土壤生物工程是一項建立在可靠的土壤工程基礎上的生物工程，即采用存活植物及其他輔助材料來構筑各類邊坡（山地斜坡、江河湖庫堤岸、海岸坡岸等）結構，實現(xiàn)穩(wěn)定邊坡，減少水土流失和改善棲息地生境等功能的集成工程技術。利用植物穩(wěn)定邊坡的方法自古就有，近20年來又在歐美風靡一時，成為邊坡穩(wěn)定、侵蝕控制和生境修復的重要工程手段。
土壤生物工程的生態(tài)修復作用與效果，已經(jīng)越來越為人們所認識。現(xiàn)代土壤生物工程要求運用生態(tài)學的原理，對實際的植物和土壤系統(tǒng)作出周密的考察和設計，利用植物對土壤結構的強化，對表層土壤顆粒運動的限制，以及對邊坡生態(tài)系統(tǒng)的改善等作用，不僅能夠穩(wěn)定邊坡和控制水土流失，還能確保邊坡植被水平和垂直結構合理，生態(tài)系統(tǒng)演替有序和景觀優(yōu)美。同傳統(tǒng)的工程技術相比，土壤生物工程的技術、生態(tài)、經(jīng)濟和美學優(yōu)勢是顯而易見的。當然，土壤生物工程不能完全替代傳統(tǒng)的工程技術，在工程實際中通常是兩者聯(lián)合使用、相互完善。
土壤生物工程的原理
與其他工程不同，土壤生物工程采用有生命力植物的根、莖（枝）或整體作為結構的主體元素，把它們按一定的方式、方向和排列插扦、種植或掩埋在邊坡的不同位置；在植物群落生長和建群過程中加固和穩(wěn)定邊坡，控制水土流失和實現(xiàn)生態(tài)修復。
眾多研究表明：植物能降低土壤空隙的壓力，吸收土壤水分；同時植物根系能提高土壤的剪切力，增強土體的黏附力，從而使土壤結構趨于堅固和穩(wěn)定。邊坡植物可以截留降雨，延滯徑流，調(diào)節(jié)土壤濕度，減少風力對土壤表面的影響；還可以通過攔截、蒸發(fā)蒸騰和存儲等方式來促進土壤水循環(huán)，促進土壤發(fā)育和表層活土的形成，調(diào)節(jié)近地面溫度和濕度以促進植物生長，提供并改善多種生境，恢復邊坡的生態(tài)功能和生物多樣性。
土壤生物工程的基本技術
土壤生物工程要求使用大量的可以迅速生長新根的木本植物，最常用的木本灌木和喬木是：柳、楊類、山茱萸類、或其他當?shù)匚锓N。除了要求迅速生根之外，用于河道坡岸的植物，特別是在水位線附近的植物還必須有良好的耐水性能。土壤生物工程的種植技術比較簡單，主要有3種形式（見圖）：
（1）單枝扦插：直接扦插能夠成活并生長根系的喬灌木枝干（如柳枝條等）。其工程特點為工作量小，成本低，有廣泛的適應性，經(jīng)常與柴籠和灌叢墊聯(lián)合使用。
（2）捆栽：也叫柴籠，將枝條捆扎成一束，通常按等高線水平淺埋入岸坡高水位以上的位置。其工程特點為施工簡單，造型容易，多用于坡度較緩的邊坡水土流失控制。柴籠生長成型后具有很好的景觀效果。
（3）層栽：也稱灌叢墊，植物枝條的結構是交互成層或成排形狀，枝條組成籬笆狀，既可按水平或垂直方向布置，也可按不同的角度插栽。通常與其他結構例如土工布、石籠、堆石等聯(lián)合使用，其施工技術較為復雜。生長成型后，具有較強的抗侵蝕、抗沖蝕和穩(wěn)固岸坡的功能，而且景觀效果很好。
上述3種基本的種植技術和方法，從點、線、面結合起來，可以構筑各種不同類型的邊坡、不同形狀的坡面和不同景觀效果的生態(tài)坡岸。
在河道生態(tài)坡岸上的應用
上海市環(huán)境科學研究院和華東師范大學河口海岸國家重點實驗室對土壤生物工程技術和方法進行了系統(tǒng)的研究和開發(fā)，并于2004年初在上海市浦東新區(qū)機場鎮(zhèn)使用土壤生物工程技術構筑生態(tài)河道的生態(tài)坡岸。示范工程表明，土壤生物工程對河道坡岸的生態(tài)系統(tǒng)有明顯的修復和改善作用：
（1）植物根系對坡岸的穩(wěn)定作用
許多研究表明，土壤的剪切力或黏結力與土壤中根系的生物量成正比關系。經(jīng)過9個月的生長，坡岸土壤中植物根系新增生物量達每立方米0.12～0.34公斤（干重），大大增強了河道坡岸的穩(wěn)定性。而沒有采用土壤生物工程的坡岸，雖然經(jīng)過疏浚和整治，但坡岸長期裸露，植被得不到恢復，造成嚴重的坡岸侵蝕，先前的疏浚和整治功虧一簣。
（2）對河道坡岸棲息地的改善
三次生物學調(diào)查表明，隨著先鋒物種杞柳群落的逐漸形成，灌叢墊下草本植物的生境得到改善，草本物種數(shù)量逐漸增加，由建設初期的3種增加到13種。坡岸的植物生態(tài)系統(tǒng)得到了恢復。
（3）減少了底棲動物對坡岸的破壞
底棲動物如無齒相手蟹等喜好在坡岸潮間帶打洞筑巢，坡岸在潮汐的影響下很容易侵蝕剝落。采用柴籠技術的生態(tài)坡岸既保留了底棲動物的棲息地，同時也顯著減少了它們對坡岸的破壞作用。統(tǒng)計表明，在沒有柴籠保護的坡岸，坡岸潮間帶的無齒相手蟹洞穴每平方米高達20個；而在種植柴籠的坡岸，坡岸潮間帶的洞穴每平方米僅為2～3個，有效地保護了潮間帶坡岸。
（4）明顯改善了人居生活環(huán)境和質(zhì)量
土壤生物工程對人類與其他生物的生活環(huán)境和質(zhì)量有明顯的改善作用。經(jīng)過土壤生物工程和其他生物技術（例如水生植物全／半系列技術）改造過的坡岸，僅幾個月的時間，先鋒物種杞柳和垂柳群落、結縷草群落、挺水植物茭草和菖蒲群落等都已在坡岸長成，為其他物種（包括動物和植物）的生長創(chuàng)造了良好生境，而且美學效果極佳。更重要的是，用土壤生物工程建設的邊坡，將隨著植物群落的長成和成熟，植物根系網(wǎng)絡的生長和擴張，邊坡生態(tài)系統(tǒng)的完善和有序，越來越堅固和穩(wěn)定；它對水土流失和土壤侵蝕的控制，對整個河道生態(tài)系統(tǒng)（包括陸生和水生生態(tài)系統(tǒng)）的影響，乃至對河流水質(zhì)的改善，越來越明顯和突出。
還值得一提的是，采樣土壤生物工程建設的河道坡岸造價很低，僅為石砌駁岸的1／10；上海浦東新區(qū)機場鎮(zhèn)生態(tài)坡岸自2004年春建成之后，除了例行的巡視之外，尚未需要其他管理費用。
在其他邊坡生態(tài)修復中的應用
土壤生物工程是融現(xiàn)代工程學、生態(tài)學、生物學、地學、環(huán)境科學、美學等學科為一體的工程技術，為我國各類邊坡（山地斜坡、江河湖庫堤岸、海岸坡岸等）的侵蝕控制和生態(tài)修復提供了新的工程技術和方法。土壤生物工程方法可以在我國發(fā)達地區(qū)使用，更應當在貧困地區(qū)推廣。
由于土壤生物工程方法簡單，造價便宜，效果明顯，可以大規(guī)模在我國西部、東北、西南和中原等落后地區(qū)的土壤侵蝕，水資源管理和水土保持上廣泛應用。應用土壤生物工程的方法和當?shù)氐闹参镔Y源對這些地區(qū)的各類邊坡（山地斜坡、江河湖庫堤岸等）實現(xiàn)穩(wěn)定加固、水土流失控制和生態(tài)修復，可在很大程度上改善這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。例如西部地區(qū)有適生性較好的沙柳、檸條、沙棘等灌木，其根深枝繁葉茂，較耐干旱，且抗風護沙能力最強，在其叢下構成優(yōu)良的小生態(tài)環(huán)境與土壤條件，從而形成荒漠與草原中獨特的灌叢“小生境”，具有很強的復壯更新能力。我國不少湖泊水庫匯水流域水土流失嚴重，采樣土壤生物工程方法在水土流失嚴重的沖刷水溝、塌陷和侵蝕坡面構筑以活體植物為主體的邊坡，可以有效地控制水土流失，恢復邊坡的生態(tài)環(huán)境。
土壤生物技術在生態(tài)護坡的應用中應注意研究：（1）影響邊坡穩(wěn)定性的地質(zhì)、地形、氣候和水文條件等自然因素，以及合適的坡面加固技術；（2）不同地區(qū)和地點邊坡喬灌草種的最佳組合，可能限制或促進植物工程物種存活的生物和物理因素，以建立穩(wěn)定的坡面植物群落。
土壤生物工程的生態(tài)修復作用與效果，已經(jīng)越來越為人們所認識。現(xiàn)代土壤生物工程要求運用生態(tài)學的原理，對實際的植物和土壤系統(tǒng)作出周密的考察和設計，利用植物對土壤結構的強化，對表層土壤顆粒運動的限制，以及對邊坡生態(tài)系統(tǒng)的改善等作用，不僅能夠穩(wěn)定邊坡和控制水土流失，還能確保邊坡植被水平和垂直結構合理，生態(tài)系統(tǒng)演替有序和景觀優(yōu)美。同傳統(tǒng)的工程技術相比，土壤生物工程的技術、生態(tài)、經(jīng)濟和美學優(yōu)勢是顯而易見的。當然，土壤生物工程不能完全替代傳統(tǒng)的工程技術，在工程實際中通常是兩者聯(lián)合使用、相互完善。
土壤生物工程的原理
與其他工程不同，土壤生物工程采用有生命力植物的根、莖（枝）或整體作為結構的主體元素，把它們按一定的方式、方向和排列插扦、種植或掩埋在邊坡的不同位置；在植物群落生長和建群過程中加固和穩(wěn)定邊坡，控制水土流失和實現(xiàn)生態(tài)修復。
眾多研究表明：植物能降低土壤空隙的壓力，吸收土壤水分；同時植物根系能提高土壤的剪切力，增強土體的黏附力，從而使土壤結構趨于堅固和穩(wěn)定。邊坡植物可以截留降雨，延滯徑流，調(diào)節(jié)土壤濕度，減少風力對土壤表面的影響；還可以通過攔截、蒸發(fā)蒸騰和存儲等方式來促進土壤水循環(huán)，促進土壤發(fā)育和表層活土的形成，調(diào)節(jié)近地面溫度和濕度以促進植物生長，提供并改善多種生境，恢復邊坡的生態(tài)功能和生物多樣性。
土壤生物工程的基本技術
土壤生物工程要求使用大量的可以迅速生長新根的木本植物，最常用的木本灌木和喬木是：柳、楊類、山茱萸類、或其他當?shù)匚锓N。除了要求迅速生根之外，用于河道坡岸的植物，特別是在水位線附近的植物還必須有良好的耐水性能。土壤生物工程的種植技術比較簡單，主要有3種形式（見圖）：
（1）單枝扦插：直接扦插能夠成活并生長根系的喬灌木枝干（如柳枝條等）。其工程特點為工作量小，成本低，有廣泛的適應性，經(jīng)常與柴籠和灌叢墊聯(lián)合使用。
（2）捆栽：也叫柴籠，將枝條捆扎成一束，通常按等高線水平淺埋入岸坡高水位以上的位置。其工程特點為施工簡單，造型容易，多用于坡度較緩的邊坡水土流失控制。柴籠生長成型后具有很好的景觀效果。
（3）層栽：也稱灌叢墊，植物枝條的結構是交互成層或成排形狀，枝條組成籬笆狀，既可按水平或垂直方向布置，也可按不同的角度插栽。通常與其他結構例如土工布、石籠、堆石等聯(lián)合使用，其施工技術較為復雜。生長成型后，具有較強的抗侵蝕、抗沖蝕和穩(wěn)固岸坡的功能，而且景觀效果很好。
上述3種基本的種植技術和方法，從點、線、面結合起來，可以構筑各種不同類型的邊坡、不同形狀的坡面和不同景觀效果的生態(tài)坡岸。
在河道生態(tài)坡岸上的應用
上海市環(huán)境科學研究院和華東師范大學河口海岸國家重點實驗室對土壤生物工程技術和方法進行了系統(tǒng)的研究和開發(fā)，并于2004年初在上海市浦東新區(qū)機場鎮(zhèn)使用土壤生物工程技術構筑生態(tài)河道的生態(tài)坡岸。示范工程表明，土壤生物工程對河道坡岸的生態(tài)系統(tǒng)有明顯的修復和改善作用：
（1）植物根系對坡岸的穩(wěn)定作用
許多研究表明，土壤的剪切力或黏結力與土壤中根系的生物量成正比關系。經(jīng)過9個月的生長，坡岸土壤中植物根系新增生物量達每立方米0.12～0.34公斤（干重），大大增強了河道坡岸的穩(wěn)定性。而沒有采用土壤生物工程的坡岸，雖然經(jīng)過疏浚和整治，但坡岸長期裸露，植被得不到恢復，造成嚴重的坡岸侵蝕，先前的疏浚和整治功虧一簣。
（2）對河道坡岸棲息地的改善
三次生物學調(diào)查表明，隨著先鋒物種杞柳群落的逐漸形成，灌叢墊下草本植物的生境得到改善，草本物種數(shù)量逐漸增加，由建設初期的3種增加到13種。坡岸的植物生態(tài)系統(tǒng)得到了恢復。
（3）減少了底棲動物對坡岸的破壞
底棲動物如無齒相手蟹等喜好在坡岸潮間帶打洞筑巢，坡岸在潮汐的影響下很容易侵蝕剝落。采用柴籠技術的生態(tài)坡岸既保留了底棲動物的棲息地，同時也顯著減少了它們對坡岸的破壞作用。統(tǒng)計表明，在沒有柴籠保護的坡岸，坡岸潮間帶的無齒相手蟹洞穴每平方米高達20個；而在種植柴籠的坡岸，坡岸潮間帶的洞穴每平方米僅為2～3個，有效地保護了潮間帶坡岸。
（4）明顯改善了人居生活環(huán)境和質(zhì)量
土壤生物工程對人類與其他生物的生活環(huán)境和質(zhì)量有明顯的改善作用。經(jīng)過土壤生物工程和其他生物技術（例如水生植物全／半系列技術）改造過的坡岸，僅幾個月的時間，先鋒物種杞柳和垂柳群落、結縷草群落、挺水植物茭草和菖蒲群落等都已在坡岸長成，為其他物種（包括動物和植物）的生長創(chuàng)造了良好生境，而且美學效果極佳。更重要的是，用土壤生物工程建設的邊坡，將隨著植物群落的長成和成熟，植物根系網(wǎng)絡的生長和擴張，邊坡生態(tài)系統(tǒng)的完善和有序，越來越堅固和穩(wěn)定；它對水土流失和土壤侵蝕的控制，對整個河道生態(tài)系統(tǒng)（包括陸生和水生生態(tài)系統(tǒng)）的影響，乃至對河流水質(zhì)的改善，越來越明顯和突出。
還值得一提的是，采樣土壤生物工程建設的河道坡岸造價很低，僅為石砌駁岸的1／10；上海浦東新區(qū)機場鎮(zhèn)生態(tài)坡岸自2004年春建成之后，除了例行的巡視之外，尚未需要其他管理費用。
在其他邊坡生態(tài)修復中的應用
土壤生物工程是融現(xiàn)代工程學、生態(tài)學、生物學、地學、環(huán)境科學、美學等學科為一體的工程技術，為我國各類邊坡（山地斜坡、江河湖庫堤岸、海岸坡岸等）的侵蝕控制和生態(tài)修復提供了新的工程技術和方法。土壤生物工程方法可以在我國發(fā)達地區(qū)使用，更應當在貧困地區(qū)推廣。
由于土壤生物工程方法簡單，造價便宜，效果明顯，可以大規(guī)模在我國西部、東北、西南和中原等落后地區(qū)的土壤侵蝕，水資源管理和水土保持上廣泛應用。應用土壤生物工程的方法和當?shù)氐闹参镔Y源對這些地區(qū)的各類邊坡（山地斜坡、江河湖庫堤岸等）實現(xiàn)穩(wěn)定加固、水土流失控制和生態(tài)修復，可在很大程度上改善這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。例如西部地區(qū)有適生性較好的沙柳、檸條、沙棘等灌木，其根深枝繁葉茂，較耐干旱，且抗風護沙能力最強，在其叢下構成優(yōu)良的小生態(tài)環(huán)境與土壤條件，從而形成荒漠與草原中獨特的灌叢“小生境”，具有很強的復壯更新能力。我國不少湖泊水庫匯水流域水土流失嚴重，采樣土壤生物工程方法在水土流失嚴重的沖刷水溝、塌陷和侵蝕坡面構筑以活體植物為主體的邊坡，可以有效地控制水土流失，恢復邊坡的生態(tài)環(huán)境。
土壤生物技術在生態(tài)護坡的應用中應注意研究：（1）影響邊坡穩(wěn)定性的地質(zhì)、地形、氣候和水文條件等自然因素，以及合適的坡面加固技術；（2）不同地區(qū)和地點邊坡喬灌草種的最佳組合，可能限制或促進植物工程物種存活的生物和物理因素，以建立穩(wěn)定的坡面植物群落。
