淺析土壤生物工程技術及研究進展

蔡梟　王凡成

【摘 要】土壤生物工程是目前較為常用的環境防治技術，該可以用在土壤和水利工程領域，特別是用在邊坡和河岸的穩定和侵蝕防治中。對我國自然生態環境的防護和治理具有十分重要的意義。

【關鍵詞】土壤生物工程；植物；環境保護

一、土壤生物工程簡介

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

（一）植物覆蓋技術

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

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

（三）聯合措施

即活的植物體和無生命材料聯合措施。當邊坡陡峭、表面和土體穩定都有問題時或者是施工區生境不適宜植物生長時當地狀況使植物生長困難時在植物生長前就需要對土體進行防護時，植物措施難以完全發揮作用，就需要利用一些無生命材料來輔助施工，例如石塊，混凝土或死的植物枝干等。

（四）輔助措施

為了緊急對當地植被進行補充，就需要采取輔助的措施，如移栽樹木或改善土壤等技術，由于這些措施花費較高，所以一般情況下不建議使用。

（五）無生命材料營建措施

主要為傳統的結構工程，例如混凝土重力墻。

二、土壤生物工程技術的國外研究進展

工業革命開始以后，人們對機械的崇拜導致利用自然材料控制土壤侵蝕和邊坡保護的自然方法不受歡迎。機械化的年代和混凝土鋼鐵技術的發展，鼓勵在工程實施中使用剛硬和無生命的建筑材料。這些材料保證結構更為長久、耐用。在美國和歐洲，如何運用機械和人工材料進行建筑和邊坡防護，是多數研究者的追求目標。

工業革命后，一系列環境問題如坡面侵蝕、山體滑坡和崩塌以及河岸退化等引起歐洲一些國家的重視。20世紀初，少數研究者才開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，在慕尼黑專門成立了一個研究所研究開發道路建設中的土壤生物工程技術。該研究所所長Arthur von Krundener為該項目技術的發展做出了很大的貢獻，后來他被看作是中歐地區的土壤生物工程技術之父。同時期，在加利福尼亞的Charles Kraebel發展了“籬墻”技術，應用復合的生物技術，如：木樁、梢捆和植物移植等技術來來保護岸坡。這些實踐性的工作為后來土壤生物工程技術的發展奠定了基礎。

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

三、土壤生物工程技術的國內研究進展

中國的史書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疏導洪水，同時這些河道還可以作為當地農民的灌溉渠。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驗，采用了一種新方法來抵御洪水。受大禹的啟發，李冰設計了一種“楗尾堰”來疏通河道（后來被稱為都江堰）。“楗尾堰”的得名源于“破竹為籠，圓徑三尺，以石實中，累而壅水”的竹籠裝石方法（亦稱為“楗尾”）。每個楗尾幾米長、半米寬，放置在河流沿岸或者水里，來分流主河道中的水。這種河道系統然后又出現在一些小河道中，所以又出現了為莊家灌溉的灌溉系統，這種方式在成都附近至今猶存。在11世紀，宋朝沈括的《夢溪筆談》中記載了制作楗尾技術的進一步發展。與此同時，楗尾還被用于治理經常泛濫、久治無用的黃河缺口，在強水流到來前，把楗尾最后放在缺口處，這樣洪水就無法將它沖走了。后來，人們又將很長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生斷裂。在中國，人類與洪水抗衡長達幾個世紀，這也使楗尾技術不斷發展進步。

胡海亂等（1999）提出了籠石擋墻、網籠墊塊護坡和復合植物護坡等生態型護岸技術并應用在廣西漓江治理工程中。在引灤入唐工程中，陳海波等（2000）提出了網格反濾生物組合護坡技術。周躍（2000）提出了“坡面土壤生物工程”技術。王準（2002）針對上海的立地條件，把河岸帶綠化根據岸體設計中使用了一種親水生態護岸設計--棧橋式生態親水護岸，實現了在水位變化較大的情況下，仍然具有親近人、生態和美的效果。俞孔堅等（2002）提出水位多變情況下的親水生態護岸設計。夏漢平等（2002）在北江大堤植草護坡效應研究中，提出香根草和百喜草都能耐較長時間的水淹，并都有較強的抗逆性，結合土石方工程，并輔以三維網覆蓋，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坡作用。

四、結論

土壤生物工程技術措施通過植物和河流岸坡的相互作用機制在防止坡面侵蝕的同時還可以起到河流生態修復的作用，并逐漸促進河流的自我生態修復，是解決河流生態退化的一個關鍵技術措施，在世界范圍內引起了廠泛關注和大量應用。而我國在這方面的研究起步不久，此技術在國內的推廣還面臨著許多待解決的問題。

參考文獻：

[1]王穎.土壤生物工程在京郊示范區中生態修復的應用研究[D].北京林業大學，2012.

[2]劉瑛.土壤生物工程技術在河岸生態修復中應用效果的研究[D].北京林業大學，2011.