（草业科学专业论文）混凝土受损河岸生态修复的初步研究.pdf

摘要 本研究以流经东北师范大学净月校区的部分河流为研究对象，在已建设的混凝土河 岸上构建适宜生物生存的生境缀块，修复被混凝土护岸隔断的水陆两类生态系统。同时 检验所构建的生境缀块是否为生物提供了生存空间，所构建的系统是否向顺向演替方向 发展及生态修复效果，本研究的目的是为探索适合我国国情的、低成本、近自然在已建 设的混凝土受损河岸上进行生态修复的技术及其理论依据。 ( 1 ) 蛙类、蜻蜒的访问数、密度a 区( 生境缀块构建区) b 区( 自然裸露土质岸 坡) c 区( 混凝土河岸) ；大型土壤动物、底栖动物的种类、密度、多样性指数的关系 a 区 b 区 c 区。实验区内部温度、表层温度及实验区内表层水温变化为a 区 b 区 c 区。结果表明：构建的河岸生境缀块为蛙类、蜻蜒以及大型土壤动物、底栖动物提供 了繁衍、栖息的场所。 ( 2 ) 实验区内栽植的植物( 叶底珠、芦苇和菖蒲) 根系的抗拉实验，结果表明： 根系的抗阻拉力随着根系的平均直径的增大而增大，呈现出紧密的幂函数和多项式关 系，且有较好的相关性，由于植物根系和植物纤维袋的综合作用增强了生境缀块的抗洪 水侵蚀强度。 ( 3 ) 抗洪水侵蚀：河岸生境缀块构建区的侵蚀量小于自然裸露土质岸坡区，混凝 土岸坡无侵蚀，即a 区 p l o tc ( c o n c r e t eb a n k ) 丑地r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p e c i e so f s o i l m a c r o f a u n a ，b e n t l l o s d e n s i t y ，d i v e r s i t yi n d e x ：p i o ta p l o tb p l o tc t h ec h a l l g eo f t e m p e r a t w ei ne x p e r i m e n t a lp l o t ：p 1 0 ta p l o t b p 1 0 tc t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e c o n s t m c t e dr i p a r i a np a t c h ye n v i r o n m e mc o u l dp r o v i d es u “a b l eh a b i t a t sf o rm u l t i p l y i n ga n d i n h a b i t a t i o no f 舶g s ，d r a g o n n i e s ，s o i lm a c r o f h 眦a ，a i l db e n t h o se t c ( 2 ) t h er e s u l t so f t h ee x p e r i h 蛇n t 曲o u t 也ea r r a i l g e m e n t so f r o o ts y s t e mo f p l a n t si nt h e p a t c h ve n v i r o m e n t s ：t i l ea n t i d r a u g h tf o r c eo f t i l em o ts y s t e mi n c r e a s e sw “ht 1 1 ee x p a l l d i l l g o f t h ea v e r a g ed i 啪e t c r ，a n dt h e yt o o ko nt h ec l o s er e l a t i o no f p o w e r 如n c t i o na n d p o l y n o m i a l s ，a n dp f e f e r a b l ec o 玎e l a t i o n 1 ki n t e g r a t e d 缸1 c t i o no f t h er o o ts y s t e mo f p l a n t s a n dt h e 助r eb a g ss 廿e n g m e n e dt h ea 1 1 t i - n o o di n t e n s 畸o f t h ep a t c h ye n v i r o n n l e n t s ( 3 ) a n t in o o de r o d i n g t h ee r o d i n go ft h ec o n s t m c t e dp a t c h ye n v i r o n m e mi sl e s ss e r i o u s t h a nt h a to f t h en a t u r a ie x p o s e db a n k ，柚dt h e r ei sn oe r o d i n gi nt h ec o n c r e t cr i p a r i a n t h e r e s u l ti s ：p 1 0 ta c 区。 结果说明a 区较b 区较c 区更有利于蛙类、蜻蜒等栖息。 表2各区蛙类、蜻蜒的访问次数及密度 3 2 大型土壤动物 土壤动物指的是有一段时间定期在土壤中度过，而对土壤的物理特性和化学特性有 一定影响的动物就是土壤动物。大型土壤动物指的是肉眼可见的蚯蚓、蜈蚣、马陆、甲 虫和西瓜虫等是在浅层土壤活动的大型种类【4 5 】。土壤动物的作用通常有两类，即机械的 活动和化学的活动。地表和土壤中的动、植物残体经过土壤动物的机械粉碎非常重要， 而化学的活动除了由土壤动物代谢直接产生外，有时也有动物栖触媒作用，其效果比动 物本身代谢量所产生的效果更大。 3 个区大型土壤动物种类、密度、生物量和多样性指数的关系为a 区 b 区 c 区( 见 表3 ，表4 ，图3 ) ，由此可知：l 、构建的生境缀块内的土壤营养丰富，有利于土壤动物 的生存；2 、构建的生境缀块内由于植物的合理配置，使缀块内形成了一个有利于大型 9 土壤动物繁衍、栖息的“小环境”，同样由于土壤动物的增多又促进了土壤的良性发展， 改善了土壤的物理特性和化学特性，使所构建的生态系统向顺向演替的方向发展，由此 可以说明所构建的生境缀块适合土壤动物栖息和繁衍。 表3 实验区及对照区大型土壤大型动物密度( 个m 2 ) 与生物量( g m 2 ) 表4实验区及对照区大型土壤动物生物种类、生物多样性指数关系 图3 实验区及对照区大型壤动物种类图 1 0 3 3 底栖动物 底栖动物是以水体底部作为栖息、觅食、生殖等活动主要场所的动物。底栖动物 ( z 。o b e n t h o s 或b e n t h i ca n i 帆1 ) 在河流生态系统中起着重要的作用，常用作监测河 流环境状况的指示生物，主要包括水栖昆虫、寡毛类、螺贝类和虾蟹类等。这些生物分 布广，在水生食物链和营养循环中充当非常重要的角色，多数种类长期生活在底泥中， 具有区域性强，迁移性小的特点，具有一年一世代的生活史，这些生物存在与否能正确 指示水质的好坏，在水质良好的条件下底栖种群和个体数量增加，在水体污染严重的条 件下，除个别种类外其它种群个体及其数量显著减少f 5 3 。5 4 1 。所以在水质监测中常用其作 为指示动物。 在本实验中对底栖动物监测的过程中，2 0 0 4 年a 区未采集到底栖动物，2 0 0 5 年实 验区及对照区共采集到8 个种属的底栖动物，其中寡毛类2 种，软体动物2 种，水生昆 虫3 种，其他动物1 种( 见表5 ) ，其生物量、密度、多样性指数a 区 b 区 c 区( 见 表6 ) ，其主要原因是实验区a 中近水芦苇等水生植物的根系表面形成了一层生物膜，这 层生物膜附近生活着很多微生物，这些微生物的富集所形成的生物介质能够净化水质， 对物质的转移、转化起着重要的作用，故此有利于底栖动物的繁衍生息，形成了有利于 底栖动物繁衍生息的良好场所。 表5 底栖动物的种类与分布 “+ ”示分布该动物 表6 实验区及对照区底栖动物的密度、生物量和多样性指数 注：生物量中束包括软体动物 3 4 温度分析 温度是在2 0 0 4 年9 月2 日进行( 气温为1 3 一2 7 ) ，各区温度指标，a 区、b 区 和c 区内部( 1 0 时一1 5 时) 的平均温度、最高温度及温差关系为a 区 b 区 c 区，最 低温度关系为a 区= b 区 c 区( 见表7 ) 。 a 区、b 区和c 区表层水温指标，a 区、b 区和c 区( 1 0 时一1 5 时) 的平均温度、 最高温度及最低温度关系为a 区 c 区。在对实验区 内的蛙类、蜻蜓等大型动物的观测结果表明其密度关系为a 区 b 区 c 区。故此说明 所构建的生境缀块为动物的繁衍和栖息创造了良好的条件。 4 2 在构建的生境缀块内共采集到8 个种属的底栖动物，实验各区域内底栖动物种 类、密度、生物量、多样性指数a 区 b 区 c 区。由此证明构建的生境斑块附近的水 质得到一定的改善，形成了有利于底栖动物繁衍、栖息环境。 4 3 为探索植物根系固土力学机制，对实验采用叶底珠、芦苇和菖蒲进行了根系抗 拉实验。结果表明：根系的抗阻拉力随着根系的平均直径的增大而增大，呈现出紧密的 幂函数关系，且有极好的相关性；根系在加载条件下发生塑性变形，并且这种形变是不 可逆的。实验证明：细小的根系具有较大的形变率，同时在抗洪水侵蚀方面由于这些植 物的合理配置使得构建的生境缀块内侵蚀量很小，远远小于自然裸坡，达到显著水平。 故此说明这几种植物适于固土护岸。 4 4 实验区( a ) 内植物长势良好，实验结果表明构建的生境缀块向良性方向发展。 同时由于所配置的植物使得所构建的生境缀块内的温度适宜动物的栖息和繁衍。 4 5 采用这种在混凝土受损河岸上构建生境缀块的方法来重新连接两大生态系统的 方法，其经济成本仅为5 5 o o 元m 3 ，而浆砌石护岸一般成本达1 2 0 0 0 元m 3 以上，所 以在我国现阶段经济水平不发达的情况下采用这种方法是可行的。它不但改善了人民的 生活环境，同时在美学、休闲娱乐、教育等方面也将发挥重要的作用。 2 0 基于我国目前的经济实力考虑，如果大规模地直接采用西方经济发达国家对混凝土 河岸的修复方法( “拆除已建的混凝土护岸，将其改修成接近自然的河岸生态系统”) 是 不现实的。在已建混凝土河岸上如何进行生态修复，目前国内外研究和实践还远远不够， 缺乏相关的技术支撑和理论依据。因此，本实验探索出适合我国国情的，在已建混凝土 河岸上进行生态修复的技术及其理论。为今后在已建混凝土河岸上大规模进行生态修复 提供新的范例和技术支撑及其理论依据。 2 l 参考文献 1 徐祖信编著，河流污染治理技术与实践 m ，中国水利水电出版社，2 0 0 3 ，4 6 6 4 6 7 一 2 须藤隆一壤境修後。亡曲。生憩工学 m 柬京：株式会社讲谈社，2 0 0 0 3 魔濑利雄增衲应用生憋工学序兢一生憋学土木工学。融合它目指o t 一 m 柬京：株式 会社信山社廿f 于，1 9 9 7 4 山胳正俊近自然工学一新ll 、川道| 与哆 9 一 m 柬京：株式会社信山社廿f 于7 ，2 0 0 0 5 张建春，河岸带功能及其管理，水土保持学报 j ，2 0 0 1 ，( 6 ) ：1 4 3 1 4 6 6 王薇，李传奇河流廊道与生态修复 j ，水利水电技术，2 0 0 3 ，3 4 ( 9 ) ：5 6 5 8 7 张建春彭补拙河岸带研究及其退化生态系统的恢复与重建 j ，生态学报，2 0 0 3 ，2 ( 1 ) ：5 6 6 3 8 邓红兵，王青春，王庆礼，等河岸植被缓冲带与河岸带管理 j ，应用生态学报，2 0 0 l ， 1 2 ( 6 ) ：9 5 l 9 5 4 9 崔伟中，日本河流生态工程措旋及其借鉴 j ，人民珠江，2 0 0 3 ，( 4 ) ：1 4 1 0 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i o na i l dr e s t o r a t i o n ：t h es t a m s0 ft h es c i e n c e ，v b li i e l 强 6 0 0 ，3 8 9 0 3 8 b u s e n v i r o m e m a lp r o t e c t i o na g e n c y ，w a s h i n 岔o n ，d c 2 3 m 姆1 u s o n ，j j ，h ar e g i e l w j c 1 1 r i s t i e 1 9 8 0 t or e h a b i l i 协t ea n dr e s t o r eg r e a tl a k e se c o s y s t e m s t h er e c o v e r yp r o c e s s md a m a g e de c o s y s t e m s m a n na r b o l m i c h ：a 衄a r b o rs c i e n c ep u b l i s h e r s 2 4 c a i m sj j r 1 9 9 5 r e s t o r a t i o ne c o i o g y m e n c y c l 叩e d i ao f e n v i r o 咖e n t a ib i o l o 科，3 ：2 2 3 2 3 5 2 5 b e n k e ，a c 1 9 9 0 a p e f s p e c t i v eo n a m e r i c a v 锄i s b i n gs t r e 啪s j j a m b e n t h o l s o c ，9 ( 1 ) ：7 7 7 8 2 6 c a i m s ，jj r e d 1 9 9 2 r 七s t o r a t i o no f a q u a t i ce c o s ”t e m m w a s 撕n g t o nd c ：n a t i o n a ia c a d e m y p r e s s ， 2 7 j o r d a n ，w r ，m eg i i p i n j d a b e l1 9 8 7 r e s t o r a t i o ne c o l o g y m ，c a i n b 耐g e ：c 帆b r i d g e u n i v e r s i t yp r o s s 2 8 c a i m sj | j r 1 9 9 1 t h es t a t u so ft h et h e o r e t i c a la n d 印p l i e ds c i e n c eo fr e s t o r a t i o ne c o l o 科 j e r i r o n ，p m ，1 3 ( 3 ) ：l 9 2 9 夏继红严忠民，国内外城市河道生态型护岸研究现状及发展趋势 j ，中国水土保持，2 0 0 4 ， ( 3 ) ：2 0 2 1 3 0 杨京平，卢剑波，生态恢复工程技术 m ，北京：化学工业出版社，2 0 0 2 3 1 许木启，黄玉瑶，受损水域生态系统恢复与重建研究 j ，生态学报，1 9 9 8 ，( 9 ) ：5 4 7 5 5 8 3 2 山本昌宏河川环境行政。课题展望 j 水环境学会志，1 9 9 8 ，2 1 ( 8 ) ：l o 1 3 3 3 崔伟中日本河流生态工程措施及其借鉴 j 人民珠江，2 0 0 3 ，( 5 ) ：l 4 3 4 董哲仁生态水工学人与自然和谐的工程学 j ，水利水电技术，2 3 ，( 1 ) ：1 4 2 5 3 5 董哲仁生态水工学的理论框架 j 水利学报，2 0 0 3 ，( 1 ) ：l 3 3 6 王世学，曲英华，王隆谦译， 日 都市绿化技术开发机构地面植被共同研究会编，地面绿化手 册 m ，中国建筑工业出版社，2 0 0 3 3 7 王维上海河道新型护岸绿化种植设计 j 上海交通大学学报( 农业科学版) ，2 0 0 2 ，( 3 ) ： 5 3 5 7 3 8 屠清瑛，章永泰，杨贤智，北京什刹海生态修复试验工程 j ，湖泊科学，2 0 0 4 ，( 1 ) ：6 l 6 7 3 9 任海，彭少麟恢复生态学导论 m 北京：科学出版社，2 0 0 l ， 6 5 6 6 4 0 封福纪杨海军，于智勇受损河岸生态系统近自然修复实验的初步研究 j 东北师大学报 2 0 0 4 ，( 1 ) ：1 0 1 1 0 6 4 1 杨菩论多自然型河流治理法对河流生态环境的影响 j 四川环境，1 9 9 9 ，( 1 ) ：1 9 2 4 2 3 4 2 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：3 3 3 3 4 4 5 7 w a l d r o n ，lj ( 1 9 7 7 ) ，t h es h e a r r e s i s 诅n c eo f r o 晦p e r m e a t e d h o m o g e n e o u sa n ds 打a t m e ds o i l j s o i ls c i e n c es o c i e t yo f a m e r i c a n p r o c e e d i n g s ，4 1 ：8 4 3 8 4 9 5 8 t u m a n i n a ，v i ( 1 9 6 5 ) o nt l es t r e n 垂ho ft 陀er o o 拓 j b u l l e t i no fm o s c o wo fs o c i e t y n a t u r “i s t s ，7 0 ：3 6 4 5 5 9 n i l a w e e r ans e 毹c 铝o ft r e er o o t so ns l o p es t a b i l 姆：廿博c a s eo fk h a ol u a n gm o u n t a i na f e a ，s o t h a i l a n d d i s s e n a t i o nn og t - 9 3 2 ，b a n 亦o k ：a s j 卸i f l s t i t u t eo f t e c h n o l o g y ，1 9 9 4 6 0 s h e w b r i d g e ，s e a n dn s i t a r ( 1 9 8 9 ) d e f o 衄a t i 。nc h a r a c t e r i s t i c so f r e i n f o r c e ds a l l di nd i r e c ts h e 缸 ，4 j o u r n a lo f