乔伊·泽德勒精心规划了威斯康星大学麦迪逊分校植物园的三个实验性湿地，使其完全相同：平行的沼泽，长295英尺，宽15英尺，由工程师在绿色景观中开凿而成。 泽德勒的承包商在所有三个区域种植了相似的物种，以观察植被如何在暴雨期间吸收和净化径流。
泽德勒的团队还允许相同量的水从地块前端的一个池塘流入试验床。 他们计划测量流入每个样地和排入远端盆地的水中的养分，以及土壤稳定性、水分吸收以及草和其他植物的生产力和多样性。 科学家们预计，三个湿地的行为方式会相似。
对于典型的大学项目而言，风险更高。 麦迪逊市非常感兴趣，因为它想了解如何利用湿地减缓和净化从城镇涌入邻近的温格拉湖的雨水，该湖正遭受径流中高浓度氮和磷等养分的困扰。 而且，如何最大限度地发挥湿地可以提供的许多有价值的所谓生态系统服务（从减少径流和洪水破坏到促进生物多样性）的问题，随着世界各地湿地以惊人的速度消失，一年比一年更加紧迫。 泽德勒是该大学的植物学和生态恢复学教授，她曾希望这项实验能提供一些见解。
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然而，三年后，很明显，该实验提出了研究人员未曾预料到的新问题。 “系统的任何方面都没有按照我们预想的方式运行，”泽德勒说。 第一个惊喜是：即使这些地块仅相隔三英尺，并且种植并期望以类似的方式发育，但其中一块地块还是被香蒲所占据，而另外两块地块则开出了多达 29 种植物。 其次，尽管香蒲地块产生了更多的植物材料，但它在泽德勒预期的茂盛生长方面却表现糟糕。 它没有减缓洪水或控制土壤侵蚀。 它没有吸收水中太多的养分。 另外两个地块提供了更多预期的好处——除了高生产力。
为什么会有如此令人惊讶的差异？ 泽德勒的团队发现，香蒲沼泽下的粘土层略厚，因此渗透性不如相邻两个地块下的粘土层——因此水积聚而不是渗入地下。 这使得雨水和养分迅速流下通道。 与此同时，香蒲遮蔽了土壤稳定苔藓——苔藓在邻近的洼地中生长良好——因此土壤侵蚀更高。
泽德勒意想不到的结果正在帮助她和其他专家解释为什么过去的修复工作记录不佳，并且他们正在为提高成功率指明方向。 多项调查得出的重要教训是，忘记试图重建一个与正在消失的湿地完全相同的、功能齐全的湿地。 “我们不知道该怎么做，”纽约州立大学布罗克波特分校湿地科学教授道格·威尔科克斯说。 变量太多了。
相反，科学家应该专注于一两个关键目标，例如重建土地、改善水质或增加鱼类种群，并对系统进行工程设计以优化这些目标。 然后，一旦完成基本工程，就让大自然随意填充细节。
另一个教训是持续监测湿地项目多年，正如泽德勒继续对她的实验所做的那样。 需要时间来揭示什么有效以及为什么有效的经常令人惊讶的细节，并在必要时采取纠正措施。 威尔科克斯说，与汽车不同，“湿地没有维修手册”。
接受我们通常无法将湿地恢复到原始状态的观点，是对科学局限性的清醒提醒。 但实现一两个目标可能是向前迈出的一大步。 灵感来自于越来越多的成功项目，从特拉华湾和密西西比河三角洲到伊拉克和圭亚那海岸。 佛罗里达州大沼泽地湿地研究园主任威廉·J·米奇说：“现在的修复工作比过去好得多。”
大自然的肾脏
近期的成功是值得欢迎的消息，因为湿地非常宝贵。 米奇称它们为“大自然的肾脏”和“生态超市，所有生物都在那里觅食或被捕食”。 新泽西理工学院的高级科学家迈克尔·温斯坦的车保险杠贴着“没有湿地，就没有海鲜”的标语，他已经证明，在沼泽中诞生的食物链将重要的环节延伸到遥远的近海海域。 “它们确实是我们的支持系统，”他说。
湿地也是我们的保护者。 超级风暴桑迪等事件让许多人意识到，“摧毁沼泽和沙丘是一个愚蠢的想法，”盐沼专家、伍兹霍尔海洋研究所名誉科学家约翰·M·蒂尔说。 例如，长岛牙买加湾仅存的盐沼就帮助消散了那里的风暴威力，而曼哈顿周围完全缺乏湿地则使其暴露于汹涌的海浪之中。 湿地还可以吸收从农田和河流流出的养分，这些养分会助长有害的藻类大量繁殖和国家沿海水域缺氧的死亡区。 它们驯服洪水。 此外，米奇说，“它们可能是地球上最好的碳封存系统”，以茂密的植被和肥沃的有机土壤的形式存在。
然而，湿地一直在快速消失。 为了在爱荷华州种植玉米和在特拉华州种植盐草，潮湿的生态系统被排干，为了在泰国建造鱼塘和虾塘而被淹没，为了在全球各地建造机场和城市而被填埋，并且到处都被堤坝剥夺了所需的河流沉积物。 米奇估计，湿地曾经覆盖地球陆地表面的 4% 到 6%——其中一半已经消失了。
人们正在共同努力阻止这种趋势。 自然保护协会的减缓高级政策顾问杰西卡·贝内特·威尔金森计算出，仅在美国，根据《清洁水法》第 404 条，每年在湿地上的支出就为 39 亿美元。 该法案要求破坏湿地的开发商或其他人士恢复湿地或创建补偿性湿地。
世界各地在种植红树林等项目上花费了更多的钱。 不幸的是，证据表明这笔钱没有得到很好的利用； 例如，咨询公司 Lewis Environmental Services 总裁罗宾·刘易斯估计，重建红树林沼泽的努力有 90% 失败。 他说：“我们每年都在浪费数百万美元进行糟糕的项目——而且我们在所有湿地类型中都遇到非常相似的失败。” 最近由当时的斯坦福大学湿地生态学家大卫·莫雷诺-马特奥斯领导的对 621 个修复湿地的分析表明，即使在 50 到 100 年后，修复后的湿地在提供同等天然湿地的全部功能方面仍然远远不足。
成功率低的一个原因是生物学和工程学之间存在鸿沟。 米奇说：“生物学系的人在做一件事，工程学系的人在做另一件事，他们都只对了一半，错了一半。” 对美国陆军工程兵团（负责监督绝大多数联邦资助的修复工作）进行的工作的相关批评是，工程设计常常忽略生物学现实。
最根本的是，努力失败的原因在于缺乏泽德勒、威尔科克斯和其他人正在努力获得的详细知识。 威尔科克斯说：“我感到恼火的是，人们在没有首先开发正确方法的情况下，就获得了湿地修复的资金。”
把水弄对
那么我们如何才能做得更好呢？ 在每个项目中，起点都是专注于一两个好处。 然后选择一种主要技术来实现该目标。 最基本的技术之一似乎显而易见，但常常没有得到足够的重视：把水条件弄对。 刘易斯说：“这不是火箭科学。 这是水文学，水文学，水文学。”
在一些罕见的情况下，仅仅将水带回来就能创造奇迹。 由于战争、大坝和萨达姆·侯赛因为剥夺反对者的生计所做的努力，到 2000 年，伊拉克南部 7,700 平方英里的沼泽地有 90% 被毁坏。 侯赛因于 2003 年被推翻后，一项开创性的项目“重返伊甸园”开始将底格里斯河和幼发拉底河的水引回来。 沼泽地繁荣起来。 数千名前居民返回饲养水牛、捕鱼和用芦苇编织垫子。 然而，沼泽地的生存岌岌可危； 土耳其在底格里斯河上修建的一座大坝可能会造成新的缺水。
对于重建红树林沼泽来说，将水条件弄对至关重要，刘易斯说，红树林沼泽现在正以每年超过 25 万英亩的速度消失。 这里的有限目标是帮助树木茁壮成长，以便它们可以减少风暴潮和高潮。 可能产生的任何其他好处都是额外的。
在旧的标准方法中，项目团队建立苗圃，种植数千棵幼苗，并将它们种植在沿海泥滩上。 刘易斯说：“这些项目被称为成功，但在三到五年内，[树木] 都消失了。”
水过多是通常的罪魁祸首。 刘易斯解释说：“红树林实际上大部分时间都在水外度过。 这是人们几十年都不理解的事情。” 当修复专家杰米·马钦于 2012 年 7 月抵达圭亚那时，当时担任开发咨询公司 Landell Mills 的团队负责人，他测量了许多过去失败项目的地点的潮汐水位。 海岸底部平均低了 20 英寸； 树底和树根在盐水中浸泡的时间太长，这会慢慢杀死它们。
马钦与一个政府团队合作建造了称为丁坝的结构，并种植了Spartina草，它们将共同捕获沉积物并抬高泥滩，从而减少树木被淹没的时间。 这一个步骤也应该消除昂贵的幼苗补种； 随着附近的树木生长，它们将产生珠芽——微小的、荚果包裹的活树——它们会掉入水中并漂浮，在新海岸定植。 马钦说：“一旦沉积物堆积起来，系统中就有足够的珠芽，红树林就会回来。” 没有必要设计一个功能齐全的生态系统。
同样，刘易斯正在拯救佛罗里达州西南部鲁克里湾国家河口研究保护区 1,000 英亩的红树林沼泽。 20 世纪 30 年代修建的一条岸边公路切断了该地区大部分的自然潮汐流动。 现在，暴雨也像浴缸一样灌满沼泽，使树木窒息。 为了修复水文，刘易斯计划在公路下安装大型涵洞，并清理杂乱的潮汐小溪，以便暴雨能够迅速排出，墨西哥湾的海水能够涌入和退去。 主要目标仍然是简单地防止树木死亡。 然而，已经出现了附带好处； 测量结果表明，该项目的第一期六英亩不仅改善了红树林的健康状况，而且还大大增加了招潮蟹和鲈鱼的数量。 刘易斯说，当整个项目完成后，“我们将把非常有价值的鱼类种群恢复到今天不存在的地区。”
正如圭亚那和佛罗里达州的案例所示，一旦水条件得到修复，大自然就可以完成大量的修复工作。 在其他情况下，大自然需要更多帮助。 安大略湖沿岸曾经星罗棋布的数万英亩苔草湿地消失的主要原因是，为了保持湖泊水位高位以利于航运和水力发电而采取的筑坝蓄水政策。 如果没有低水位期，侵入的香蒲就会消灭高度多样化的苔草生态系统。 监管机构现在正在考虑一项新政策，允许在自然低水位时期湖泊水位下降更多。
恢复苔草的目标决定了第二个至关重要的步骤：击退香蒲。 威尔科克斯和他的学生正在春季砍伐香蒲——就在植物利用储存的能量长高之后，但在新的光合作用能够补充储备之前。 然后，他们使用除草剂杀死任何新出现的嫩芽。
一个成功案例
专注于一个主要目标已在特拉华湾取得了丰厚的回报。 河口曾经遍布盐沼，这是一个充满螃蟹、鱼类和其他水生生物的生态系统。 然而，荷兰殖民者修建了堤坝，排干了数千英亩的土地，用于种植盐草作为动物饲料。 今天，盐草农场仍然生产无杂草的覆盖物和棺材床垫材料。
在海湾新泽西州海岸若隐若现的是由公用事业巨头 PSEG 拥有的塞勒姆核电站。 该电站每天吸入数十亿加仑的水用于冷却，并杀死数百万条小鱼和其他生物，因为它们被吸入进水阀。 在 20 世纪 90 年代初期，州监管机构要求 PSEG 建造冷却塔以结束这场浩劫。 该公用事业公司不愿花费 10 亿到 20 亿美元，因此提出了一种替代方案：恢复足够的盐沼以补偿鱼类的损失——超过 10,000 英亩。
当时的 PSEG 环境项目经理约翰·巴莱托请来了一支由修复专家组成的梦之队。 他们确定，增加鱼类种群的最佳方法是在堤坝上开缺口，让适量的水进入沼泽，以形成一个由初级和次级潮汐小溪组成的迷宫，这些小溪已经消失了。 不要做得太过分很重要。 顾问之一蒂尔解释说：“如果你非常详细地设计排水系统，系统就会被迫按照你认为应该的方式运行。 但是，如果你让它自行发展，它就更可能稳定。”
该团队挖掘了主要通道和一些支流，其余的小溪则任其自行发展。 科学家们相信大自然会迅速重新播种整个沼泽，这被证明是正确的。 今天，鱼类种群的增加远远弥补了发电厂进水口造成的损失。 蒂尔说，即使主要目的是为鱼类创造更好的环境，修复后的沼泽看起来也与邻近的天然沼泽没有什么区别。
PSEG 继续监测沼泽并解决出现的问题。 蒂尔说：“我们仍在进行 20 年的后续工作。 在大多数修复工作中，人们会回去一年，也许是第三年，仅此而已。” 把事情做好代价高昂； 迄今为止的总成本已超过 1 亿美元。 但这远低于冷却塔的 10 亿美元或更多。
生态系统服务的喜马拉雅山
成功修复特拉华湾数千英亩的盐沼是一回事。 但是，科学家能否扭转国家湿地研究中心主任菲尔·特尼普西德所称的“北美大陆上最大的环境、经济和文化悲剧”——路易斯安那州沿海土地流失？ 专家表示，在过去 80 年中，那里已经消失了超过 1,800 平方英里的沼泽。
我们可能很快就会知道答案。
该州制定了一份 190 页的路易斯安那州可持续海岸综合总体规划，以恢复垂死的湿地和建造新的湿地，主要是通过将富含沉积物的密西西比河水引入沼泽和海岸。 由于该地区预计将从石油巨头英国石油公司获得数十亿美元，作为对深水地平线石油泄漏事件的赔偿，“现在既有计划又有资金，这在以前从未发生过，”环境辩护基金会密西西比河三角洲修复主任史蒂夫·科克伦说。
该计划遵循了专注于一个目标的教训：重建和维持数百平方英里的土地。 但其规模比以前尝试过的任何项目都要大几个数量级。 如果做得对，就有机会保护整个海岸免受风暴侵袭，同时振兴路易斯安那州立大学海岸生态学名誉教授约翰·戴伊所称的“生态系统服务的喜马拉雅山”这一广阔而富饶的地区。 如果做得不对，随着海平面上升，墨西哥湾的海水可能会将新奥尔良变成现代亚特兰蒂斯，并永久淹没破败海岸上的数十万人。 戴伊说：“我们不能承担做错的后果。”
成功修复的典范是蜡湖三角洲，这是在 1942 年陆军工程兵团开始从阿查法拉亚河分流富含沉积物的水后，在路易斯安那州摩根城西南部创建的一片广阔的新沼泽地。 最近成立的海湾水利研究所首席科学家丹尼斯·里德说：“这是一个美丽的地区，拥有美妙的图案和变化，河岸上还有柳树。 土壤非常坚实——你可以在上面跳上跳下。”
制定总体规划的里德和其他科学家估计，类似的改道可以在 50 年内建造 300 平方英里的新湿地。 然而，路易斯安那州立大学的吉恩·特纳等怀疑论者表示，这个数字过于乐观。 他认为，即使在适合土地建设的完美条件下，历史记录也显示，收益仅为总体规划模型计算的大约五十分之一。 一些已经实施了十年或更长时间的较小规模的试验性改道根本没有显示出任何收益。 他说：“他们可能会在已被证明是错误的项目上浪费大量资源。”
特纳是少数派。 然而，数据确实表明，提供正确类型和数量的沉积物至关重要。 蜡湖三角洲建立在 6.5 到 13 英尺厚的沙质矿物沉积物基础上——这通常来自河流堤坝的深切口。 较浅的切口只会转移更细粒度的有机沉积物，这些沉积物更可能在下一次飓风中被冲走。 另一个复杂因素是，密西西比河充满了来自中西部农场的养分，这将使植物在新创建的沼泽中茁壮成长，而无需扎下深而稳固土壤的根——这使得脆弱的土地容易受到风暴的侵袭。 这就是为什么特纳和其他人赞成一种替代改道的方法：用沿着运河堤岸挖掘的疏浚材料填充石油公司挖掘的运河，以减缓侵入的海水，帮助植物生长。
大规模沉积物改道能否成功或失败“是一场激烈而激烈的争论，双方都有一定的合理性，”科克伦说。 然而，时间不多了。 大多数科学家都认为，这项工作必须立即开始，否则将不会有任何天然湿地可以重建； 延迟也意味着没有机会从任何绊脚石中学习或调整。
正如稍厚的粘土层在泽德勒的威斯康星州小型湿地中发挥了重要作用一样，细节将决定路易斯安那州和世界各地其他修复项目的结果。 尽管挑战仍然令人生畏，但泽德勒感到鼓舞的是，科学家们在理解他们需要做什么方面已经取得了长足的进步。 她说：“我们无法让时光倒流，但我们也无法停止尝试。”