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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行濕地恢復以此增加該效益。

人類活動已經導致環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）的數量增多。由此產生的過剩的活性氮對生態系統、氣候、以及人類的健康和福祉都產生了深遠影響[1]。肥料是全球最大的人為氮源[2]，雖然人們已經作出了巨大的努力來減少氮從農田流向地下水和地表水系，但是結果喜憂參半。Cheng等人[3]在《自然》發表的論文指出，美國河流氮污染的源頭通常與現有濕地是地理上隔開的（圖1），這些濕地系統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的濕地恢復將對下游水質產生重大利好影響。

濕地對于水質的有益影響已得到充分的記錄，而且濕地在城市和農村環境中被廣泛應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條件特別有利于硝酸鹽的去除。然而，在過去的兩個世紀里，全球濕地面積急劇地減少[5-6]，盡管建立了更多保護措施，濕地的衰退仍在繼續。恢復濕地的必要性是顯而易見的，然而恢復的濕地對于大型集水區內去除硝酸鹽的潛在貢獻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合解決了這一難題。他們的分析比以往的研究更精準地確認了農村地區原有和恢復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，氮污染在沿海地區以及許多內陸水域都將產生更為嚴重的負面影響。

然后，這幾位作者又假想了擴大美國濕地覆蓋范圍后的情景，其中將當前濕地與徑流中氮含量高的地區之間的巨大分布差異考慮在內。他們估計，與目前的水平相比，如果在氮流量最高的農村地區將濕地面積增加10%的話，濕地對氮的去除率幾乎會增加一倍。當然，這樣的恢復工程將是昂貴的，每年需要數十億美元的投資才能將適量的生產性農田轉作為濕地。然而，正如Cheng等人所討論的，這個極具進取性的方案可能在規模上與現行的自然保護支出相當，因此重新確定資金的優先級，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投資，能解決氮污染這一棘手問題。

圖1｜舊金山南灣區恢復的濕地。Cheng等人[3]報道了針對美國硝酸鹽污染最嚴重的地區進行的濕地恢復，可能會對改善環境水質產生重大影響。來源：Getty

在大規模擴展濕地恢復之前，還有許多其他挑戰需要解決。如果要按照作者描述的方案去全面理解恢復的經濟意義，就需要對收益和其他成本進行更全面的核算。例如，濕地還提供其他重要的生態服務功能，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，濕地恢復的好處將擴展到其他生態服務功能上。

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。對于像磷這樣的農業污染物，濕地無法有效地將其去除，因此需要持續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]，方能克服保護工作上的障礙。盡管面臨這些挑戰，Cheng和同事的工作還是為實現美國長期以來難以實現的政策目標提供了一套方案。

作者指出，隨著數據和建模工具的可用性不斷增強，將會為濕地恢復創造更多在單個河流集水區內被有效利用的機會。例如，如果上游濕地已經減少了硝酸鹽的進入量，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[9]和[12]）可能有助于進一步優化恢復的濕地的布局，以最大限度地提高硝酸鹽去除和其他生態服務的效益[13]。

鑒于全球競爭、貿易政策和氣候變化給美國農業造成越來越大的經濟壓力，大規模濕地恢復的成本肯定將會是一項挑戰。然而，在實現減少氮污染的目標方面缺乏進展，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和同事的研究結果為在流域規模的農業用地管理中重新重視濕地恢復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系，作者為更高效地釋放出濕地恢復的潛力以幫助解決水質問題提供了路線圖。

參考文獻：

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標題發表在 2020年12月17日的《自然》的新聞與觀點版塊上

© nature

doi: 10.1038/d41586-020-03515-7