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让大自然修复湿地

科学家发现，早前许多湿地恢复项目失败，是因为他们将目标定位于全面恢复生态系统。最近科学家调整策略，并取得了成功——他们将重点放在一两个有限目标上，其他则顺其自然。

撰文 约翰 · 加里（John Carey） 翻译 刘丛 审校 刘贵华

泽德勒的研究团队先从实验地前面的池塘中向3块实验地分别引入等量的水。然后，他们检测这些水在流入实验地前和流出之后水的养分、土壤稳定性、吸水率、植物生长情况和多样性等指标的情况。研究人员预计，3块湿地的上述指标并不会有明显差异。

这项研究受到的关注，比一般的大学研究项目高。在麦迪逊市，暴雨后，大量雨水会从城市流出，进入邻近的温格拉 （Wingra）湖。由于雨水中含有高浓度的氮、磷等营养元素，温格拉湖的水质正变得越来越差。因此，麦迪逊市政府对如何利用湿地，减少并净化暴雨径流非常感兴趣。另一方面，随着近年来湿地在全球范围内正以惊人的速度消失，如何最大限度地发挥湿地在减轻洪灾损失、提高生物多样性方面的生态系统服务（ecosystem services，指人类生存与发展所需要的资源归根结底都来源于自然生态系统）价值，已经变得愈来愈紧迫。作为威斯康星大学的植物学和恢复生态学教授，泽德勒希望，这个实验能为此带来一些启示。

3年后，研究人员发现，情况与他们预想的完全不同。泽德勒说，“结果完全超出了我们的想象”。研究人员本来认为，这3个间隔仅有3英尺的人工湿地，情况应该都差不多。然而，实际情况是，在一个湿地中，香蒲成为了优势物种，而在另外两个湿地中，却生长了多达29种植物。另外，虽然长满香蒲的湿地能提供更多的植物材料，但在其他方面表现不佳，比如既不能减缓洪水流速，减少土壤侵蚀（soil erosion，指土壤在水、风等外力作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程），也不能从水中吸收更多的富营养物质。相反，其他两个湿地除了提供的植物材料较少外，产生的效益多于预期。

为什么会这样？研究人员发现，香蒲湿地下面的粘土层略厚，这导致它的渗透性比其他两个湿地差，这样水很容易滞留表面而不是渗入地下，因此暴雨径流和其中的养分快速流进了旁边的沟渠。与此同时，密集生长的香蒲遮蔽了土壤，致使在其他两个湿地生长良好的、具有固土作用的苔藓不能生长，进一步提高了香蒲湿地的土壤侵蚀程度。

泽德勒的意外发现，不仅帮助她和其他专家找到了早前许多湿地恢复项目收效甚微的原因，还给他们带来了许多启示。其中最重要的经验是,不要试图去重建一个功能齐全的湿地，这样只会让我们更加不知所措。美国纽约州立大学布鲁克波特分校的湿地科学教授道格·威尔科克斯（Doug Wilcox）指出，“全面恢复湿地的功能谈何容易，这其中有太多变数，我们根本不知道怎么做”。

相反，科学家应该将精力放在少数关键目标上，比如重建陆地、改善水质或者提高鱼类的种群数量，然后，再设计合理的工程系统，尽最大努力来实现这些目标。一旦这些关键工程完成，研究人员就应该放手，让大自然按自己的意愿去完成其他细节。

另一个经验就是，要像泽德勒那样，对湿地工程进行多年监测。长期监测之所以重要，是因为时间往往会揭示出一些出人意料的细节，告诉我们哪些环节起作用、为什么起作用，提醒我们对工程做必要的调整。“改造湿地可不像维修汽车，”威尔科克斯打趣说，“湿地没有配备维修手册”。

我们应该清醒地意识到，彻底恢复湿地原貌，通常是不可能的，科学也有它的局限性。能在一两个关键目标上取得成功，就已经是非常重大的突破。越来越多的湿地改造项目正在取得成功，从美国的特拉华海湾 （Delaware Bay）、密西西比河三角洲 （Mississippi River Delta）到亚洲的伊拉克和南美洲的圭亚那（Guyana）海岸，都在发生着鼓舞人心的变化。美国佛罗里达沼泽湿地研究公园（Everglades Wetland Research Park）的负责人威廉·J·米奇（William J. Mitsch）说，“现在，湿地恢复得比过去要好多了”。      

自然之肾

湿地对人类的价值是如此之大，以至于最近取得的成就很受称赞。米奇把湿地称为“大自然之肾”和“所有猎食与被猎食小动物的生态超市”。美国新泽西理工学院的资深科学家迈克尔·温斯坦（Michael Weinstein）有一张巨大的招贴画，上面写着：“没有湿地就没有海产品”。迈克尔曾成功证明，沼泽食物链与远处的近海海域生态系统有密切关系，他说，“湿地是我们赖以生存的支撑系统”。

湿地也是我们的保护神。美国马萨诸塞州伍兹·霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）的盐沼泽专家约翰·M·蒂尔（John M. Teal）说，“飓风‘桑迪’之类的事件使很多人开始明白，消灭沼泽和沙丘是多么愚蠢的行为”。例如，在长岛牙买加湾，那些仅存的、为数不多的盐沼泽帮助人们安全地度过了暴风雨；相反，在曼哈顿，由于周围的湿地已经完全丧失，城市直接暴露在汹涌的大海面前，当地受到了严重破坏。湿地还可以吸收从农田流失到河流的营养成分，避免当地海域暴发藻华、形成缺氧死水区。湿地还能调洪蓄水。此外，米奇还指出，“湿地茂密的植被和肥沃的有机土壤，可能是这个星球上最好的固碳系统”。

然而，湿地正在快速消失。在美国的艾奥瓦州和特拉华州，人们把湿地抽干，种植玉米和盐干草（salt hay，用作饲料）；在泰国，人们在湿地上蓄水，构筑成养鱼和虾的池塘；在全世界范围内，大面积湿地被填充，建造成机场和城市。遍地修筑的防洪堤坝，也阻断了湿地从河流获得沉积物的途径。米奇估计，曾经覆盖地球陆地表面4%～6%的湿地，如今只剩下不到一半。

现在，越来越多的人正投入到保护湿地的战斗中。据大自然保护协会（Nature Conservancy）高级政策顾问杰西卡·班尼特·威尔金森（Jessica Bennett Wilkinson）估计，美国每年依照《净水法案》（Clean Water Act）第404条，开出的湿地罚单就达39亿美元。该法案要求开发者或其他湿地破坏者，必须支付修复湿地或重建补偿性湿地的费用。

在全球范围内，大量的经费用在诸如种植红树林之类的湿地恢复项目上。不幸的是，有证据表明，这些钱没有用对地方。刘易斯环境服务咨询公司（Lewis Environmental Services）总裁罗宾·刘易斯（Robin Lewis）估计，90%的重建红树林沼泽（mangrove swamp）项目是失败的。他指出，“每年有数百万美元浪费在失败的项目上，而这些失败带给我们的教训都是相似的”。最近，斯坦福大学湿地生态学家戴维·莫雷诺-马特奥斯（David Moreno-Mateos）针对 621块恢复后的湿地，开展了一项调查，结果认为，即使到50~100年后，这些恢复的湿地在生态功能上也远远不及等量的天然湿地。

导致湿地难以恢复的原因之一，是生物学与工程学之间的鸿沟。米奇指出，“搞生物学的人在做一件事，搞工程的人却在做另一件事，他们都只了解自己的领域，对对方的领域却不甚了解”。美国陆军工程兵团（U.S. Army Corps of Engineers）负责监督绝大多数由美国政府资助的湿地恢复项目，他们也提出了相似的批评：“搞工程的人常常无视生物学的本质。”

最根本的是，那些湿地恢复工程的负责人，缺乏泽德勒、威尔科克斯和其他人那种孜孜以求的钻研精神。威尔科克斯批评说，“让我恼火的是，那些得到资助做湿地恢复的人，完全没有开发出一套行之有效的方法，从一开始就没有走对路。”   

恢复水文条件

如何才能让湿地恢复得更好呢？在每个湿地恢复项目中，都应集中精力，从一两个生态效益着手。然后，选择一个主要的技术手段，来实现这个目标。其中一个最根本的技术手段看起来谁都想得到，却经常被忽视：恢复适宜的水文条件。“这不是什么难事，就是水文学、水文学，还是水文学。”

在一些特殊情况下，仅仅让水回到湿地，就可以焕发出神奇的魔力。2000年以前，伊拉克南部有7 700平方英里（1平方英里约为1.6平方千米）的沼泽，但由于战争、筑坝等因素，90%的沼泽遭到破坏。2003年，名为“重返伊甸园”（Eden Again）的湿地恢复项目，开始从底格里斯河（Tigris）和幼发拉底河（Euphrates）引水，沼泽地再次焕发生机。成千上万的原住民返回家园，他们饲养水牛、捕鱼和用芦苇编织草席，重新开始了美好生活。不过，这些沼泽的生命力仍然很脆弱——土耳其人正在底格里斯河上修建一座大坝，这很可能会再次造成沼泽水资源短缺。

刘易斯说，当前，全球范围内的红树林沼泽正以每年超过250 000英亩（1英亩约为4 000平方米）的速度消失，恢复适宜的水文条件，对于重建红树林沼泽而言至关重要。我们可以把湿地恢复项目的目标锁定在帮助红树林茁壮成长上，让红树林帮助我们抵御洪灾，消减风暴和潮水的作用。至于红树林带来的其他附带效益，则可以算作是额外的“福利”。

以前，一个项目团队的通常做法是，先建立一个苗圃，培育出成千上万的红树林幼苗，然后再将这些幼苗种植在沿海的泥滩上。刘易斯说，“这些项目刚开始被认为是成功的，然而实际上，这些树在3～5年后就全死光了” 。

不过，水太多了也不行，对红树林来说，水多也是祸。“实际上红树林的大部分生命时光并不是在水中度过的，”刘易斯解释道，“这是几十年来一直被人们忽视的一个问题。”2012年7月，湿地恢复专家杰米·梅钦（Jamie Machin）来到圭亚拉，成为Landell Mills发展咨询公司的领导人。他测量了一些失败项目所在地的水深，结果发现，这些地方的平均水深为20英寸（１英寸约为2.5厘米），在这么深的水中，红树林的底部和根部长时间浸泡在海水中，会慢慢死亡。

梅钦与政府团队协作，在湿地上修建一种名为丁坝（groins）的结构，然后在上面种植大米草（Spartina）；丁坝可以捕获沉积物，抬高泥滩，从而减少树木浸泡在水里的时间。用这个简单办法，项目组也省下了培养苗木和移植的昂贵花销，因为树木长大后，会自己繁殖——大树会产生能发育成植物的芽（propagules），这些密封在果荚中的芽会从大树上脱落，从水面向四周飘散，不断向新的海岸泥滩扩展拓殖。梅钦断言，“一旦沉积层堆积，树林健康成长，就会繁殖出足够多的芽，使红树林恢复”。因此，根本没有必要力图恢复一个功能齐全的天然红树林生态系统。

在佛罗里达西南部的鲁克里湾国家河口研究保护区（Rookery Bay National Estuarine Research Reserve），刘易斯正在用同样的方法，抢救一个面积大约为1 000英亩的红树林沼泽。上世纪30年代建成的海滨公路，切断了这个区域与潮汐之间的联系。一旦遇上暴雨，沼泽就会像装满水的浴缸一样，树木泡在水中，几乎无法呼吸。为了恢复水文条件，刘易斯计划在公路下修建排水涵洞，清理堵塞的潮沟（tidal creek，指由于潮流作用形成的冲沟），这样即使遇上大暴雨，水也可以迅速排出，同时海湾里的水也可以随潮汐涨落自由进出沼泽地。需要再次强调的是，这个项目的主要目标也仅仅是挽救树木。然而，由此带来的额外效应已经出现——调查显示，在一期工程的6英亩沼泽中，不仅红树林变得更为健康，招潮蟹（fiddler crabs）和锯盖鱼（snook）的种群数量也开始大幅增加。“当整个项目完成后，这个区域将有更多有价值的鱼类种群得到恢复，”刘易斯说。

从上面两个案例中，我们可以发现，大自然有强大的生命力，一旦水文条件得以修复，它就会焕发出巨大的自愈能力。当然，在有些情况下，大自然也需要更多的帮助。比如，为了蓄水筑坝，维持行船和发电所需的高水位，加拿大安大略湖滨区损失了成千上万亩莎草湿地——没有了低水位期，高度多样化的莎草生态系统逐渐被入侵的香蒲替代。为了恢复湿地，政府监管部门正在考虑，在自然低水位期进一步降低湖泊的水位。

不过要想实现恢复莎草群落这一明确目标，除了降低水位，还需要采取关键性的第二步——清除香蒲。威尔科克斯和他的学生采取的措施是，在春季割除香蒲，因为春季正好是香蒲的脆弱期——为了生长消耗掉了前一年储存的能量，而光合作用还来不及补充能量。以后再出现的新芽，他们则用除草剂来清除。

成功案例 

专注于主要目标的湿地恢复策略，已经在美国特拉华海湾得到了丰厚的回报。这里曾经遍布盐沼泽，盛产螃蟹、鱼和其他水生生物。然而，荷兰移民者在这里建立了堤坝，抽干数千英亩水域，种植盐干草来喂养动物。直到今天，这里的农场，还在用盐干草生产护根物（护根物可以抑制杂草生长，保持土壤水分）。

海湾上的塞伦核电站（Salem nuclear power plant）隶属于美国公用事业企业集团（Public Service Enterprise Group，PSEG）。这个核电站每天需要抽取数十亿加仑（1加仑约等于3.8升）海水用作冷却水，这个过程会杀死不计其数的、进入管道的小鱼和其他生物。20世纪90年代初，美国监管部门曾要求PSEG修建冷却塔，以停止这种“屠杀”行为。由于舍不得花10亿～20亿美元修建冷却塔，该公司提出了一个替代方案：恢复超过10 000英亩的盐沼泽，以弥补核电站对鱼类的伤害。

PSEG当时的环境项目经理约翰·巴利托（John Balletto），带来了一支湿地恢复“梦之队”。他们确定了促进鱼类种群恢复的最好方法——在堤上凿出缺口，将适量的水放进沼泽，让原本已经消失的迷宫般迂回曲折的大小潮沟重新形成。重要的是，对其他方面，不要进行太多干涉。“如果你设计一个很周详的排水系统，这个系统只可能会按照你的设想运行，”咨询顾问蒂尔解释说，“但是，如果你允许它自我发展，系统可能会更稳定。”

这个团队开挖了主渠和少量支渠，余下的细小渠道，则让大自然自已发展。科学家相信，大自然会迅速完善整个沼泽，而事实也再一次验证了这一理论的正确性，如今，沼泽中增加的鱼类种群数量，足以弥补电厂取水造成的损失。蒂尔评说，尽管当初的主要目标是为鱼类提供一个更好的环境，但如今，恢复的沼泽与临近的自然沼泽几乎没有区别。

目前，PSEG仍在继续监测这个沼泽，并处理一些突发性问题。“我们会一直跟进20年，” 蒂尔说，“尽管大多数湿地恢复项目都只监测一两年。”做好这个项目的代价是昂贵的，目前为止，PSEG的投入已经超过了1亿美元，但是，比起投入10多亿美元修建冷却塔，这个费用还是很低的。 

史无前例的工程

成功恢复数千英亩特拉华海湾盐沼泽虽然让人欣喜，但科学家能不能接受更大的考验——恢复美国路易斯安那州沿海湿地呢？美国国家湿地研究中心（National Wetlands Research Center）负责人菲尔·特尼普西德（Phil Turnipseed），曾把发生在路易斯安那州沿海湿地的悲剧，称为“北美大陆最大的环境、经济和文化灾难”。专家说，在过去的80年内，那里已有超过1 800平方英里的沼泽消失。 对于那个问题，我们可能很快就能知道答案。

美国路易斯安那州政府已经制定了一个长达190页的《路易斯安那州可持续海岸综合规划》（Louisiana Comprehensive Master Plan for a Sustainable Coast），计划挖开堤岸，将裹挟着泥沙的密西西比河河水，引流到沼泽和海岸，来恢复濒临灭绝的湿地，并重建一部分新的湿地。石油巨头英国石油公司（BP）将因“深水地平线”（Deepwater Horizon）钻井平台原油泄露事故，向该地区赔付数十亿美元，美国环保基金会（Environmental Defense Fund）密西西比河三角洲恢复中心主任史蒂夫·科克伦 （Steve Cochran）说，“规划方案和资金都已到位，这种情况前所未有” 。

专家们打算继续遵循“专注一个目标”的经验——先把重点放在重建和维护数百平方英里的土地。但即使这样，规模也远远大于早前任何湿地恢复项目。路易斯安那州立大学的名誉教授约翰·戴（John Day）称其为“生态系统服务之喜马拉雅山”。如果项目成功，整个美国东海岸将有望不再受暴风雨的危害，这片广阔区域也将再现生机和活力。如果失败，随着全球变暖，海平面上升，新奥尔良很可能会变成“现代版的亚特兰蒂斯”（ 传说亚特兰蒂斯在公元前一万年左右被史前大洪水毁灭），使得无数生活在这个区域的人背井离乡。戴说，“如果这样，后果真是不堪设想” 。

类似项目的典范当属威克斯湖三角洲（Wax Lake Delta）项目，1942年美国陆军工程兵团将裹挟着泥沙的阿查法拉亚河（Atchafalaya River）水引入路易斯安那州摩根城西南，形成了一片广阔的新沼泽地。“这是一个美丽的区域，布局合理，物种多样，河堤上柳树成荫，”美国巴吞鲁日海湾水资源研究所（Water Institute of the Gulf in Baton Rouge）首席科学家、新奥尔良大学教授丹尼斯·里德（Denise Reed）说，“那里土壤非常结实，你可以在上面蹦蹦跳跳。”

里德和其他负责路易斯安那州沿海湿地恢复项目的科学家估计，用同样的方法，50年后，这个项目就能形成面积达300平方英里的新湿地。然而，以路易斯安那州立大学的吉恩· 特纳（Gene Turner）为代表的怀疑论者则认为，这一估算过于乐观。特纳认为，历史记录显示，即使条件有利于滩涂堆积，滩涂的增长速率也仅是规划预测的1/50。在该地开展了10多年的小规模改道试验则显示，滩涂根本没有任何增长。特纳指出，“项目组可能正在将大量资源浪费在一个错误的项目上”。

像特纳这样的怀疑者虽属少数。但数据确实显示，河流中裹挟的泥沙类型和总量非常关键。威克斯湖三角洲构筑在6.5～13英尺（约2～4米）厚的砂质矿石沉积层上，这些砂矿质主要通过较低的河堤开口进入湿地。较高的河堤开口只能使细颗粒有机沉积物进入湿地，而这种类型的沉积物可能会被下一场飓风冲走。更为复杂的是，密西西比河河水中富含源自美国中西部农场的营养成分，这使植物在新形成的沼泽上不用扎根很深就能茁壮成长，因此没有植物根系固定的松散土地，非常容易被暴风雨冲走。所以特纳和其他人转而支持另一方案——应将被石油公司挖开的运河填上，减少海水对湿地的侵蚀，帮助植物生长。

引入富含泥沙的河水以恢复湿地，这个方案会成功还是功亏一篑？科克伦说，“这引起了激烈的辩论，每一方都有自己的理由”。然而，我们已经没有时间来辩论了。大多数科学家都同意必须马上开始行动，否则连可供恢复的仅存湿地也将不复存在——耽搁就意味着再也没有从失误中学习和调整的机会了。

正如本文开头，略厚的粘土层使泽德勒的3块小湿地完全不同一样，细节将决定湿地恢复工程的成败，不管是在路易斯安那州，还是世界其他地方。虽然湿地恢复面临的挑战仍然很艰巨，但泽德勒的研究表明，科学家至少已经知道了他们今后的努力方向。“我们无法让时光倒流，”泽德勒说，“但我们也不能停止尝试。”

本文译者 刘丛就读于澳大利亚迪肯大学（Deakin University）。

本文审校 刘贵华是中国科学院武汉植物园研究员，主要研究方向为湿地生态学。