河岸是河流与陆地连接的交错带,其生态系统功能在社会和经济发展中扮演着重要角色。如何利用更为自然和有效的方法确保河岸的稳定性并恢复其生态系统功能是目前研究的热点问题。土壤生物工程技术是以“河流近自然治理”为理念的生态修复技术,其中的灌丛垫措施因在洪水事件中表现出对岸坡良好的保护作用,近年来常被运用于岸坡治理工作中。针对灌丛垫措施,前人在短时间序列内对其根系形态进行了初步研究,然而其根系在长时间尺度上的动态变化过程及固土作用尚不明晰。此外,尚缺乏灌丛垫与其它护岸措施在恢复岸坡生态系统功能方面的比较研究。因此,目前灌丛垫措施的应用依旧处于经验实践阶段,亟需从理论和应用角度研究上述问题。本研究利用土工试验、数值模拟等方法研究生长年限为1年、5年、7年的灌丛垫根系分布特征,揭示其根系在不同生长年限的护岸作用,并通过野外调查和室内外试验的方法探索灌丛垫在岸坡修复工作中发挥的生态效益。主要研究结果及结论如下:(1)灌丛垫根系时空动态分布特征3个生长年限条件下,灌丛垫根系均主要分布在树下的圆柱形土体中(半径×厚度:0.4m × 0.5m),其分布具有对称性、向坡性,且生物量随树龄的增大而增加,但增长速率不均一;根系分布的对称性随树龄增大、土层加深逐渐消失;向坡性表现为上坡位贴近地表,下坡位远离地表;树位和树龄均是影响灌丛垫根系分布的因素。不同生长年限灌丛垫细根的根截面积比随土层深度增加基本呈现出先增大后减小的趋势,且二者之间存在回归关系。(2)灌丛垫根系固土作用机制灌丛垫根系在土体中形成了类锥形的抗剪强度增强区域;单位体积内根系数量与截面积均是影响土体抗剪强度的因素。基于单根拉拔试验发现,根系直径、长度均与抗拉强度存在负相关关系;对比前人研究,就根系自身力学特性而言,灌丛垫在提高土体强度方面具有一定的优势。三轴压缩试验发现,根系对土壤的加筋作用主要表现为增大土壤粘聚力,且其对壤土的加筋作用优于砂土;两种类型土层中适用于灌丛垫的Wu模型修正系数分别为0.26-0.34、0.022-0.029。修正的Wu模型计算结果表明,3个生长年限下,灌丛垫根系分别将土壤粘聚力的最大值(分别为4.54kPa、6.19kPa与9.03kPa)提高了 50.33%、68.63%、100.11%。因此,灌丛垫根系具有提高岸坡土体抗剪强度的作用,且随时间增加这种作用更加明显。(3)岸坡稳定性研究研究发现,岸坡稳定性受水位消落、坡度、根系固土作用的影响。灌丛垫根系可以适当提升岸坡安全系数,提升效果随种植年限的增大而增大,且岸坡几何形状、工况越不利,其固土作用越明显。在模拟的最不利情况下(坡度:30°,水位消落时间:24 h),3个生长年限下,灌丛垫分别将岸坡安全系数提高了 0.22%、1.18%、1.54%。(4)灌丛垫的生态护岸效益研究发现,灌丛垫对径流的减流率为80.99%、63.41%,对泥沙的减沙率为73.96%、83.37%(雨强30 mm/h与60 mm/h),较其它植物护岸措施,灌丛垫在阻控径流、泥沙方面具有优势;设置的两个放水流量条件下,灌丛垫对径流污染物的截留率表现为氨氮(62.61%、50.13%)>磷酸盐(59.53%、42.70%)>硝氮(55.61%、42.03%)。此外,灌丛垫措施实施后岸坡植物多样性明显高于传统水利工程措施岸坡和轻微人为扰动的自然岸坡;岸坡内空气始终维持在低温、高湿的状态;浅层土层土壤理化性质发生明显的改变。因此,灌丛垫具有一定的径流、泥沙、污染物阻控能力,同时在改良岸坡植物多样性、微气候、土壤质地方面发挥着积极的作用。以上研究发现,灌丛垫具有提高岸坡稳定性,修复河岸生态系统功能并促进其自我恢复的作用。上述研究为灌丛垫的推广与应用提供了理论支撑。此外,研究还发现灌丛垫措施在实际应用中依旧存在一定的局限性。对此,本研究提出了将灌丛垫与其它典型土壤生物工程技术措施联合配置的建议,以期在实际工程应用中更好地发挥其生态护岸效益。