土壤生物工程在河道坡岸生态修复中应用与效果

土壤生物工程是一项采用存活植物构筑边坡结构,稳定河道（流）坡岸和生态修复的工程技术.本文简要讨论了土壤生物工程的原理和活枝扦插、柴笼、灌丛垫以及复合工程等基本种植技术;介绍了我国第一个采用土壤生物工程修复河道坡岸的示范工程,对比了工程实施后河道坡岸10个月来的坡岸土壤剪切力、生境条件和生物多样性变化.研究和示范工程表明,采用土壤生物工程方法可以稳定坡岸、改善坡岸的栖息地质量、修复河道的生态环境.土壤生物工程方法可以在我国各类岸（边）坡的生态修复中广泛运用.     

崇明岛河道治理中的生态护坡技术

生态护坡技术对于减弱河道生态系统中的河岸侵蚀及其水质保护至关重要。本研究以上海崇明岛瀛东村生态河道示范工程为例,探讨了以生态修复和稳定坡岸为目标的生态护坡技术在河道坡岸修复中的应用及其生态效应;将自主发明的生态护坡技术应用到工程实例,并进行了连续的生态监测。结果表明,护坡工程竣工后第2年采样点河道中段(A2)与村口桥(A4)的坡岸抗剪强度均值分别为62.0和63.5kPa,远大于原始护坡A1处37kPa的抗剪强度,土壤抗剪强度有明显增加,坡岸结构稳定性增强。河水水质经过护坡植物的净化得到较好改善;沿水流方向,总氮(TN)从2.95降到1.08mg·L-1,减少了63.4%;铵态氮(NH4+-N)从2.64降到1.02mg·L-1,减少了61.4%。同时,河岸生境得到改善,生物多样性增加,生态稳定性增强。     

河道生态护坡关键技术及其生态功能

在上海4个生态河道示范区,开展了以生态修复和河岸侵蚀控制为目标的河道生态护坡技术研究。在不同河段分别采用了土壤生物工程护坡、全系列生态护坡以及复合式生物稳定等三类生态护坡技术。护坡工程完成后,以浦东新区机场镇生态河道示范区为重点,对主要护坡工程进行持续3a（2004~2006年）的生态监测,从坡岸的结构稳定性和生态稳定性两方面对护坡工程进行生态功能研究。3a来,护坡植物生长良好,新生枝叶和根系的护坡作用明显,土壤抗剪强度明显增加,河岸土壤侵蚀得到有效控制,坡岸的结构稳定性增强;同时河岸生境得到改善,本地植物快速恢复,生物多样性增加,河岸植物群落结构由单一结构向复杂结构转变,生态稳定性逐渐增强。     

上海大莲湖湖滨带湿地的生态修复

采用改变土地利用模式、水系改造和植被配置等技术开展了上海青浦大莲湖湿地修复示范工程。本文从2008年8月到2010年3月跟踪调查了土地利用方式、鸟类群落、两栖爬行类、水质等多类指标来对示范工程进行评估。结果表明,实验区生态系统的生境结构和生物多样性组成都发生了明显的变化。实验区内土地利用由主要以人工养殖鱼塘和林地为主的人工湿地(人工鱼塘占50%,林地占25%),转变为以开放性水域和乔灌草相结合的半自然状态下的自然湿地(明水面面积占30%,各类植被群落占50%,人工鱼塘完全消失),植被从只有片段化林地转变为乔木、灌木丛、草本植物及各类水生植物相结合的格局;工程后鸟类种类和数量均高于工程前(新纪录到11种鸟类),鸟类多样性指数和均匀性指数也有明显增加,其中目标鸟类——雁鸭类新增6种,种类和数量都呈显著增加;两栖爬行类种类变化不大,共记录到6科12种,但整体数量比工程前增长了59.1%;水质指标的变化也很突出,与工程前人工鱼塘相比,实验区内水体中总氮(TN)、硝态氮(NO3-N)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)、高锰酸钾指数(CODMn)等主要指标均有显著下降(P<0.05),水质改善显著。由此说明,修复工程改善了大莲湖湖滨带湿地的生态环境,生物多样性得到较好的恢复,呈现出良好的湿地修复效果。     

廊道式工程建设对土壤生态环境影响的meta分析

廊道式工程建设对沿线区域生态环境造成不可避免的影响,定量化研究廊道式工程建设对沿线地区土壤生态环境的影响具有重要意义。本文基于meta分析方法,研究了3种廊道式工程(输油/气管道、公路和铁路)对土壤生态环境的影响。结果表明,廊道式工程对土壤理化性质产生一定的影响:3种工程周边的土壤养分指标和土壤含水量的结合效应值均<1;管道工程建设对土壤有机质、有效氮、总氮、总磷和pH的扰动达到显著水平(P<0.05);公路显著降低周边土壤总磷、含水量和CEC的含量(P<0.05),同时公路显著增加了周边土壤容重和pH,结合效应值分别达到1.2265和1.1649,公路造成周边土壤Cu、Zn、Pb、Ni、Cd、Cr和As的显著污染(P<0.05);铁路显著降低沿线土壤有机质和总氮的含量(P<0.05),并且导致周边土壤Cu、Zn、Pb、Cd的显著污染(P<0.05)。     

受损河岸生态修复工程的土壤生物学评价

为探索受损河岸生态修复的理论与技术,以修复4年的河岸生态修复工程为研究对象,从土壤生物学角度评价了人工构建的河岸生境缀块对受损河岸生态系统的修复作用.结果表明,经过4年的恢复,修复区土壤中各种微生物的数量明显高于对照区;修复区土壤动物种类、数量、生物多样性指数以及土壤有机质、N、P、K含量均高于对照区.修复后,受损河岸的土壤性状得到了明显改善,土壤生物多样性及河岸生态系统稳定性得到了提高.人工构建生境缀块的河岸生态修复工程不仅经济成本低,而且具有生态、景观和社会价值,为已建混凝土河岸的生态改造和受损河岸的近自然修复提供了新模式.     

珠三角典型稻田生态沟渠型人工湿地的非点源污染削减功能

为了评价珠江三角洲地区农业非点源污染控制技术的开发与削减功能,本研究以珠海市斗门区上洲村典型稻田系统为例,提出了一种适应当地实际情况的生态沟渠型人工湿地构建技术,并进行了示范工程建设和防治效果评价。结果表明:该生态沟渠利用农田既有的排灌系统,经过适当改建而成;在满足原有排灌功能的前提下,对稻田排水径流中固体悬浮物(SS)、总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(CODCr)、铵态氮(NH4+-N)、生化需氧量(BOD5)的去除效率分别达到71.7%、63.4%、49.9%、26.6%、14.5%和11.6%;对营养型和颗粒态污染物质净化作用效果较好,对有机型污染物净化作用有限;其中对SS和TP的作用最为明显。该技术和工程成本效益良好,既减轻了稻田排水对附近水体的污染负荷,又增加了农田的景观效果。在珠三角及类似的经济发达而人地关系紧张的地区具有一定的推广价值。     

大沽排污河生态修复河道水质综合评价及生物毒性影响

为了改善城市河道水质,实现排污河污染控制与修复,在天津市大沽排污河的上游代表性河段开展了河道原位生态修复工程示范。对植物修复后河道的污染状况进行了监测和分析,与清洁河道做了比较,并对水质修复效果和生物毒性影响状况进行综合分析和评价,研究生态修复示范工程对排污河水质的修复效果和生态效应。结果表明:经种植水葱等水生植物进行生态修复后,河道污染一定程度上降低,水质得到改善。大沽河主要污染是营养元素N、P污染和有机物污染,重金属污染不严重。植物修复对电导率、溶解性总固体(TDS)、盐度、氯化物有一定影响,但影响不显著;对COD等有机污染的修复效果较好,最高去除效率可达54%,但相比清洁水域值依然较高,有机污染依然较严重;对营养元素N、P没有修复效果,反而修复区有升高的趋势,相对清洁水域污染严重。主成分分析表明水质参数主要是氨氮、总氮、总磷代表的营养元素及pH值、DO、电导率、TDS、盐度和氯化物,综合评定结果显示修复区域芦苇根部水质最好;聚类分析将17个水质指标分成5类,并与主成分分析结果显示出一致性。植物根际周边的微生物数量多,群落多样性高。植物修复对水样植物毒性影响明显,能降低其毒性;水样对发光菌均具有毒性作用,存在潜在的急性生物毒性;修复区水样对水生动物大型蚤不存在急性生物毒性。     

北方农牧交错带草地生物多样性与草地生产力和土壤状况的关系

于2010年选择内蒙古多伦和河北的围场、沽源3个旗县10个样地的草甸草原和典型草原,探讨了北方农牧交错带草地生物多样性与草地生产力和土壤状况的关系.结果表明:3个地区的草地均匀度指数与物种丰富度指数呈显著正相关(P＜0.05),且草地生物多样性指数(H)和均匀度指数与草地生产力之间呈极显著正相关(P＜0.01),而与土壤含水量(0 ～30 cm)的相关性不显著(P＞0.05);草地生物多样性指数和均匀度指数与土壤全氮呈负相关(P＜0.05),且与中上层土壤全氮(10 ～20 cm)呈极显著负相关(P＜0.01),而与土壤有机质之间的相关性不显著(P＞0.05).表明提高草地多样性可以增加草地生态系统的生产力和稳定性.     

不同施氮方式和施氮量对马尾松和木荷幼苗根系土壤细菌群落的影响

作为影响全球变化的主要因子之一,氮沉降对生态系统生物地球化学循环有重要的影响。细菌作为土壤生态系统物质循环的关键参与者,是土壤生态系统变化的敏感指标,在氮沉降对生态系统影响过程中发挥不可忽视的作用。模拟2种施氮方式(SAN:土表施氮,LAN:叶面施氮)和3种施氮量(5.6、15.6、20.6 g N m^-2a^-1),运用PCR-DGGE技术,分析不同施氮方式和施氮量对两种盆栽植物马尾松(Pinus massoniana Lamb.)和木荷(Schima superba Gardn.et Champ.)幼苗土壤细菌多样性和群落组成的影响。结果表明:不同氮添加方式下,土壤细菌多样性和群落组成对氮添加的响应不同,并受到季节的影响。在雨季,LAN处理木荷土壤细菌多样性高于SAN处理;而旱季,LAN处理两种幼苗根系土壤细菌多样性均高于SAN处理。LAN处理条件下,马尾松土壤AcidobacteriaGp1相对丰度在旱季和雨季均显著高于SAN处理(P<0.05)。在雨季,马尾松LAN处理土壤Alphaproteobacteria相对丰度显著低于SAN处理(P<0.05),旱季没有显著差异(P>0.05)。氮添加能够提高木荷土壤细菌多样性,提高马尾松土壤变形菌门的相对丰度。旱季施氮还能够提高马尾松土壤Actinobacteria相对丰度,降低木荷土壤酸杆菌门的相对丰度。土壤细菌群落变化与土壤pH显著相关(P<0.05),木荷土壤细菌群落还受到土壤NH+4-N含量的显著影响(P<0.05)。     

Soil bioengineering and the ecological restoration of riverbanks at the Airport Town,Shanghai, China

Ecological, soil bioengineering, and traditional techniques were integrated to obtain a structurally sound, ecologically sustainable and socio-economically beneficial method for restoring the riverbanks at the Airport Town, Shanghai, which was the first project applying soil bioengineering to riverbank restoration in China. Soil bioengineering is the use of living plant materials to construct structures that perform some engineering and ecological functions and can provide an effective means for slope stabilization and site restoration of riverbanks. The restoration and management strategy was based on a plan to integrate the natural landscape using live staking, live fascines, brush layer, vegetated geo-grids and geo-gabions, along with native vegetation for riverbank preservation. Ecological parameters including root characteristics and their biomass, species and habitat diversity, and soil moisture and shear stress were measured for site characterization and evaluation of a demonstration project The riverbank erosion was reduced significantly, along with an increase in species and habitat diversity, and improvement in aesthetics and water quality after a ten-month project implementation period, when compared to the control site. Our project of ecological restoration of riverbanks can be viewed through the perspective of the 19 principles presented by Mitsch and Jorgensen, which shows also how the principles and methods of soil bioengineering, and the concepts of ecological engineering that have recently been much developed in the West have been absorbed into Chinese practices of ecological engineering and can be applied to ecological restoration of riverbanks in China.     

黄土丘陵区土地覆盖和生物多样性功能演化及预测

为探究黄土丘陵区土地覆盖和生物多样性功能演化,评价生物多样性保护视角下的最优生境,研究以宁夏彭阳县为研究区,1995、2000、2005、2010、2015年的Landsat TM影像为基础数据,集成3S技术获取土地覆盖时空动态变化特征,采用陷阱法于2012和2013年6—8月在研究区灌草混交林地、乔灌混交林地等6种不同生境内采集地表甲虫样本数据,利用InVEST-Habitate Quality模型评价生物多样性功能,结合采样数据探究最佳生境,借助CA-Marcov模型模拟研究区2020年土地覆盖及生物多样性功能。研究结果表明:(1)1995—2015年彭阳县土地覆盖及生物多样性功能发生显著变化,未利用地减少,城镇用地快速扩张,生境中天然封育草地和水平农田地变化明显,研究期间生物多样性功能经历了退化-优化的转变,2015年最佳;(2)模拟2020年土地覆盖中的水平农田地、城镇用地等较2015年有显著变化,生物多样性功能提高;(3)灌草混交林地是彭阳县生物多样性功能保护的最优生境,生境中固有的"88542"水平沟整地措施可作为当地典型生态恢复的最优模式;(4)InVEST模型和CA-Markov模型综合利用,普适性及准确性较好,研究区水平沟、鱼鳞坑、"88542"等水土保持工程和退耕还林还草、生态功能区划等生态恢复策略的实施和建设成效显著。     

用于农田非点源污染控制的生态拦截型沟渠系统及其效果

针对太湖流域农田非点源污染严重的现状,结合当地实际情况提出了一种新的生态工程学解决方法——生态拦截型沟渠系统,它主要由工程部分和植物部分组成,能减缓水速,促进流水携带颗粒物质的沉淀,有利于构建植物对沟壁、水体和沟底中逸出养分的立体式吸收和拦截,从而实现对农田排出养分的控制。试验区沟渠植物具有一定的经济价值,且景观效果良好。沟渠系统对农田径流中总氮、总磷的去除效果分别达到48．36％和40．53％。此外,该生态工程的另一个显著优点就是不另外占用土地,符合平原水网地区农田沟渠的实际,具有很好的推广应用潜力。     

喀斯特槽谷区生态退化与修复专题导读

在国家重点研发计划项目——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范(2016YFC0502300)"的支持下,经过项目组全体成员三年的共同努力,在喀斯特槽谷区生态退化与修复方面取得了一些重要进展。主要有:(1)2000—2015年槽谷区土壤侵蚀总量逐年减少,年平均侵蚀模数逐年降低,槽谷区植被覆盖明显提高;(2)拉巴豆地埂篱根土复合体不仅能有效提高喀斯特土壤的粒径大小和增强土体的抗剪/冲性能,并且能够利用大气N_2合成植物生长所需的氮肥,从而提高土壤肥力,可望实现石漠化治理中生态效应和经济效应的双赢;(3)喀斯特槽谷区隧道建设改变了地下水流场并降低了地下水位,进而降低了土壤微生物丰度和多样性,而增加了适应干旱的微生物种群,并导致土壤质量的降低;隧道建设加速了坡面产流和土壤流失,加剧了土地石漠化,从而导致生态退化;(4)随着槽谷区退化生态系统的恢复,生态系统的生态服务功能得到提升。     

Study on ecological restoration in near-shore zone of a eutrophic lake, Wuli Bay, Taihu Lake

A two-year restoration period, large-scale ecological restoration demonstration engineering project was carried out in the near-shore zones of Wuli Bay, Taihu Lake. Various methods to restore the aquatic biodiversity and prevent ecological degradation were employed and their effects on water quality and aquatic plants were investigated. The results showed that water quality had been significantly improved in the demonstration zones. The concentrations of TN and TP were about half of those of the reference site in Wuli Bay. The water transparency was 30 cm higher than that in the reference site. The species, cover and biomass of aquatic plants were also significantly increased in the demonstration zones.     

不同生态修复措施和环境因素对亚热带红壤区针叶纯林坡面水土保持功能的影响

使用"地理探测器（GeoDetector）"对亚热带红壤区水土流失影响因素的定量分析结果可为当地森林生态修复和侵蚀模型完善提供科学依据。基于福建省龙岩市新罗区龙门溪小流域森林调查数据和径流小区监测数据,利用地理探测器探测不同生态修复措施和环境因素对针叶纯林坡面水土保持功能的影响及交互作用,结果表明：（1）对比中幼龄针叶纯林,补植阔叶树使针阔混交比例为7 ： 2可减少46%的径流量和76%的泥沙量,生态修复效果较好。对重侵蚀区"老头树"少量施肥难以产生效果。（2）影响坡面径流的因素由强到弱依次是：降雨因子（0.53）,土壤容重、林分密度、灌草层盖度、树高和针阔比（均在0.08左右）;影响泥沙流失的因素依次是：地表径流量（0.84）,降雨因子（0.2）,林分密度、土壤容重、灌草层盖度、土壤含水率、灌草层生物量（均在0.12左右）。（3）各影响因素交互后主要呈增强作用;林分密度、灌草层盖度和土壤容重还可与其他因子产生强烈非线性增强作用（交互后影响力>0.9）,是在森林修复和模型参数优化时需重点关注的对象。