喬伊·澤德勒精心規劃了威斯康星大學麥迪遜分校植物園的三個實驗性溼地，使其完全相同：平行的沼澤，長295英尺，寬15英尺，由工程師在綠色景觀中開鑿而成。 澤德勒的承包商在所有三個區域種植了相似的物種，以觀察植被如何在暴雨期間吸收和淨化徑流。
澤德勒的團隊還允許相同量的水從地塊前端的一個池塘流入試驗床。 他們計劃測量流入每個樣地和排入遠端盆地的水中的養分，以及土壤穩定性、水分吸收以及草和其他植物的生產力和多樣性。 科學家們預計，三個溼地的行為方式會相似。
對於典型的大學專案而言，風險更高。 麥迪遜市非常感興趣，因為它想了解如何利用溼地減緩和淨化從城鎮湧入鄰近的溫格拉湖的雨水，該湖正遭受徑流中高濃度氮和磷等養分的困擾。 而且，如何最大限度地發揮溼地可以提供的許多有價值的所謂生態系統服務（從減少徑流和洪水破壞到促進生物多樣性）的問題，隨著世界各地溼地以驚人的速度消失，一年比一年更加緊迫。 澤德勒是該大學的植物學和生態恢復學教授，她曾希望這項實驗能提供一些見解。
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然而，三年後，很明顯，該實驗提出了研究人員未曾預料到的新問題。 “系統的任何方面都沒有按照我們預想的方式執行，”澤德勒說。 第一個驚喜是：即使這些地塊僅相隔三英尺，並且種植並期望以類似的方式發育，但其中一塊地塊還是被香蒲所佔據，而另外兩塊地塊則開出了多達 29 種植物。 其次，儘管香蒲地塊產生了更多的植物材料，但它在澤德勒預期的茂盛生長方面卻表現糟糕。 它沒有減緩洪水或控制土壤侵蝕。 它沒有吸收水中太多的養分。 另外兩個地塊提供了更多預期的好處——除了高生產力。
為什麼會有如此令人驚訝的差異？ 澤德勒的團隊發現，香蒲沼澤下的粘土層略厚，因此滲透性不如相鄰兩個地塊下的粘土層——因此水積聚而不是滲入地下。 這使得雨水和養分迅速流下通道。 與此同時，香蒲遮蔽了土壤穩定苔蘚——苔蘚在鄰近的窪地中生長良好——因此土壤侵蝕更高。
澤德勒意想不到的結果正在幫助她和其他專家解釋為什麼過去的修復工作記錄不佳，並且他們正在為提高成功率指明方向。 多項調查得出的重要教訓是，忘記試圖重建一個與正在消失的溼地完全相同的、功能齊全的溼地。 “我們不知道該怎麼做，”紐約州立大學布羅克波特分校溼地科學教授道格·威爾科克斯說。 變數太多了。
相反，科學家應該專注於一兩個關鍵目標，例如重建土地、改善水質或增加魚類種群，並對系統進行工程設計以最佳化這些目標。 然後，一旦完成基本工程，就讓大自然隨意填充細節。
另一個教訓是持續監測溼地專案多年，正如澤德勒繼續對她的實驗所做的那樣。 需要時間來揭示什麼有效以及為什麼有效的經常令人驚訝的細節，並在必要時採取糾正措施。 威爾科克斯說，與汽車不同，“溼地沒有維修手冊”。
接受我們通常無法將溼地恢復到原始狀態的觀點，是對科學侷限性的清醒提醒。 但實現一兩個目標可能是向前邁出的一大步。 靈感來自於越來越多的成功專案，從特拉華灣和密西西比河三角洲到伊拉克和蓋亞那海岸。 佛羅里達州大沼澤地溼地研究園主任威廉·J·米奇說：“現在的修復工作比過去好得多。”
大自然的腎臟
近期的成功是值得歡迎的訊息，因為溼地非常寶貴。 米奇稱它們為“大自然的腎臟”和“生態超市，所有生物都在那裡覓食或被捕食”。 新澤西理工學院的高階科學家邁克爾·溫斯坦的車保險槓貼著“沒有溼地，就沒有海鮮”的標語，他已經證明，在沼澤中誕生的食物鏈將重要的環節延伸到遙遠的近海海域。 “它們確實是我們的支援系統，”他說。
溼地也是我們的保護者。 超級風暴桑迪等事件讓許多人意識到，“摧毀沼澤和沙丘是一個愚蠢的想法，”鹽沼專家、伍茲霍爾海洋研究所名譽科學家約翰·M·蒂爾說。 例如，長島牙買加灣僅存的鹽沼就幫助消散了那裡的風暴威力，而曼哈頓周圍完全缺乏溼地則使其暴露於洶湧的海浪之中。 溼地還可以吸收從農田和河流流出的養分，這些養分會助長有害的藻類大量繁殖和國家沿海水域缺氧的死亡區。 它們馴服洪水。 此外，米奇說，“它們可能是地球上最好的碳封存系統”，以茂密的植被和肥沃的有機土壤的形式存在。
然而，溼地一直在快速消失。 為了在愛荷華州種植玉米和在特拉華州種植鹽草，潮溼的生態系統被排幹，為了在泰國建造魚塘和蝦塘而被淹沒，為了在全球各地建造機場和城市而被填埋，並且到處都被堤壩剝奪了所需的河流沉積物。 米奇估計，溼地曾經覆蓋地球陸地表面的 4% 到 6%——其中一半已經消失了。
人們正在共同努力阻止這種趨勢。 自然保護協會的減緩高階政策顧問傑西卡·貝內特·威爾金森計算出，僅在美國，根據《清潔水法》第 404 條，每年在溼地上的支出就為 39 億美元。 該法案要求破壞溼地的開發商或其他人士恢復溼地或建立補償性溼地。
世界各地在種植紅樹林等專案上花費了更多的錢。 不幸的是，證據表明這筆錢沒有得到很好的利用； 例如，諮詢公司 Lewis Environmental Services 總裁羅賓·劉易斯估計，重建紅樹林沼澤的努力有 90% 失敗。 他說：“我們每年都在浪費數百萬美元進行糟糕的專案——而且我們在所有溼地型別中都遇到非常相似的失敗。” 最近由當時的斯坦福大學溼地生態學家大衛·莫雷諾-馬特奧斯領導的對 621 個修復溼地的分析表明，即使在 50 到 100 年後，修復後的溼地在提供同等天然溼地的全部功能方面仍然遠遠不足。
成功率低的一個原因是生物學和工程學之間存在鴻溝。 米奇說：“生物學系的人在做一件事，工程學系的人在做另一件事，他們都只對了一半，錯了一半。” 對美國陸軍工程兵團（負責監督絕大多數聯邦資助的修復工作）進行的工作的相關批評是，工程設計常常忽略生物學現實。
最根本的是，努力失敗的原因在於缺乏澤德勒、威爾科克斯和其他人正在努力獲得的詳細知識。 威爾科克斯說：“我感到惱火的是，人們在沒有首先開發正確方法的情況下，就獲得了溼地修復的資金。”
把水弄對
那麼我們如何才能做得更好呢？ 在每個專案中，起點都是專注於一兩個好處。 然後選擇一種主要技術來實現該目標。 最基本的技術之一似乎顯而易見，但常常沒有得到足夠的重視：把水條件弄對。 劉易斯說：“這不是火箭科學。 這是水文學，水文學，水文學。”
在一些罕見的情況下，僅僅將水帶回來就能創造奇蹟。 由於戰爭、大壩和薩達姆·侯賽因為剝奪反對者的生計所做的努力，到 2000 年，伊拉克南部 7,700 平方英里的沼澤地有 90% 被毀壞。 侯賽因於 2003 年被推翻後，一項開創性的專案“重返伊甸園”開始將底格里斯河和幼發拉底河的水引回來。 沼澤地繁榮起來。 數千名前居民返回飼養水牛、捕魚和用蘆葦編織墊子。 然而，沼澤地的生存岌岌可危； 土耳其在底格里斯河上修建的一座大壩可能會造成新的缺水。
對於重建紅樹林沼澤來說，將水條件弄對至關重要，劉易斯說，紅樹林沼澤現在正以每年超過 25 萬英畝的速度消失。 這裡的有限目標是幫助樹木茁壯成長，以便它們可以減少風暴潮和高潮。 可能產生的任何其他好處都是額外的。
在舊的標準方法中，專案團隊建立苗圃，種植數千棵幼苗，並將它們種植在沿海泥灘上。 劉易斯說：“這些專案被稱為成功，但在三到五年內，[樹木] 都消失了。”
水過多是通常的罪魁禍首。 劉易斯解釋說：“紅樹林實際上大部分時間都在水外度過。 這是人們幾十年都不理解的事情。” 當修復專家傑米·馬欽於 2012 年 7 月抵達蓋亞那時，當時擔任開發諮詢公司 Landell Mills 的團隊負責人，他測量了許多過去失敗專案的地點的潮汐水位。 海岸底部平均低了 20 英寸； 樹底和樹根在鹽水中浸泡的時間太長，這會慢慢殺死它們。
馬欽與一個政府團隊合作建造了稱為丁壩的結構，並種植了Spartina草，它們將共同捕獲沉積物並抬高泥灘，從而減少樹木被淹沒的時間。 這一個步驟也應該消除昂貴的幼苗補種； 隨著附近的樹木生長，它們將產生珠芽——微小的、莢果包裹的活樹——它們會掉入水中並漂浮，在新海岸定植。 馬欽說：“一旦沉積物堆積起來，系統中就有足夠的珠芽，紅樹林就會回來。” 沒有必要設計一個功能齊全的生態系統。
同樣，劉易斯正在拯救佛羅里達州西南部魯克裡灣國家河口研究保護區 1,000 英畝的紅樹林沼澤。 20 世紀 30 年代修建的一條岸邊公路切斷了該地區大部分的自然潮汐流動。 現在，暴雨也像浴缸一樣灌滿沼澤，使樹木窒息。 為了修復水文，劉易斯計劃在公路下安裝大型涵洞，並清理雜亂的潮汐小溪，以便暴雨能夠迅速排出，墨西哥灣的海水能夠湧入和退去。 主要目標仍然是簡單地防止樹木死亡。 然而，已經出現了附帶好處； 測量結果表明，該專案的第一期六英畝不僅改善了紅樹林的健康狀況，而且還大大增加了招潮蟹和鱸魚的數量。 劉易斯說，當整個專案完成後，“我們將把非常有價值的魚類種群恢復到今天不存在的地區。”
正如蓋亞那和佛羅里達州的案例所示，一旦水條件得到修復，大自然就可以完成大量的修復工作。 在其他情況下，大自然需要更多幫助。 安大略湖沿岸曾經星羅棋佈的數萬英畝苔草溼地消失的主要原因是，為了保持湖泊水位高位以利於航運和水力發電而採取的築壩蓄水政策。 如果沒有低水位期，侵入的香蒲就會消滅高度多樣化的苔草生態系統。 監管機構現在正在考慮一項新政策，允許在自然低水位時期湖泊水位下降更多。
恢復苔草的目標決定了第二個至關重要的步驟：擊退香蒲。 威爾科克斯和他的學生正在春季砍伐香蒲——就在植物利用儲存的能量長高之後，但在新的光合作用能夠補充儲備之前。 然後，他們使用除草劑殺死任何新出現的嫩芽。
一個成功案例
專注於一個主要目標已在特拉華灣取得了豐厚的回報。 河口曾經遍佈鹽沼，這是一個充滿螃蟹、魚類和其他水生生物的生態系統。 然而，荷蘭殖民者修建了堤壩，排幹了數千英畝的土地，用於種植鹽草作為動物飼料。 今天，鹽草農場仍然生產無雜草的覆蓋物和棺材床墊材料。
在海灣新澤西州海岸若隱若現的是由公用事業巨頭 PSEG 擁有的塞勒姆核電站。 該電站每天吸入數十億加侖的水用於冷卻，並殺死數百萬條小魚和其他生物，因為它們被吸入進水閥。 在 20 世紀 90 年代初期，州監管機構要求 PSEG 建造冷卻塔以結束這場浩劫。 該公用事業公司不願花費 10 億到 20 億美元，因此提出了一種替代方案：恢復足夠的鹽沼以補償魚類的損失——超過 10,000 英畝。
當時的 PSEG 環境專案經理約翰·巴萊託請來了一支由修復專家組成的夢之隊。 他們確定，增加魚類種群的最佳方法是在堤壩上開缺口，讓適量的水進入沼澤，以形成一個由初級和次級潮汐小溪組成的迷宮，這些小溪已經消失了。 不要做得太過分很重要。 顧問之一蒂爾解釋說：“如果你非常詳細地設計排水系統，系統就會被迫按照你認為應該的方式執行。 但是，如果你讓它自行發展，它就更可能穩定。”
該團隊挖掘了主要通道和一些支流，其餘的小溪則任其自行發展。 科學家們相信大自然會迅速重新播種整個沼澤，這被證明是正確的。 今天，魚類種群的增加遠遠彌補了發電廠進水口造成的損失。 蒂爾說，即使主要目的是為魚類創造更好的環境，修復後的沼澤看起來也與鄰近的天然沼澤沒有什麼區別。
PSEG 繼續監測沼澤並解決出現的問題。 蒂爾說：“我們仍在進行 20 年的後續工作。 在大多數修復工作中，人們會回去一年，也許是第三年，僅此而已。” 把事情做好代價高昂； 迄今為止的總成本已超過 1 億美元。 但這遠低於冷卻塔的 10 億美元或更多。
生態系統服務的喜馬拉雅山
成功修復特拉華灣數千英畝的鹽沼是一回事。 但是，科學家能否扭轉國家溼地研究中心主任菲爾·特尼普西德所稱的“北美大陸上最大的環境、經濟和文化悲劇”——路易斯安那州沿海土地流失？ 專家表示，在過去 80 年中，那裡已經消失了超過 1,800 平方英里的沼澤。
我們可能很快就會知道答案。
該州制定了一份 190 頁的路易斯安那州可持續海岸綜合總體規劃，以恢復垂死的溼地和建造新的溼地，主要是透過將富含沉積物的密西西比河水引入沼澤和海岸。 由於該地區預計將從石油巨頭英國石油公司獲得數十億美元，作為對深水地平線石油洩漏事件的賠償，“現在既有計劃又有資金，這在以前從未發生過，”環境辯護基金會密西西比河三角洲修復主任史蒂夫·科克倫說。
該計劃遵循了專注於一個目標的教訓：重建和維持數百平方英里的土地。 但其規模比以前嘗試過的任何專案都要大幾個數量級。 如果做得對，就有機會保護整個海岸免受風暴侵襲，同時振興路易斯安那州立大學海岸生態學名譽教授約翰·戴伊所稱的“生態系統服務的喜馬拉雅山”這一廣闊而富饒的地區。 如果做得不對，隨著海平面上升，墨西哥灣的海水可能會將新奧爾良變成現代亞特蘭蒂斯，並永久淹沒破敗海岸上的數十萬人。 戴伊說：“我們不能承擔做錯的後果。”
成功修復的典範是蠟湖三角洲，這是在 1942 年陸軍工程兵團開始從阿查法拉亞河分流富含沉積物的水後，在路易斯安那州摩根城西南部建立的一片廣闊的新沼澤地。 最近成立的海灣水利研究所首席科學家丹尼斯·裡德說：“這是一個美麗的地區，擁有美妙的圖案和變化，河岸上還有柳樹。 土壤非常堅實——你可以在上面跳上跳下。”
制定總體規劃的裡德和其他科學家估計，類似的改道可以在 50 年內建造 300 平方英里的新溼地。 然而，路易斯安那州立大學的吉恩·特納等懷疑論者表示，這個數字過於樂觀。 他認為，即使在適合土地建設的完美條件下，歷史記錄也顯示，收益僅為總體規劃模型計算的大約五十分之一。 一些已經實施了十年或更長時間的較小規模的試驗性改道根本沒有顯示出任何收益。 他說：“他們可能會在已被證明是錯誤的專案上浪費大量資源。”
特納是少數派。 然而，資料確實表明，提供正確型別和數量的沉積物至關重要。 蠟湖三角洲建立在 6.5 到 13 英尺厚的沙質礦物沉積物基礎上——這通常來自河流堤壩的深切口。 較淺的切口只會轉移更細粒度的有機沉積物，這些沉積物更可能在下一次颶風中被沖走。 另一個複雜因素是，密西西比河充滿了來自中西部農場的養分，這將使植物在新建立的沼澤中茁壯成長，而無需紮下深而穩固土壤的根——這使得脆弱的土地容易受到風暴的侵襲。 這就是為什麼特納和其他人贊成一種替代改道的方法：用沿著運河堤岸挖掘的疏浚材料填充石油公司挖掘的運河，以減緩侵入的海水，幫助植物生長。
大規模沉積物改道能否成功或失敗“是一場激烈而激烈的爭論，雙方都有一定的合理性，”科克倫說。 然而，時間不多了。 大多數科學家都認為，這項工作必須立即開始，否則將不會有任何天然溼地可以重建； 延遲也意味著沒有機會從任何絆腳石中學習或調整。
正如稍厚的粘土層在澤德勒的威斯康星州小型溼地中發揮了重要作用一樣，細節將決定路易斯安那州和世界各地其他修復專案的結果。 儘管挑戰仍然令人生畏，但澤德勒感到鼓舞的是，科學家們在理解他們需要做什麼方面已經取得了長足的進步。 她說：“我們無法讓時光倒流，但我們也無法停止嘗試。”