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生物工程技術也稱生物工程,它是在分子生物學基礎上建立的、為創建新的生物類型或新生物機能的實用技術,是現代生物科學和工程技術相結合的產物。具體而言,生物工程技術包括轉基因植物、動物生物工程技術、農作物的分子育種技術、納米生物工程技術、重要疾病的生物治療等;基因操作技術包括人類功能基因組研究、重要動植物功能基因組研究等;生物信息技術包括生物信息的獲取與開發、加工與利用,以及結構基因組和蛋白質組學研究、藥物篩選、小分子藥物設計等;創新藥物和產業化開發上,將重點建立完善的藥物篩選體系、研制重要藥物品種、實驗室建設、藥物制劑技術等。生物工程技術有五個方面的特征:
1.大科學工程研究方式的出現。20世紀八十年代中期開始的基因組的研究,使得生物工程技術的研究從作坊式轉而進入了大科學的運作方式。基因組研究以人類基因組為代表,其研究對象是一個非常復雜的系統,要在整體上破譯遺傳信息,不可能用以前零敲碎打的方式,而是采用了其他學科的一些運作方式,包括大規模、高通量、信息化的工業運作方式。由于人類基因組計劃對產業的巨大帶動作用,引起實業界濃厚的投資興趣,投資量逐年遞增。
2.精細分析和廣闊綜合的統一。生物工程技術在分子、細胞、組織、器官、整體乃至群體的多層次、全方位研究,以及生物工程技術與數學、物理學、化學、信息科學的前所未有的整合,使得很多生命系統復雜問題的解決出現了可能。
3.科學進步和技術革命互為因果。生物工程技術的每一次突破,都與技術革命相關,科學與技術之間的界限也是越來越模糊了。
4.基礎與應用的結合。生物工程技術與醫學、農學有著不可分割的聯系,是這些應用學科的基礎,也能從應用學科中獲取基礎研究的源頭活水。很多重大社會需求的問題會構成揭示自然規律的一些重大科學工程的出發點,如對艾滋病、腫瘤、人口控制、抗病蟲植物等方面的研究。
5.產業化的速度大大加快。各種生物工程技術的發展,使得生物工程技術基礎研究到實現產業化的距離較之以往大大縮短。
二、生物工程技術的應用
生物工程技術作為21世紀高新技術的核心,對人類解決面臨的食物、資源、健康、環境等重大問題將發揮越來越大的作用。大力發展生物工程技術及其產業已成為世界各國經濟發展的戰略重點。近十幾年是世界生物工程技術迅速發展時期,無論在基礎研究方面還是在應用開發方面,都取得了令人矚目的成就,生物工程技術的研究成果越來越廣泛地應用于農業、醫藥、輕工食品、海洋開發及環境保護等多個領域。生物工程技術將是21世紀的主導技術之一,甚至可能引發一次新的工業革命,對人類社會的生產、生活各方面必將產生全面而深刻的影響。
1.農業生物工程技術。近幾年來,國際農業生物工程技術發展之快,對農業產業結構的改善和產量增加的作用之大,已引起世界各國政府和科學家的高度重視。農業生物工程技術領域中研究最活躍的是應用轉基因技術,將目的基因導入動植物體內,對家畜、家禽及農作物進行品種改良,從而獲得高產、優質、抗病蟲害的轉基因動植物新品種,達到充分提高資源利用效率、降低生產成本的目的。
2.海洋生物工程技術。海洋生物學與生物工程技術相結合,產生了海洋生物工程技術這一新的領域。海洋生物工程技術作為加速開發利用海洋生物資源、改良海洋生物品種、提高海產養殖業產量和質量、獲取有特殊藥用和保健價值的生物活性物質的新途徑,越來越受到人們的重視,許多國家已將海洋生物工程技術作為21世紀發展戰略的重要組成部分。
3.輕工、食品生物工程技術。輕工、食品行業是生物工程技術應用的重要領域之一,主要體現在以下三個方面:一是利用生物工程技術進行農副原料加工直接制成商品,如發酵制品、釀造等產品;二是以生物工程技術產品為基礎,進行二次開發形成的新產業,如低聚糖加酶洗滌劑、高果糖漿等;三是以生物工程技術為手段對傳統工藝進行改造,從而降低消耗、提高產品質量。
4.醫藥生物工程技術。醫藥生物工程技術是生物工程技術研究開發的熱點,近十多年來一些發達國家投放大量的人財物力研究和開發醫藥領域的生物工程技術,已取得新的進展,其中基因治療技術和新型生物藥劑方面的開發應用最為廣泛。5.其他生物工程技術。隨著世界生物工程技術的迅速發展,生物工程技術除廣泛應用于農業、海洋、食品、醫藥等領域外,在其他諸如環境保護、石油化工等領域也開展了大量的研究工作。
三、生物工程技術產業發展趨勢
關鍵詞:微生物工程 現狀 前景
一、微生物工程面臨的挑戰
1. 微生物工程與合成化學工業的競爭
微生物工程,合成化學工業與農業生物工程在過去幾十年中各自經歷了巨大變化,以前, 農業一直為微生物工程和化學工業提供原料,包括淀粉,蛋白質,油脂等.微生物工程完全依賴 于農業原料,生產乙醇,酒精,丙酮丁酸,氨基酸,有機酸等小分子化學品,以及復雜的次級代謝產 物(抗生素).小分子發酵產物為化工制藥提供原料,復雜代謝產物又為農業提供安全,無污染農 藥.化學工業自 20 世紀 50 年代以來,采用石化原料合成多種合成纖維,塑料,人造橡膠,有機溶 劑等,特別是有機溶劑的化學合成極大威脅微生物工業的生產.如 20 世紀 50 年代以后,丙酮丁 酸發酵工業在石油化工發達的國家消失,我國丙酮丁酸發酵一直堅持到 90 年代,當時受國內 石化工業的壓力和進口產品涌入的雙重競爭,使丙酮丁酸和乙醇大規模發酵工業基本消失. 但是,時代在前進,科技在進步,生物技術也在發展.從國際上來看,當前的微生物工程已開 始對合成工業進行強烈競爭,由于育種技術,基因工程等多方面的運用,兩項大產品檸檬酸和味精,估計年產量均已接近百萬噸,單價也接近中等規模合成化學品;用作燃料的乙醇已達 13 億噸,而合成不到 1 億噸;另一例子是發酵乳酸,已完全替代合成乳酸.從工業用酶,如半合成青 霉素,頭孢菌素和淀粉糖化產業的發展,可以看到微生物技術的實力.
2. 農業生物工程對微生物工程與合成化學工業的沖擊
植物分子生物學的進展,促進農業生物技術突起,首先成功的是轉基因作物,至今已有幾十種轉基因作物,如抗蟲棉花,玉米,馬鈴薯,大豆,抗軟化的番茄等,在許多國家大面積種植.除 了提高抗性外,還進一步提高產品質量(如含硫氨基酸,賴氨酸等). 另外,多種微生物的酶可以在植物中表達,如植酸酶,菊粉合成酶,海藻糖合成酶,(PHB(V)), 其中植酸酶可作為飼料添加劑,植酸酶轉基因油菜種子,不經分離,用作飼料添加劑,效果顯著. 再者,轉基因植物可生產多種抗體,包括霍亂毒素(CT-B,LT-B 亞基)抗體,病毒外殼蛋白抗體,表 面抗原抗體,狂犬病毒抗體,在馬鈴薯,煙草,菠菜中表達成為口服疫苗.在轉基因植物中生產這些分子藥物具有成本低于傳統微生物發酵技術等的特點,所以,分子農業(molecular farming) 對微生物技術有沖擊.
二、微生物工程的發展方向
目前,微生物工程技術已深入到生產的各個行業,如工業、農業、礦業、化工、醫藥、食品、能源和環境保護等.微生物工程技術已作為一種新興的工業體系發展起來,在各個行業的 知識和技術創新中起著越來越重要的作用.
1、 醫藥工業 新技術主要應用于三個方面:工藝改進、新藥研制和菌種改造.工藝改進主要依賴于計算機理論及技術的發展.新藥研制則得益于醫學研究中對疾病機理的深人了解.菌種改造主要利用基因工程原理及技術.正是由于采用其它學科的理論和新技術成果,使得微生物工程成為一種高新技術.這反應出當今各學科之間相互滲透、相互支持,促進科學技術加速發展的趨勢.
2、食品工業 隨著全世界人口總數的不斷增加,可耕地面積日益減少,糧食及其它食品的需求問題日益嚴峻.而微生物工程正是為人類提供食品、改善營養的重要途徑之一微生物蛋白微生物發酵 生產的蛋白質,有的可直接供人食用,有的可做家畜、家禽飼料,增加市場的肉食供應.科學家們設計了分泌蛋白質的微生物,由“工程菌”(大腸桿菌和酵母菌)發酵生產高營養強化蛋氨酸的 大豆球骯和雞卵清蛋白,不再受動植物來源限制和季節氣候的影響,單靠微生物就能高效快速 地生產出動植物的純蛋白氨基酸氨基酸生產過去都采用動植物蛋白提取和化學合成法生產,而采用基因工程和細胞融合技術生成的“工程菌 ”進行發酵,其生產成下降、污染減少,產量可成倍增加.飲料酒類 我國一直沿用混合菌株傳統釀造發酵技術(霉菌、酵母菌、細菌多菌株自然接 種混合發酵),產品具有特殊香型風味一酒香、醬香、醋香.近年來已分離出己酸菌和甲烷菌, 并發現它們在釀酒香型風味中的作用.利用現酵工程技術改革舊工藝,也已取得明顯效果,例如在傳統釀酒工藝過程中,構建由己酸菌和甲烷菌組成的“人工老窖” ,大大提高了產品的產量和成品味感;啤酒生產中在生物反應器中把酵母吸附于不動載體上,緩緩流人麥芽汁, 啤酒的發酵時間縮短到 1 天,甚至 9 0 分鐘,而生物反應器中的酵母菌連續發酵 3 個月活力不降低,為制造“生物啤酒” ,開創了新途徑. 其他食品添加劑微生物發酵生產 的檸檬酸、乳酸、蘋果酸等多種有機酸,是飲料中不可缺少的酸味劑.另外,發酵工程生產的天然色素、天然新型香味劑,正在逐步取代人工合成的色素和香精,這也是現今食品添加劑研究的一個方向。
3、能源工業 能源緊張,是當今世界各國都面臨的一大難題,石油危機之后,人們更加認識到地球上的石油、煤碳、天然氣等石化燃料終將枯竭,而利用微生物工程則能開發再生性能源和新能源. 1.綠色能源的再生人類對太陽能的利用是微乎其微的 地球上貯存太陽能的只有綠色植物和光合微生物, 但它們貯存的能量也只是照射到地球上的太陽能量的 0 . 0 5 % .如能將這些能量利用,能源緊張問題也就大大緩解了.通過微生物發酵的技術,可將綠色植物秸桿、木屑、工農業生產中的纖維素、半纖維素、木質素等廢棄物轉化為液體和氣體燃料 (酒精和沼氣 ) 2. 采油微生物運用向油層注人細菌或其產物(生物聚合物、表 面活性 劑等 ),可以增大油層壓力,降低原油粘度,將殘留在巖石空隙間的深層粘滯性原油從“枯竭”的油田中采出,提高 產量的 2 0 % 一 3 0 % .現各國均在大規模現場試驗,已取得滿意結果. 3 微生物電池 利用微生物的代謝產物(氫氣、甲酸或氨等 )作為電極活性物質,通過陽極、 陰極電子流動從而獲取電能的裝置,叫做微生物電池.其中日本科學家設計的生化燃料電池最為理想.他們把氫氣產生菌(丁基梭菌 )固定在陽極,陰極為炭極(由蟻酸氧化空氣中的氧), 這樣就構成了氫一氧(空氣)型微生物電池。
關鍵詞:生物工程技術;食品工業;應用
生物工程技術是一項依靠微生物、動植物體作為反應容器進行生產加工的科學技術,興起于20世紀70年代,結合現代工業的發展,已經形成了與工業、農業、醫療、食品、能源等行業相結合的綜合型技術。生物技術在食品工業中的應用主要包括了基因工程、酶工程、細胞工程和發酵工程等。以上技術在食品生產加工的各個環節均有重要的應用。
1.生物工程技術在食品生產中的應用
1.1動物源性與植物源性食品的改良
通過轉基因技術可以使植物和動物獲得某些特定的優良性狀,以達到改良食品成分、產量、營養價值等效果。其在動物源性食品生產上的應用尚處于研究階段,實驗顯示,通過轉基因技術改良的動物具有生長速度加快、肉質提高、抗病能力增強等特點,如通過生物技術改變牛乳成分,生產含有豐富改良蛋白的牛乳,降低牛乳中的乳糖含量。而在農作物上的應用主要著眼于在增強作物產量以及抗病蟲害能力。例如通過基因修飾技術提高馬鈴薯中的碳水化合物,控制小麥面粉的黏彈性和加工性能等。除了直接對動植物采用基因修飾技術以外,還可以利用生物技術生產畜用激素,提高牛乳產量,或增加禽畜的瘦肉比例等。但需要指出的是,采用基因技術生產的食品安全性一直受到質疑,相關問題還有待進一步研究。
1.2新型食用資源的開發與生產
生物工程技術可以開發生產多種新型食用資源,其中較受關注的有微生物蛋白等。微生物蛋白也叫單細胞蛋白,是用工農業廢料和石油廢料人工培養生產的微生物菌體。微生物蛋白并不是純蛋白,而是包含有豐富蛋白質、脂肪、碳水化合物、核酸以及維生素、無機物等混合物組成的細胞團。由于采用微生物繁殖,微生物蛋白的原料來源極為廣泛,秸稈、木屑、有機廢水、石油、乙醇等廢物廢料都可以作為微生物蛋白的生產原料;同時,微生物蛋白的生產效率很高,產量高且不受地區、季節和氣候限制。在應用上,微生物蛋白不僅可以作為營養豐富的飼料蛋白,還可以加工生產“人造肉”等食品。由于微生物蛋白中氨基酸種類豐富,并含有多種微生物,可以彌補一般糧食中氨基酸種類不全的缺點,常用來加工生產食品添加劑以提高食品的營養價值。需要特別說明的是,在目前生產的微生物蛋白中,由于核酸含量過高,有引起痛風等疾病的風險,其安全性仍待進一步研究和改善。
1.3發酵飲料的生產與改良
飲料作為食品工業的支柱產業之一,越來越多的生物技術在其中得到了廣泛而高效的應用。其應用主要集中于發酵飲料的改良、酶工程在啤酒生產中的應用以及果膠酶的使用等。發酵飲料是應用微生物活動制造的風味獨特而營養豐富的飲料產品,發酵乳以動物乳為原料,將乳酸菌、酵母菌等特定微生物加入殺菌后的動物乳中,經混合發酵制成,由于其營養價值和口感較好,受到消費者的廣泛歡迎;植物蛋白發酵飲料與發酵乳類似,由蛋白質含量較高的核果類接種乳酸菌制成,容易被人體吸收。在現代的啤酒生產中,應用了固定化啤酒酵母技術,通過將酵母細胞固定在基質材料中,來縮短啤酒發酵時間,提高發酵質量;同時利用β-葡聚糖酶講解β-葡聚糖以提高啤酒的持泡性。果膠酶在果汁生產中主要起到將果汁提取、澄清、過濾的作用。目前主要使用多種不會產生毒素的曲霉作為產酶菌,現已廣泛應用于果汁果酒的工業生產。
2.生物工程技術在食品加工中的應用
2.1生產食品添加劑
常用的食品添加劑按制備途徑可以分為天然食品添加劑、化學合成添加劑以及生物技術制備添加劑等。其中生物技術的主要應用有調味品的制備,即以豆泊、高粱、麩皮等為原料,選擇合適的菌株發酵以制備呈特定味道的可食用物質。如利用枯草桿菌生產核苷酸以制備味精,利用醋酸桿菌發酵乙酸生產食醋等;還可以利用生物技術制備食品著色劑,市面上由微生物發酵制得的著色劑有紅曲紅色素、β-胡蘿卜素、維生素B等,一些帶有鮮艷顏色的食品,如紅腐乳等也是微生物發酵的產物;另外,利用微生物生產的增稠劑如黃原膠等也得到了一定的應用。
2.2在食品保鮮防腐上的應用
生物保鮮技術的一般機理為隔離食品與空氣的接觸,以延緩氧化作用;或者利用本身具有良好抑菌作用的生物保鮮劑,以起到防腐保鮮的作用。例如使用微生物及其代謝產物保鮮,就是利用微生物產生抗生素或抗菌肽,以抑制果蔬表面的細菌、真菌、原蟲等微生物。另外,還可以利用天然提取物中的活性物質來抑制果蔬中酶的活性,以及在果蔬表面形成抗氧化膜,以達到保鮮防腐的效果。
2.3在食品安全檢測中的應用
生物技術在食品安全檢測中也得到了廣泛應用。基因探針法又叫做分子雜交技術,是利用DNA堿基互補配對的特性來監測DNA序列的一項技術,通常用來監測食品中存在的大腸桿菌、沙門氏菌和葡萄球菌等有害微生物,其精確度高且操作便捷,不足之處是成本較高;而生物芯片技術是按照有序排列在載體表面的大量生物分子的特異性親和反應進行分析,相對于傳統方法,生物芯片技術具有數據可靠且自動化程度高的特點。
結語:
21世紀的生物技術的時代,隨著生物工程技術的發展,其在食品工業領域的應用也會得到飛速發展。有效利用生物工程技術,不僅能夠大幅度提高食物的產量,還可以生產出符合人類營養要求的特定效用的食品。發展生物工程技術在食品工業中的應用,對于我國這樣一個處于高速發展中的人口大國來說,有著重大的戰略意義。
參考文獻:
[1]郭玉華,李鈺金,吳新穎.生物技術在食品工業中的應用進展[J].肉類研究,2010,07:15-17.
摘 要:農業是一個國家發展的基礎,農業的發展關系到一個國家的社會穩定和經濟發展。尤其在我國,土地廣袤人口眾多,人均土地占有量小,這就更需要有高效的農業生產技術來提高農業土地的利用率和農業生產效率。信息技術的普及和發展,正好給農業的發展指明了方向,加強信息化技術在農業種植中的應用,不僅提高了農業產量,還能推動農業的可持續發展。本文針對現代化技術在農業種植中的應用進行闡述和研究,探討一下農業種植技術的發展方向。
關鍵詞:現代化技術;農業種植;應用研究
中圖分類號:S-1 文獻標識碼:A DOI:10.11974/nyyjs.20170230137
隨著經濟的不斷發展,農業技術也在不斷進步。西方歐美國家,已經把現代化技術廣泛的應用到了農業種植領域中,大幅度提高了土地的利用率,保證了農業種植的產量和品質。農業的發展必然帶動經濟的發展。所以,強化現代技術在農業生產中的應用,是有效促進農業進步,推動國民經濟發展的重要手段。
1 現代化技術在農業種植中的應用
1.1 信息技術在農業種植中的應用
現在,信息技術得到了高速的發展,目前已經應用到了許多領域,而且都給這些領域的發展和進步帶來了積極的影響。因此,信息技術在農業種植中的應用就具有了可行性。信息技術在農業種植中的應用,不僅能及時發現并分析種植中存在的問題,還可以精準的調控種植環境和條件,有效的提高農業產量。另外,大數據技術的應用,使農民在農業種植中一旦有什么問題都可已在數據庫中搜索和分析,有利于提高農業種植水平,有利于增加農業產量。
1.2 生物工程技術在農業種植中的應用
農作物生長發育的研究屬于生物工程的研究范疇,所以加強生物工程技術在農業種植中的應用十分必要。目前,生物工程技術已經在我國農業種植領域被廣泛應用于組織栽培、生物殺蟲、轉基因等技術上,比如花肥的應用等,有效的提高了農業種植的產量和品質,提高了土地資源和生物資源的利用率,加快了農業現代化的發展步伐。
1.3 遙感技術在農業種植中的應用
遙感技術在農業種植中的應用十分廣泛,包括農業資源調查、土地利用現狀分析、農業病蟲害監測、農作物估產等,還可通過遙感技術云平臺獲取農作物影像數據,包括農作物生長情況、預報預測農作物病蟲害等。用遙感技術還可以進行農業災害評估:比如干旱程度,農作物發病,蝗蟲災害,一般通過檢測土壤濕度和農作物葉綠素,葉黃素進行評估受害程度以及受害面積;農作物估產:包括對農作物生長過程的動態監測、種植 面積測算、單位面積產量估測和總產量估測,屬于定量遙感,通過NDVI,葉面積指數反演或正演獲得。這些技術的應用都極大的促進了農業的發展。
2 現代化技術在農業種植中應用的影響
2.1 有利影響
2.1.1 現代化技術提高了農業種植的產量
由于生物技術在農業種植中廣泛應用,通過雜交等手段,培育出了許多新的農作物品種,這些新品種不僅產量高質量好,而且生長迅速,適應能力強,對環境條條件的要求沒那么嚴苛,大大提高了農業種植的生產效率。
2.1.2 現代化技術可以延長作物的生長周期
農作物的生長都要受到時間的限制,而現代化技術的應用則可以打破這一限制。比如現在最常見的蔬菜大棚技術,可以一年四季都能種植農作物,無論什么季節都可以吃到想要的瓜果蔬菜,使人的消費需求得到進一步的滿足。這種蔬菜大棚有很多優勢,其內部溫度濕度等條件都可以自行調節,這就使得農作物的生長發育更加有利。
2.2 不利影響
2.2.1 造成環境污染
長期以來,我國的農業種植都在過分的單一追求產量,這就導致了在種植過程中盲目濫用化肥、農藥等化學制劑,長期、大量的使用嚴重污染了土壤環境,使土壤條件不斷惡化,反而影響了農作物的正常生長。此外,大量的化肥農藥殘留滲入地下,污染的地下水源,這些受污染的地下水,在被人類發掘使用,嚴重威脅到了人們的身體健康和農產品的質量。
2.2.2 造成土地鹽堿化
在農業種植中,灌溉是一項必不可少的工作,現代化技術的應用,有效的加快了灌溉的速率,而合理科學的灌溉不僅能促進農作物的生長,還能有效地節約水資源保護土壤環境。但是,一旦出現過度灌溉,就會加速土壤中營養成分的流失,進而引發土地的鹽堿化,影響到農作物的種植和生長,降低農作物的產量。
3 結束語
現階段,我國的農業種植中,現代化技術已經得到了廣泛的應用,農作物的產量和質量都有了一定的提升,但是在實際的生產過程中,還有許多不夠科學合理的地方需要改進,這就是需要國家技術部門以及全體農業種植工作者共同努力,更好的提高農業產量,加快農業可持續發展。
參考文獻
1.1地質環境
尼泊爾的地質是高度復雜,并有多個活動斷層和逆斷層,在一個地震高發區地理區域。氣候變化也給尼泊爾帶來負面影響,且這種影響將在未來進一步惡化。從山里流出的水導致澇災影響最嚴重。流水深切和山坡邊坡陡峭是共同特點。季風雨進一步加劇風化速率和浸潤,大部分的山體滑坡和水土流失發生在此期間。針對公路工程而言,尼泊爾山區不是簡單的環境。每條路都穿過不穩定的區域。地質不穩定斜坡邊坡帶來一系列復雜問題。遇到的常見問題包括由于土的深度風化性質決定的地勢陡峭處的開挖條件。雨季強降水導致地下水位身高,土壤飽和以及大量地表徑流。盡管有這些困難,有必要建立和維持道路可靠地服務于居民,提供所必需的運輸服務。
1.2綠色道路理念
道路部門已經開發出自己的設計準則和規范,用于全國道路網的施工和養護。良好的選線是把山區邊坡不穩性降到最小的關鍵的第一步。高地形處的道路線形比低地形處的更加穩定平。這是由于山體滑坡從上面下來,河水沖刷在邊坡的底部。這些包括可避免的大規模失穩邊坡的交叉領域,也將意味著道路是昂貴的,而且幾乎是不可持續的。綠色道路概念是由德國發展機構GTD引入鄉村級道路的,對低階道路(建設勞動力、最短線形、填挖平衡、生物工程等等)而言,這是非常明智的。但是,試圖將這應用于較高等級道路將導致許多妥協。工程的施工方法、工程和材料來源的質量,是經常發現缺點的所有要素,這些缺點能夠導致道路引起短期和長期的環境破壞。造成破壞最大的幾乎總是陡峭邊坡上棄土處理不當,因為這可以在道路下面擴展相當遠的距離,而且會在很多公里下游的集水溝產生高泥沙含量許多公里下游的溝壑。土方工程物料管理很困難,需要非常細心的現場監督,但是,它可能是實現環境無害道路的最重要的因素。為了確保良好的現場實踐,施工方法必須提前認真考慮,連續階段要順利解決。
1.3排水管理
在山區,即使在道路擾動這些被道路穿過陡峭邊坡以前,它們也處于臨界穩定狀態。由施工造成的額外的不穩定可能會在季雨期間導致大幅度運動。與道路相鄰的邊坡排水對防止不穩定起到至關重要的作用。現在很清楚,不做好邊坡排水,遇到暴風雨會導致大規模運動。以相對較低的成本安裝良好的邊坡排水系統就可以避免這種災難。處理暴風雨期間道路上產生的徑流對于保護路面和邊坡是非常有必要的。道路中的水一般來自于降雨、側向徑流和地下水。來自周圍邊坡的徑流和滲流相對較少,但即使在道路路面寬度范圍內,大雨中也可產生大量的水。水必須謹慎處理,以防止水土流失迅速加劇,削弱道路,造成的大規模的坍塌。這可能需要長距離的邊溝使其達到合適的集水溝,進行排水。
2山區公路護坡系統
2.1道路養護
它是在車行道上,側排水溝和交叉排水結構的工作。由于環境惡化,每一條道路都需要不斷的定期養護。日常養護是需要根據交通量在全年內不同的時間間隔內進行的,同樣,定期維護是需要數年的時間間隔。應急養護是道路受到威脅或關閉時,需要立即行動來處理的緊急情況。
2.2路邊支撐養護
這是改善邊坡穩定和水資源管理工作的補救和預防性工程。日常養護就是清洗路邊下水道、修理路邊支撐結構和修復邊坡防護支撐結構。預防性養護就是修整邊坡、邊坡防護網、砌體墻、石籠墻、護坡、支撐墻、攔砂壩、河道治理工程、生物工程和種植植物來支撐邊坡。使用到生物工程的其他方面就是改善邊坡的外觀。緊急養護就是覆蓋裂縫和緊急保護措施,例如河道治理工程,把對道路及相關結構的進一步損害威脅降到最低。
3生物工程措施
道路施工會對環境造成的不利的影響。保護邊坡免受水土流失和淺層滑坡的唯一符合成本效益的方式就是利用生物工程。生物工程是把活的植物用于工程。植物都是根據它在邊坡防護中的作用而精心挑選的,它通常結合土木工程結構而用,以提供更有效的解決方案,因為(土木工程結構所需的)材料和技能都是當地可利用的。生物工程是用來保護邊坡免受水土流失、減少淺層平面滑動、改善路面排水,減少下滑。一種結構在其生命周期的各個階段的強度與它的最大強度有關。顯示了生物工程和土木工程結構不同之處:植被需要幾年才能達到最大強度,土木工程結構的強度降低,植物的強度增加。這包括一系列可以與土木結構相結合起來的技術,這些技術可以提高排水能力和邊坡穩定性。以季風雨為主的氣候中,工程啟動的季節不能改變。沒選擇合適的時間進行生物工程會增加將來的不穩定性和邊坡失穩的風險。
3.1生物工程技術選擇
選擇合適的生物工程措施穩定邊坡并不簡單,大多數滑坡的產生不止一個失穩機理,邊坡上不同點存在不同的失穩機理。根據失穩機理,滑坡的不同部分應該進行不同的處理方法。對補救措施進行規劃之前,有許多因素需要仔細考慮。最重要的因素就是仔細檢查現場,并注重細節。使用本土大型植被種,種植成不同的格局,正成為一種簡單但非常有效的方式,它不僅可控制水土流失,還會影響邊坡的水文情況。由于發現材料中存在高滲透和低凝聚力的問題,重點強調改善邊坡排水的技術。廣泛流行的自給農業意味著高度依賴所有的自然資源,而且幾乎所有的植物都對鄰近耕種者有利。沒有表面保護,水土流失過快且嚴重,這會影響道路上方和下方很遠距離的邊坡。如果環境破壞采取進一步修復,那么生物工程的作用不僅僅是防止水土流失。正確的植物組合可以幫助恢復農業系統或森林,從而減輕道路施工或存在造成的破壞。正如豪厄爾地區那樣,生物工程用地可以這樣管理,使其成為種植園或者成為管理良好的農場的一部分。生物工程通過實現所必須的保護和穩定的邊坡的工程功能起作用。植物必須起到攔截碎屑、護面、加固土、錨固表面層、支撐邊坡和利于材料排水中的一種或多種功能。植物組合使用比單一植物效果好。如果植被橫跨邊坡種植,它們一起組成一條連續線,可以攔截碎屑,也有加固作用。植被的輪廓線也可以增加土壤的滲透能力。使植被地線穿過邊坡可以實現排水功能。重要的是要確保邊坡被保護可以承受沖蝕。植被是實現這一目標的最好植物。但是大多數的植被需要充足的陽光才能生長,因此為維持植被的良好覆蓋,需要使灌木和喬木盡量薄。但另一方面,如果沒有灌木和喬木,就起不到許多地方都需要的深層加固和保護作用。生物工程技術在尼泊爾的發展簡單,勞動強度大。所需技能簡單,因此他們可以把這些技能用于農場。這些植物在當地很容易獲得。如果政府注意到一點,當地人自己可以管理和維持邊坡的穩定性。此外,這給當地人民提供了寶貴的就業機會,他們還可以通過生物工程進行創收活動。
3.2生物工程植物的選擇
一種特定的植物在某個地方的生長能力是由它對這個地方的適應性決定的。植物在植入的季節應該是生了根的,以便他們能夠在干燥的幾個月活下來,直到下一個雨季到來。許多運用生物工程的地方土壤貧瘠且多石,水流失特別快。該物種生命力應足夠強,才能夠實現生物工程的功能。植被的生長取決于植物所適應的的溫度和濕度條件。用于生物工程的植物對現場條件有很大的耐性,幾乎可以在任何一個地方根據這個地方的特點生長。在暖和的月份,水是植物生長的主要因素。在光禿禿的道路邊坡上運用生物工程所使用先鋒物種可以通過發展更好的土壤而有利于植物群的建立。先鋒物種的使用生物工程上有助于允許植被社區建立,通過發展和更好的土壤。物種的最后選擇的因素。決定植物選擇的因素有:
(1)這種植物可以通過生物工程技術解決特定地區的問題。
(2)合適的繁殖技術方式。
(3)根據地區的環境條件選擇合適的植物。
(4)合適的時間,合適的地方以及合適的數量的可行性。
(5)當地植物比其他地方的植物更能適應那里的環境條件。有關建立穩定的自然植被的要點為:
(1)為快速建立,應選擇迅速生長的植物;
(2)建立一個穩定的,易于維護的植物群落;
(3)植被覆蓋的發展將減少水土流失;
(4)樹冠發展,遮住土壤,提高生根條件。
3.3意義
(1)生物工程技術應該是足夠強大,能解決設計要解決的問題。
(2)植物生命力必須隨著時間的推移變得更頑強,或者在一個艱難時段段可以頑強生存。
(3)植物應該是易適應的。
(4)植物應該能夠從破壞中恢復過來。已經學到了一些體制方面的經驗,尼泊爾政府法規相對較嚴格,對公務員而言,不確定結果嘗試是一件艱巨而危險的事情。捐助者資助合適的項目,利用科研機構進行實驗性工程,從而使該機構急需的靈活性,以嘗試新的想法。通過建立歸屬感,建立機構內部和外部的共識。機構內個人還有余地嘗試新事物,這就要鼓勵從內部改變機構本身。
4結論