上海市機場鎮(zhèn)生態(tài)河道示范區(qū)生態(tài)護坡技術(shù)研究

上海市機場鎮(zhèn)生態(tài)河道示范區(qū)生態(tài)護坡技術(shù)研究

健康的河岸生態(tài)系統(tǒng)可以通過適當(dāng)?shù)乃俣群托螤?，加強土地的“水土保護”，防止水生物種的“富營養(yǎng)化”。上海市為平原河網(wǎng)地區(qū),境內(nèi)河湖縱橫,水網(wǎng)交織,水土流失主要發(fā)生在河道兩岸坡面,主要原因是受潮水、風(fēng)浪和船行波影響,造成河岸“一坡一面”(邊坡和堤頂面)的水土流失,使水環(huán)境嚴(yán)重惡化。不合理的土地利用方式和河岸植被破壞,也是導(dǎo)致河岸水土流失的主要因素之一。因此河道生態(tài)護坡是平原河網(wǎng)地區(qū)加強水土保持工作的關(guān)鍵。國內(nèi)對河道生態(tài)護坡的研究大多集中在對生態(tài)護坡的定義、功能的定性描述,或是過分關(guān)注護坡技術(shù)本身,而往往忽視了對已完成的生態(tài)護坡工程進行跟蹤監(jiān)測或工程后評估,對其發(fā)展動態(tài)和水土保持功能認識不足。本研究針對上海市浦東新區(qū)的機場鎮(zhèn)生態(tài)河道示范區(qū)進行了生態(tài)護坡技術(shù)研究,2004年3月初完成了生態(tài)護坡示范工程,隨后對護坡工程進行了常規(guī)的現(xiàn)場監(jiān)測,探討其水土保持效益。1機場鎮(zhèn)生態(tài)河道示范區(qū)概況機場鎮(zhèn)位于上海市浦東新區(qū)東南部,瀕臨長江口,地貌類型屬長江口沖積平原,總面積38.76km2,農(nóng)業(yè)用地占總面積40%以上。機場鎮(zhèn)生態(tài)河道示范區(qū),北起暢塘港,南到機場河,東臨隨塘河,西至東橫港,整個示范區(qū)面積為7km2,水域面積61.81萬m2,河道總長約30km。區(qū)域內(nèi)的河岸植被嚴(yán)重破壞、水土流失嚴(yán)重、部分河道出現(xiàn)淤阻,故河道生態(tài)護坡工程是該區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善的關(guān)鍵。2學(xué)習(xí)方法2.1坡頂、坡腰及常水位部位調(diào)查頻率采用固定樣帶法,即每種類型的岸坡(包括生態(tài)護坡和未施工的對照岸坡)選取2～3個固定樣帶(從坡頂向常水位延伸,寬度為1m),分別在每個樣帶的坡頂、坡腰及常水位部位進行監(jiān)測。護坡工程完成后的第1年(2004年),調(diào)查頻率為每月1次,2005年和2006年調(diào)查頻率為每年1～2次(夏秋季)。為便于縱向比較,每次采樣均安排在連續(xù)出現(xiàn)晴天之后。2.2生物護坡劑的測定采用現(xiàn)場測量和隨機挖掘的方法,對種植的護坡植物(柳、結(jié)縷草等)生長特性進行調(diào)查,即在現(xiàn)場隨機測定植物的蓋度、高度等,并隨機挖掘護坡植物樣品帶回實驗室,測定新生根系和枝葉的生物量(干重)。在每個固定樣帶內(nèi),采用樣方法(0.5m×0.5m)調(diào)查岸坡恢復(fù)的本地植被,從常水位向坡頂移動,記錄每個樣方內(nèi)植物的種類、覆蓋度、高度等指標(biāo)。2.3測定點和測點的確定在每個固定樣帶內(nèi),隨機選取15個點,坡頂、坡腰、近常水位各選5個點,每個點的測定位置包括地表土和淺層土(15cm深)。在每個點運用荷蘭Eijkelkamp公司的便攜式葉片測試器(pocketvanetester)和現(xiàn)場葉片鉆孔儀分別測定地表和淺層土壤抗剪強度。3生態(tài)護坡主要技術(shù)針對機場鎮(zhèn)生態(tài)河道示范區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和河岸水土保持的目標(biāo),選取的生態(tài)護坡技術(shù)均是以活的植物體作為主要護坡結(jié)構(gòu),主要包括全系列生態(tài)護坡技術(shù)、土壤生物工程技術(shù)以及復(fù)合式生物穩(wěn)定技術(shù),施工期限為2004年1～3月。3.1護坡植物的應(yīng)用全系列生態(tài)護坡技術(shù)是從坡腳至坡頂依次種植沉水植物、浮葉植物、挺水植物、濕生植物(喬、灌、草)等一系列護坡植物,形成多層次生態(tài)防護,兼顧生態(tài)功能和景觀功能。在機場鎮(zhèn)示范區(qū)內(nèi)的工程實施面積為28714m2,占總工程量的90%左右。應(yīng)用范圍包括位于居民區(qū)和交通干道附近的河段以及河岸侵蝕不嚴(yán)重的河段。3.2植物種植邊坡土壤生物工程是一種邊坡生物防護工程技術(shù),采用有生命力的植物根、莖(稈)或完整的植物體作為結(jié)構(gòu)的主要元素,按一定的方式、方向和序列將它們扦插、種植或掩埋在邊坡的不同位置,在植物生長過程中實現(xiàn)加固和穩(wěn)定邊坡,控制水土流失和生態(tài)修復(fù)。土壤生物工程主要包括活枝扦插、柴籠以及灌叢墊等3種基本工程類型?；钪ηげ遄o坡采用的植物材料是垂柳枝,而活枝柴籠和灌叢墊采用的植物材料是杞柳枝。示范區(qū)內(nèi)的工程實施面積為3052m2,其中活枝扦插、活枝柴籠和灌叢墊的種植面積分別為2437,300m2和315m2。3.3錨桿、植生基質(zhì)、復(fù)合材料網(wǎng)復(fù)合式生物穩(wěn)定技術(shù)強調(diào)用活性植物與工程措施相結(jié)合,技術(shù)核心是植生基質(zhì)材料,依靠錨桿、植生基質(zhì)、復(fù)合材料網(wǎng)和植被的共同作用,達到對坡面進行綠化和防護的目的,該技術(shù)適用于重力侵蝕非常嚴(yán)重的岸坡。在示范區(qū)內(nèi)的應(yīng)用范圍為部分陡坡的生態(tài)修復(fù),包括杞柳與石籠的復(fù)合技術(shù)、杞柳與土工布的復(fù)合技術(shù),施工河段的總長為80m。4生態(tài)護坡工程的水土保持效果分析2004年3月機場鎮(zhèn)河道生態(tài)護坡工程完成后,對已完成的護坡工程進行了近3年的生態(tài)監(jiān)測,以評估生態(tài)護坡工程的發(fā)展動態(tài)和水土保持效益。4.1護坡植物生長情況全系列生態(tài)護坡工程的主要護坡植物是結(jié)縷草和其他一些濕生喬灌木,護坡工程結(jié)束后結(jié)縷草生長良好,地上部分的生長速率為每月2～3cm,當(dāng)年10月地上部分平均高度達到18cm。12月14日測定結(jié)縷草地下部分(根系)和地上部分的干重平均值均為0.8kg/m2,根系平均長度為13cm,有效控制了近地表的土壤侵蝕。挺水植物種植區(qū)內(nèi)出現(xiàn)泥沙淤積,其消浪和促淤作用很明顯,對常水位的岸坡起到良好保護作用,消除了以往常水位線附近水力淘蝕的問題。土壤生物工程護坡植物的種植方式和生長方式不同于其它固坡植物,剛種植時杞柳枝和垂柳枝均為沒有根系和葉片的新鮮枝條,植株整體埋在淺表層土壤中。施工完成后,護坡植物杞柳和垂柳枝保持良好的長勢,在整個生長季節(jié)內(nèi)(3～12月)坡面的新枝平均每月長高約20cm。護坡植物種植10個月后,新生枝條和根系的生長量均達到很高的水平(表1),水土保持效益明顯?；钪ηげ迮c柴籠組合護坡工程的新生枝條平均高度逐年增加,2006年夏季達到155cm,平均蓋度近70%;灌叢墊護坡的杞柳生長最好,2004～2006年夏季的杞柳蓋度均超過90%,新枝平均高度已接近2m,枝葉的截雨作用和根系的固土作用很明顯,其水土保持效益逐漸增強,原有的土壤侵蝕得到控制,現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)明顯土壤侵蝕現(xiàn)象。復(fù)合式生物穩(wěn)定技術(shù)種植的護坡植物杞柳生長狀況類似于灌叢墊護坡,護坡工程完成后的第1年夏季,杞柳存活率超過90%,新枝平均高度達到2m,蓋度接近100%。4.2群落物種組成及蓋度護坡工程完成后,生態(tài)護坡的護坡植物有效控制了坡面侵蝕,為其他本地植被的恢復(fù)提供了穩(wěn)定的生境,本地植被逐漸得到恢復(fù)。2004～2006年,全系列生態(tài)護坡的夏季草本植物群落的物種總數(shù)均達到9種,恢復(fù)后本地草本的總蓋度和平均高度均有所增加,由2005年夏季的17%和15cm,分別上升至2006年夏季的37%和46cm?；钪ηげ迮c柴籠組合護坡的本地植物群落恢復(fù)迅速,連續(xù)3年坡岸的草本植物群落總蓋度均超過90%,生態(tài)護坡的水土保持效應(yīng)增強。對未施工對照岸坡的植被進行了同步調(diào)查,3年中整個坡面植被稀少,裸土面積達到75%以上。4.3地表和深入地表土壤固結(jié)作用土壤抗剪強度是土壤抗侵蝕性的一個重要指標(biāo),生態(tài)護坡工程通過植物的作用增強土壤抗剪強度。監(jiān)測結(jié)果顯示,未施工對照岸坡和灌叢墊護坡的地表土壤抗剪強度小于其他生態(tài)岸坡類型,尤其在坡腰部位表現(xiàn)更加突出(表2)。這是因為柴籠和活枝扦插組合護坡以及全系列生態(tài)護坡的坡面草本均生長較好,草本植物緊貼地面生長,對地表土壤的固結(jié)作用非常明顯;而灌叢墊岸坡和未施工對照岸坡的地表草本植物較少,表層土壤缺少低矮草本根系的作用,地表抗剪強度下降。全系列生態(tài)護坡的常水位處地表土壤抗剪強度最高,與挺水植物的促淤作用有關(guān)。淺層土壤抗剪強度實際上是土壤與植物根系復(fù)合體的抗剪強度,更能反映植物根系的固土作用。單向方差分析結(jié)果顯示,生態(tài)護坡與對照岸坡之間的淺層土壤抗剪強度變化具有顯著性差異(P=0.004<0.01)。工程完成后的初期(2005年2月),生態(tài)護坡的淺層土壤抗剪強度均比較小,灌叢墊的坡頂、坡腰的抗剪強度均小于對照岸坡,但常水位處的抗剪強度明顯高于對照岸坡(表3)。2005年7月和2006年8月測定結(jié)果表明,隨著生態(tài)護坡植物生長和系統(tǒng)自我完善,各類生態(tài)護坡的土壤抗剪強度不斷增大,尤其是坡腰和常水位處的抗剪強度明顯高于對照岸坡。灌叢墊的淺層土壤抗剪強度隨著時間增長最快,明顯大于其他土壤生物工程(活枝扦插與柴籠)和全系列生態(tài)護坡。灌叢墊護坡的坡腰和常水位處土壤抗剪強度達到對照岸坡的3～8倍(表3)。5復(fù)合式生物穩(wěn)定技術(shù)特點(1)護坡工程完成后進行了近3年(2004～2006年)的連續(xù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明,種植的護坡植物生長良好,水土保持效益明顯。全系列生態(tài)護坡的結(jié)縷草對表層土壤的防護非常有效,挺水植物的促淤作用明顯,解決了以往常水位線的土壤侵蝕問題。土壤生物工程的坡面形成龐大的根系網(wǎng)絡(luò),具有良好的水土保持作用。復(fù)合式生物穩(wěn)定技術(shù)的杞柳枝生長狀況與灌叢墊相似,與土工布、石籠共同構(gòu)成穩(wěn)定的岸坡結(jié)構(gòu)。(2)護坡植物作為建群種為河岸本地植被的恢復(fù)創(chuàng)造了穩(wěn)定的生境。調(diào)查結(jié)果表明,近3年中生態(tài)護坡的本地草本植物恢復(fù)很快,總體上草本植物的蓋度和