(jiān)控以及效果評估卻很少涉及，因此，無法充分認(rèn)識到這一技術(shù)的演變過程以及其生態(tài)功能［3］。本文對某生態(tài)河道示范區(qū)工程所采用的以植物為主要結(jié)構(gòu)體的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，同時，通過長期的生態(tài)監(jiān)測對生態(tài)護(hù)坡工程的生態(tài)功能進(jìn)行了深入的分析。

2 生態(tài)護(hù)坡關(guān)鍵技術(shù)的選取與應(yīng)用

根據(jù)國內(nèi)外對生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研究理論與具體實(shí)踐，可以將以植物為主體結(jié)構(gòu)的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)具體的分為三種類型［4］：全系列生態(tài)護(hù)坡、土壤生物工程護(hù)坡以及復(fù)合式生物穩(wěn)定護(hù)坡技術(shù)。該工程在對工程區(qū)域詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，結(jié)合河道的周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件、具體的功能定位以及不同生態(tài)護(hù)坡關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用范圍等因素，對生態(tài)護(hù)坡關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行選取。生態(tài)河道示范區(qū)（一）采用全系列生態(tài)護(hù)坡、土壤生物工程護(hù)坡以及復(fù)合式生物穩(wěn)定護(hù)坡技術(shù)（柳枝扦插結(jié)合石籠護(hù)坡、柳枝扦插結(jié)合土工布復(fù)合護(hù)坡）；生態(tài)河道示范區(qū)（二）護(hù)坡技術(shù)以全系列生態(tài)護(hù)坡為主；生態(tài)河道示范區(qū)（三）主要采用土壤生物工程護(hù)坡（見表1）。

表1 示范區(qū)生態(tài)護(hù)坡類型

3 生態(tài)功能研究

從總體上看，生態(tài)護(hù)坡主要包含兩個方面的生態(tài)功能［5］：一是加固河岸，增強(qiáng)河岸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；二是維護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，提高河岸的生態(tài)穩(wěn)定性。該工程完工后即對生態(tài)護(hù)坡進(jìn)行為期三年的生態(tài)監(jiān)測，以對生態(tài)護(hù)坡工程的發(fā)展動態(tài)及生態(tài)功能進(jìn)行科學(xué)評估。

3.1 監(jiān)測指標(biāo)與監(jiān)測方法

（1）樣帶設(shè)置

監(jiān)測過程采用固定樣帶法進(jìn)行樣地設(shè)置，即對不同類型的生態(tài)護(hù)坡均選取2～3個固定樣帶，樣帶從坡頂延伸向常水位，其寬度設(shè)定為1.0m，對每個樣帶的常水位、坡腰及坡頂進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。

（2）監(jiān)測頻率

在生態(tài)護(hù)坡植物的第一個生長季節(jié)對生態(tài)護(hù)坡工程每月監(jiān)測一次，接下來的兩個生長季則每年監(jiān)測2次。采樣用在連續(xù)晴天幾天后進(jìn)行。

（3）護(hù)坡植物的生長狀況及生物量情況

對護(hù)坡植物新生枝條的高度、密度進(jìn)行現(xiàn)場隨機(jī)測定，通過隨機(jī)挖掘規(guī)定數(shù)量的整株護(hù)坡植物進(jìn)行新生根系長度測定，并通過相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)測定護(hù)坡植物樣品的新生枝葉和根系的生物量（干重）［6］。

（4）土體的抗剪強(qiáng)度、緊實(shí)度及含水率指標(biāo)

分別在每個固定樣帶內(nèi)隨機(jī)設(shè)定15個監(jiān)測點(diǎn)，在近常水位置、坡頂以及坡腰位置分別設(shè)置5個點(diǎn)［7］。為減少測量過程對土壤的擾動，監(jiān)測中設(shè)定了科學(xué)的測量順序：首先用W.E.T土壤3參數(shù)儀對土壤的含水率情況進(jìn)行測定，然后用現(xiàn)場剪力測量儀測定土壤的抗剪強(qiáng)度，最后用簡易緊實(shí)度儀對土壤的緊實(shí)度進(jìn)行測定，測量位置應(yīng)為地表以下約15cm處。

（5）河岸生物群落

監(jiān)測過程中對植物的物種多樣性、植物群落結(jié)構(gòu)以及河岸生態(tài)環(huán)境等指標(biāo)進(jìn)行了分析研究。樣帶選取位置同土壤抗剪強(qiáng)度的測定位置，記錄每個固定樣帶內(nèi)植物的類型、覆蓋度、密度、高度等情況，同時對樣帶內(nèi)動物的種類進(jìn)行記錄。

3.2 監(jiān)測結(jié)果分析

3.2.1 護(hù)坡植物生長情況及生物量分析

植物在護(hù)坡工程中有很好的護(hù)坡工程特性，在穩(wěn)固坡岸中起到一定的積極作用。植物的枝葉所具有的降雨截留作用良好，同時其土壤增滲作用、徑流延滯作用、蒸騰作用也特別的顯著。植物的根系具有支撐坡體和固結(jié)土壤的機(jī)械效用。該監(jiān)測過程中對采用全系列生態(tài)護(hù)坡以及土壤生物工程護(hù)坡的護(hù)坡植物的生長情況以及生物量情況進(jìn)行了測定分析。

該工程采用的土壤生物工程主要包括灌叢墊、柴籠以及活枝扦插3種類型，前兩種類型以杞柳枝為主要植物材料，活枝扦插所使用的植物材料是垂柳枝。使用的植物材料都是沒有葉片和根系的新鮮枝條，將新鮮枝條安置在淺表層土壤中。工程完工兩周后，柳枝首先萌芽，完工后的兩個月時間里坡面的新枝大約每月增長7～10cm；新枝最快生長速率出現(xiàn)在5～10月期間，這一期間新枝大約每月增長35～45cm；10～12月氣候變冷，新枝生長速率變慢，每月增長量大約為5cm。完工后10個月通過現(xiàn)場挖掘的方式測定柳枝的生長情況，結(jié)果顯示柳枝和垂柳枝的新生根系的平均深度都在1.0m以上；新枝條的平均高度大約為1.7m，其中最高高度可達(dá)3.1m，新枝的蓋度可達(dá)90%。綜上，經(jīng)過10個月的生長后新枝可以對坡岸起到很好的防護(hù)作用。

3.2.2 土體抗剪強(qiáng)度及含水率

生態(tài)護(hù)坡后坡體淺層土內(nèi)會含有大量的植物根系，根系在土壤中的加筋作用提高了坡岸的穩(wěn)定性。對于淺層土壤而言其抗剪強(qiáng)度是由根系和土體組成的復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度，可直接反映出植物根系對土體的加固作用。不同類型生態(tài)防護(hù)的土體抗剪強(qiáng)度如表2所示。

表2 護(hù)坡的淺層土抗剪強(qiáng)度

經(jīng)過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行單向方差分析可見：生態(tài)護(hù)坡處理后的岸坡的土體抗剪強(qiáng)度與裸露對照岸坡的土體抗剪強(qiáng)度之間具有顯著差異。在生態(tài)護(hù)坡工程完工后初期，各種類型的生態(tài)護(hù)坡的淺層土壤抗剪強(qiáng)度都不大，這是由于初期新枝根系尚未得到良好的發(fā)育，生態(tài)護(hù)坡正開始進(jìn)行自生完善；完工后1.5年以及3.0年，測定的坡岸淺層土壤抗剪強(qiáng)度結(jié)果表明，隨著生態(tài)護(hù)坡中植物的不斷生長以及生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)的不斷完善，各類生態(tài)護(hù)坡的淺層土體抗剪強(qiáng)度都隨著時間的增長而不斷增大，這一現(xiàn)象在坡腰以及常水位位置處表現(xiàn)更為明顯，這兩個部位的淺層土壤抗剪強(qiáng)度明顯高于對照岸坡［8］。對于采用灌叢墊的生態(tài)護(hù)坡，其常水位和坡腰位置處的淺層土壤抗剪強(qiáng)度比對照坡岸的淺層土抗剪強(qiáng)度大2～7倍。采用不同方式的生態(tài)護(hù)坡的坡岸淺層土抗剪強(qiáng)度變化不同，從結(jié)果看采用灌叢墊護(hù)坡的淺層土壤的抗剪強(qiáng)度隨時間增長最快，明顯大于其他兩種生態(tài)護(hù)坡淺層土抗剪強(qiáng)度的增長速率。

圖1 淺層土含水率與抗剪強(qiáng)度相關(guān)性分析

經(jīng)檢測各類生態(tài)坡岸的淺層土壤的含水率大約在15～39%之間變化，淺層土壤的含水率對其抗剪強(qiáng)度有一定的影響。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)生態(tài)護(hù)坡淺層土壤的抗剪強(qiáng)度與其含水率呈顯著的負(fù)相關(guān)（R2= 0.5154，P=0.001＜0.01）（如圖1所示），呈現(xiàn)這一關(guān)系的主要原因是當(dāng)土壤自身的含水率達(dá)到并超過某一數(shù)值時，土壤中便會產(chǎn)生過多的自由水，這些水分降低土壤顆粒之間的吸力，導(dǎo)致土壤的緊實(shí)度減小，從而降低土壤的抗剪強(qiáng)度。對于采用灌叢墊這一方式的生態(tài)護(hù)坡，新生得到密集植物滋生具有很強(qiáng)蒸騰作用，有利于及時將淺層土壤中過多的水分排出土體，從而提高土壤抗剪強(qiáng)度，起到更好的護(hù)坡作用。

3.2.3 生態(tài)護(hù)坡對生物多樣性的影響

對于恢復(fù)重建已經(jīng)退化的河岸生態(tài)系統(tǒng)而言，首要任務(wù)是恢復(fù)植物多樣性并對其進(jìn)行優(yōu)化組合。護(hù)坡工程實(shí)施前，我們對該工程區(qū)域內(nèi)的生物情況進(jìn)行調(diào)查，該區(qū)域植被覆蓋率低，在高度活動的斜坡上植物很難生長，生物多樣性很低。生態(tài)護(hù)坡工程完成后，在第一個生長季節(jié)，坡岸植被得到很快的恢復(fù)，生物物種數(shù)量不斷增加，施工完成初期生物樹種量僅為2～3種，一個生長季后已達(dá)到14～18種。這一現(xiàn)象在采用活枝扦插與全系列組合護(hù)坡的生態(tài)護(hù)坡中表現(xiàn)的最為明顯［9］。

在坡岸植被恢復(fù)的過程中，河岸生態(tài)環(huán)境也不斷改善，這為野生動物的生殖繁衍提供了良好的條件，經(jīng)調(diào)查當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有缘玫矫黠@好轉(zhuǎn)。生態(tài)護(hù)坡工程完工后的第一年，現(xiàn)場調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)植物叢中已有澤蛙、雙叉犀金龜、中華蟾蜍等動物棲息。護(hù)坡植物的根系周邊生活著大量的土壤動物。生態(tài)護(hù)坡完成一段時間后，坡岸的植被逐漸恢復(fù)，當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有缘玫矫黠@改善。

4 結(jié)語

科學(xué)的河道生態(tài)系統(tǒng)可以使物質(zhì)以適當(dāng)?shù)男问胶退俣韧ㄟ^界面區(qū)，有利于保持陸地的水土，同時可有效避免河水“富營養(yǎng)化”問題的出現(xiàn)。而河岸在其中發(fā)揮著不可忽視的作用，因此需加大對河道生態(tài)護(hù)坡關(guān)鍵技術(shù)的分析和研究，使其充分發(fā)揮生態(tài)功能，加固河岸，增強(qiáng)河岸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，維護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，最終實(shí)現(xiàn)其保持河岸的生態(tài)穩(wěn)定性的目的。本文通過對生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研究表明，生態(tài)護(hù)坡有效地控制了河岸土壤的侵蝕，提高了坡岸的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時改善了河岸的生態(tài)環(huán)境，增加了河道周邊的生物多樣性。

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張蛟龍（1986年—），男，工程師。