土地生物工程在京郊示范区中生态修复之运用研究

　　土地生物工程在京郊示范区中生态修复之运用研究1前言1.1研究背景随着生物科学、环境科学以及水利生态学和生态科学的发展，使得人们逐歩地认识到传统意义上认为正确并且普遍实施的河流的治理方式只能在短期内满足社会与经济发展的需求，对于社会的和谐发展有许多不利因素。因为这些治理方式都在不同程度上破坏了河流生态系统的动态平衡，阻碍河流发挥它的功能，使得河流的生态系统功能在逐步地退化，甚至遭到不可修复的破坏，这样一来也让人们的长远利益受到损害。在权衡对水资源开发利用与生态保护这两者的关系中，必须从科学、技术、立法和管理等多方面寻找着水资源开发利用与生态修复之间的合理平衡点，从技术层面来讲，发展和探寻河流生态修复与生态河道构建就成为一种必然的趋势，这既是自然的选择，也是未来的发展趋势。河流的生态修复与生态河流的构建应该是通过在现有的河流治理工程上，改进传统方法的建设，必须从理念上改变，在治理河流的过程中加入生态学的原理，并依据河流现有的状态、河流具备的功能以及决策者需要河流在未来需要发挥什么样的功能，对河流的修复工程进行生态设计，在现有的工程基础上修复或者重新构建出符合目标流域、地域的生态特征的河流，并且找到符合的水生态系统和河岸生态系统，创造出河流内水生生物赖以生存的生态环境系统，最终可以形成结构合理、物种丰富同时发挥有效功能的河流水生态系统，从而能够达到人与水和谐共处，互相有利益影响的目的（陈雪，2006)。综上可以总结出河流生态修复以及生态河流构建的内涵就是：(1)河流的生态修复以及构建生态河流是需要结合数学、力学学科以及结构学基础和需要完整工程技术方法为一体的技术学科。(2)河流的生态修复以及构建出可持续发展的河流生态系统需要大量吸收生态学的理念、运用生态学的知识以及技术方法，以期能够与传统的水利工程规划设计、管理等方面有着较好结合的生态技术工程的技术体系。(3)在工程目标的方面，则是期望达到体现在不同的社会经济经发展水平下生态保护水资源合理利用开发之间的平衡关系，其中在工程施工中所遵循的基本原则j就是达到社会经济的可持续发展以及河流的水资源能够和谐共处，共同发展的目标(杨晓辉，2004)。 由于现有的河流都是与人类生活息息相关的，因此对河流的生态修复以及构建生态河流也就是通过人工影响建造，是一种在非自然原生态下的，但又尽可能贴近自然，这里可以理解为近自然的状态，这样的工程是体现人与自然和谐共处的象征。对水资源利用工程，一般是通过防洪安全性、工程的可靠性、耐久性以及经济性为基础和前提，同时也能够满足资源、环境等可持续发展和河流多功能的开发为目标，逐步形成河流的河岸带草木茂盛、河流内水生生物以及河道周边生物物种多样，进而形成较好的景观效果，河流达到很好的亲水性，让人类与河流能够和谐、水体鲜活流动、水质状况改善、并且形成各种水生物物种种群能够自然栖息依赖的生态系统，并且能够使河流的水体达到自我净化和自我修复能力的生态水利工程。综上能够总结出一个能够发挥多种功能同时健康生态型河流应该具有以下几个特征：(1)河流一般是受到人类活动影响下的河流，人类活动对其作用较大。(2)生态河流能够达到人与自然的和谐共处。(3)生态河流具植物、动物多样性和近自然的特征。(4)生态河具有较好的景观价值。(5)生态河流的恢复是循序渐进的。为了实现生态河流修复的技术。出于对自然河流环境的向往，人类在河流生态修复技术以及构建生态河流已经开始了种种新的尝试，现代的治理河流的技术已经与以往不同，所秉持的理念也有大大的进步，所选用的材料都有了新的发展。1.1.2生态型河流的修复目标 河流生态修复工程项目，首当其冲就应当明确生态修复的目标，这个修复目标应该是能够明确反映给定的特定河段将有可能出现的、生态的、健康的动态的河流状态，所谓的动态就是要强调生态修复状态并不是一种完全的或者确定的状态。这是由于在河流的演进过程中，存在着一系列不可逆转的因素，这些因素在一定程度上不停影响着河流自身的状态，其中包含了对河流水文地质和形态等特征的变化，传统的水利工程中混凝土对河漫滩、河流岸边带以及河流内水生生物的改变，或者无法去除的外来生物物种的侵占等等。这种目标往往不是某一种时刻或者某一个历史时期的状态。这就是想要将河流生态系统进行修复，使其能够恢复到某一种历史时期的生态系统状态是很难实现的，这不仅仅是由于历史资料数据的缺乏所造成，难以建立可信的历史状态模型，更主要的原因是：由于河流的生态系统它始终是处于在动态的演进过程中的，而这样的演进过程，众所周知它是不可逆转的。河流的生态修复是需要考虑所要恢复的河流的地形、地貌、水质、水文条件、植物生长状况以及人类对河流生态环境的需求程度以及施工材料的选择、施工材料的费用以及材料运输的难易程度等因素，还要考虑所采用的施工中的各种技术措施对河流生态系统的影响、对水流、岸边带的冲击是否能够保证最小干扰状态，同时又能够创造大量动植物生长所需要的多样性化的栖息地，以及在修复后是否能够拥有很长时间的稳定发展。2研究内容和方法2.1研究的主要内容本文主要针对以下几个内容进行研究(1)土壤生物工程在北京郊区的应用。主要是归纳总结北京郊区现有的土壤生物工程措施，对各种措施进行CAD图的绘制，说明其特点以及适用范围，施工时的要点以及后期维护管理等问题。(2)适宜于北方地区土壤生物工程植物材料的研究。对北京郊区琉璃河河段以及昌平苗圃实验基地各种植物的生长特性以及根系特征进行研究，分析相同植物在不同土壤生物工程措施下的差异性，以及同一种土壤生物工程措施下，不同植物的差异性，筛选出适宜于北京郊区土壤生物工程施工的植物材料。(3)植物材料固土力学机理研究。对于琉璃河河段以及昌平实验基地的植物在扦插措施下进行现场抗拉实验，比较不同植物的固土能力，探讨植物和土壤之间的力学关系。2.2研究的路线与方法2.2.1研究方法(1)北京郊区土壤生物工程的应用研究。通过对北京郊区现有的土壤生物工程措施进行实地调査，归纳总结出在北京市郊区存在的土壤生物工程的施工特点，用CAD软件进行绘制，介绍各种措施的特征、应用范围以及后期维护管理，针对北京郊区琉璃河河流采用近自然方法进行调研，对能够体现琉璃河的生态现状指标对琉璃河河段生态修复进行评价。 (2)植物材料适应性的研究。为了检验土壤生物工程措施在河流生态恢复中的作用，以北京市怀柔区琉璃河裸露坡岸以及在昌平实验区苗圃实验基地的植物材料为研究对象，从施工结束开始（2009年4月），每月对样带地中体现植物生长特征的株高、基径、生物量进行调查分析，到达一个生长期后每3个月进行调查，成活率、盖率在最后一期进行调查，对于植物根系采用水冲法和现场挖掘法以用来研究植物在北京郊区的适宜性，其目的是为了筛选出适合于北京市郊区土壤生物工程的植物材料，对土壤生物工程的植物配置模式提出建议。(3)固体力学的研究。同样对琉璃河河段以及昌平实验基地的毛柳、金丝柳在扦插措施下进行现场垂直抗拉实验，记录不同植物的最大抗拉力判断植物的固土能力，通过建立土壤与植物的固土力学进行比较，对比研究在有水流冲刷下和单纯只受到人为破坏的植物固土能力。3研究区概况及示范区的近自然评价...........................27-373.1水文地貌........................27-283.2示范区河流所在流域的近自然........................28-373.2.1水文形态........................29-323.2.2生物多样性........................32-343.2.3水质特征........................34-363.2.4生物-土壤-水之间的关系........................36-374土壤生物工程在京郊示范区的应用研究........................37-514.1京郊河流护岸中应用土壤生物工程的技术........................37-414.1.8码石护岸技术........................414.2土壤生物工程的实际应用........................41-515结论与建议........................51-535.1本文的研究结论........................515.2建议........................51-53结论土壤生物工程措施改善了河道的生态环境以及其他生物的生活环境和质量，无论在真正的河流生态修复还是试验地坡地环境改善中，都收到了很好的效果，不仅达到了结构稳定的要求，也在很大程度上改善了周围的环境，当然在天然的河流生态修复与试验地坡地破坏试验中也存在着差异，主要得出的结论是：(1)在不同的土壤生物工程施工方法不同的情况下，成活的毛柳的生长情况达到较高的水平，不同的土壤生物工程措施的新枝高度和基径分别平均增长到116. 9cm和0.85cm。由于施工方法不同，毛柳的生长表现出明显的差异；完工1个月后，各种措施毛柳的生长状况由好到差依次是灌丛垫、埋根、梢捆，完工4个月和5个月和13个月后，生长状况由好到差依次是：埋根、梢捆、灌丛垫、扦插。基径的生长情况与生长高度的情况遵循同样的规律。土壤生物工程施工后河溪岸坡植物快速恢复，生物多样性增加。(2)应用金丝柳、紫穗槐、毛柳植物材料对40m人工边坡进行生态修复性试验，调查与监测3种植物材料的生长状况，并对其进行适宜性评价。结果表明：1)采用扦插措施，金丝柳的基径与毛柳的基径存在显著性差异性，毛柳平均基径比金丝柳小22.5%，金丝柳的株高与紫穗槐的株高存在显著性差异，紫穗槐平均株高比金丝柳小33.3%。2)采用灌丛垫措施，紫穗槐的基径与金丝柳的基径存在显著性差异，金丝柳比紫穗槐的平均基径小18.2%，株高的生长情况3种植物无明显差异。在扦插和灌丛垫措施下，金丝柳、毛柳表现出良好的适应性，而紫穗槐适合用于灌丛垫措施。(3)利用金丝柳、毛柳两种植物对琉璃河天然河道坡岸和昌平人工边坡两个试验点进行土壤生物工程生态修复进行对比研究，结果表明：土壤生物工程对人工边坡的修复效果优于对河道坡岸，其中金丝柳比人工边坡的金丝柳的新生根系生物量小28.7%，人工边坡中的金丝柳的根系最大抗拉力是天然河道坡岸中的1.4倍，河道坡岸的毛柳比人工边坡毛柳的新生根系生物量小36.4%，人工边坡中的毛柳的根系最大抗拉力是天然河道坡岸中的1.3倍。