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原文作者：Jacques C. Finlay

濕地能有效去除水中的硝酸鹽污染。一項分析表明，在美國，這種作用受到濕地分布的限制，因此可以圍繞硝酸鹽源頭有針對性地進(jìn)行濕地恢復(fù)以此增加該效益。

人類活動已經(jīng)導(dǎo)致環(huán)境中的活性氮化合物（可以被生物體直接利用于生長的氮元素形態(tài)）的數(shù)量增多。由此產(chǎn)生的過剩的活性氮對生態(tài)系統(tǒng)、氣候、以及人類的健康和福祉都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響[1]。肥料是全球最大的人為氮源[2]，雖然人們已經(jīng)作出了巨大的努力來減少氮從農(nóng)田流向地下水和地表水系，但是結(jié)果喜憂參半。Cheng等人[3]在《自然》發(fā)表的論文指出，美國河流氮污染的源頭通常與現(xiàn)有濕地是地理上隔開的（圖1），這些濕地系統(tǒng)可以去除水中的硝酸鹽，同時他們在文中展示了以硝酸鹽源頭為目標(biāo)的濕地恢復(fù)將對下游水質(zhì)產(chǎn)生重大利好影響。

濕地對于水質(zhì)的有益影響已得到充分的記錄，而且濕地在城市和農(nóng)村環(huán)境中被廣泛應(yīng)用于消除人類活動所造成的污染[4]。硝酸鹽往往是水體氮污染的主要形式，而濕地的生物地球化學(xué)條件特別有利于硝酸鹽的去除。然而，在過去的兩個世紀(jì)里，全球濕地面積急劇地減少[5-6]，盡管建立了更多保護(hù)措施，濕地的衰退仍在繼續(xù)。恢復(fù)濕地的必要性是顯而易見的，然而恢復(fù)的濕地對于大型集水區(qū)內(nèi)去除硝酸鹽的潛在貢獻(xiàn)很難通過將單一濕地的影響按比例放大去做量化。因為濕地在氮源周邊的地理分布對于水質(zhì)的好壞有著極其敏感的影響[7-9]。

Cheng等人通過將美國濕地分布清單與氮遷移模型相結(jié)合解決了這一難題。他們的分析比以往的研究更精準(zhǔn)地確認(rèn)了農(nóng)村地區(qū)原有和恢復(fù)的濕地在減少河流氮污染問題上起到不成比例的巨大作用。如果沒有這些濕地，氮污染在沿海地區(qū)以及許多內(nèi)陸水域都將產(chǎn)生更為嚴(yán)重的負(fù)面影響。

然后，這幾位作者又假想了擴(kuò)大美國濕地覆蓋范圍后的情景，其中將當(dāng)前濕地與徑流中氮含量高的地區(qū)之間的巨大分布差異考慮在內(nèi)。他們估計，與目前的水平相比，如果在氮流量最高的農(nóng)村地區(qū)將濕地面積增加10%的話，濕地對氮的去除率幾乎會增加一倍。當(dāng)然，這樣的恢復(fù)工程將是昂貴的，每年需要數(shù)十億美元的投資才能將適量的生產(chǎn)性農(nóng)田轉(zhuǎn)作為濕地。然而，正如Cheng等人所討論的，這個極具進(jìn)取性的方案可能在規(guī)模上與現(xiàn)行的自然保護(hù)支出相當(dāng)，因此重新確定資金的優(yōu)先級，更有效地針對氮源做文章，就可能支付該方案的部分開銷。這項研究有力證明了，更好地利用自然保護(hù)投資，能解決氮污染這一棘手問題。

圖1｜舊金山南灣區(qū)恢復(fù)的濕地。Cheng等人[3]報道了針對美國硝酸鹽污染最嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行的濕地恢復(fù)，可能會對改善環(huán)境水質(zhì)產(chǎn)生重大影響。來源：Getty

在大規(guī)模擴(kuò)展?jié)竦鼗謴?fù)之前，還有許多其他挑戰(zhàn)需要解決。如果要按照作者描述的方案去全面理解恢復(fù)的經(jīng)濟(jì)意義，就需要對收益和其他成本進(jìn)行更全面的核算。例如，濕地還提供其他重要的生態(tài)服務(wù)功能，比如隔離大氣中的碳、支持生物多樣性、減少洪水和河岸侵蝕[6]。因此，濕地恢復(fù)的好處將擴(kuò)展到其他生態(tài)服務(wù)功能上。

然而，濕地的危害，諸如溫室氣體的釋放[10]，可能會抵消掉其中一些好處。對于像磷這樣的農(nóng)業(yè)污染物，濕地?zé)o法有效地將其去除，因此需要持續(xù)不斷的努力去阻斷這些污染物的遷移。最后，必須解決美國聯(lián)邦政府對于在私人土地上的水資源管理的政策和法律的巨大不確定性[11]，方能克服保護(hù)工作上的障礙。盡管面臨這些挑戰(zhàn)，Cheng和同事的工作還是為實現(xiàn)美國長期以來難以實現(xiàn)的政策目標(biāo)提供了一套方案。

作者指出，隨著數(shù)據(jù)和建模工具的可用性不斷增強(qiáng)，將會為濕地恢復(fù)創(chuàng)造更多在單個河流集水區(qū)內(nèi)被有效利用的機(jī)會。例如，如果上游濕地已經(jīng)減少了硝酸鹽的進(jìn)入量，那么下游濕地的效益可能就會隨之減少；Cheng等人無法在他們的全國性研究中深入探討這種影響，但是一些較小尺度上的具體研究（參見文獻(xiàn)[9]和[12]）可能有助于進(jìn)一步優(yōu)化恢復(fù)的濕地的布局，以最大限度地提高硝酸鹽去除和其他生態(tài)服務(wù)的效益[13]。

鑒于全球競爭、貿(mào)易政策和氣候變化給美國農(nóng)業(yè)造成越來越大的經(jīng)濟(jì)壓力，大規(guī)模濕地恢復(fù)的成本肯定將會是一項挑戰(zhàn)。然而，在實現(xiàn)減少氮污染的目標(biāo)方面缺乏進(jìn)展，以及全球變暖可能會令這種污染惡化，意味著我們需要新的方法。Cheng和同事的研究結(jié)果為在流域規(guī)模的農(nóng)業(yè)用地管理中重新重視濕地恢復(fù)提供了一個令人信服的案例。通過識別出目前美國氮污染的源和匯之間的不匹配關(guān)系，作者為更高效地釋放出濕地恢復(fù)的潛力以幫助解決水質(zhì)問題提供了路線圖。

參考文獻(xiàn)：

1. Organisation of Economic Co-operation and Development. Human Acceleration of the Nitrogen Cycle (OECD, 2018).

2. Galloway, J. N. et al. Bioscience 53, 341–356 (2003).

3. Cheng, F. Y. et al. Nature 588, 625–630 (2020).

4. Mitsch, W. & Gosselink, J. Wetlands 5th edn, Ch. 19 (Wiley, 2015).

5. Gardner, R. C. & Finlayson, M. Global Wetland Outlook: State of the World’s Wetlands and their Services to People 2018 (Ramsar Convention Secretariat, 2018).

6. Zedler, J. B. & Kercher, S. Annu. Rev. Environ. Resour. 30, 39–74, (2005).

7. Mitsch, W. J. & Gosselink, J. G. Ecol. Econ. 35, 25–33 (2000).

8. Crumpton, W. G. Water Sci. Technol. 44, 559–564 (2001).

9. Hansen, A. T., Dolph, C. L., Foufoula-Georgiou, E. & Finlay, J. C. Nature Geosci. 11, 127 (2018).

10. Burgin, A. J., Lazar, J. G., Groffman, P. M., Gold, A. J. & Kellogg, D. Q. Ecol. Eng. 56, 26–35 (2013).

11. Creed, I. F. et al. Nature Geosci. 10, 809–815 (2017).

12. Czuba, J. A., Hansen, A. T., Foufoula-Giorgiu, E. & Finlay, J. C. Water Resour. Res. 54, 1312–1337 (2018).

13. Zedler, J. B. Front. Ecol. Environ. 1, 65–72 (2003).

原文以Targeted wetland restoration could greatly reduce nitrogen pollution標(biāo)題發(fā)表在 2020年12月17日的《自然》的新聞與觀點(diǎn)版塊上

© nature

doi: 10.1038/d41586-020-03515-7