抑制海浪

許林玉/編譯

抑制海浪

許林玉/編譯

設在北卡羅來納州匹維斯島（Pivers Island）的沼澤有助于研究人員理解所謂的活境海岸線的成本與效益

●巨浪來襲時，是灰色的混凝土護堤還是綠色的植被緩沖帶更能保護后面的家園？

2011年，當颶風“艾琳”襲擊北卡羅來納州的海岸時，2米高的巨浪開始對海岸造成沖擊。位于北卡一座堰洲島上的社區(qū)松丘海岸（Pine Knoll Shores）的兩處房產的遭遇形成了鮮明對比，成為合適的研究對象。一位房主修筑了混凝土護岸，以保護他的院子免受海水的侵襲。但翻騰的海浪漫過護岸，掀翻了圍墻，沖走了大量沉積物，只留下一灘爛泥。

在不到200米遠的地方，另一位房主設立了一道“活境海岸線”——人工種植的禾草地毯。禾草地毯種在距離海岸數米遠的巖床上，緩緩地斜著伸入水中。洶涌的海水幾乎將禾草壓平，但彎曲的草莖抑制了海浪，而深層根系則穩(wěn)固了土壤。颶風過后，禾草恢復原貌，房產也經受住了風浪的考驗，基本完好無損。

來自馬薩諸塞州東北大學海洋科學中心的生態(tài)學家雷切爾·吉特曼（Rachel Gittman）說，這一鮮明對比突出表明，在與風暴作斗爭時，靈感源自大自然的防御比混凝土護堤能更好地保護海岸線。吉特曼對颶風“艾琳”的影響進行了研究，她從中發(fā)現，在北卡羅萊納海岸沿線的重災區(qū)，有四分之三的海堤和護岸在這場風暴中被摧毀或損壞，導致寶貴的土壤被沖入海中。但種有沼澤禾草的海岸卻幾乎未遭受任何侵蝕，被破壞的植被在一年之內就恢復了原貌?！爸参锏拇_非常適合用于應對大風暴，”吉特曼說，“護岸對此卻無能為力?！?/p>

由于研究人員和海岸地區(qū)規(guī)劃者需要面對因全球變暖造成的海平面上升——以及可能更兇猛的風暴，這些成果越來越受到關注。他們稱，這種雙重襲擊威脅著全球數千萬沿海居民和價值數萬億美元的基礎設施。

“灰色”還是“綠色”？

為了做好更充分的準備，許多研究人員呼吁，沿海國家應當重新思考傳統(tǒng)的海岸線防御措施。那些方法在很大程度上依賴于大型土壩、巖石屏障和混凝土墻。研究人員聲稱，這種“灰色”基礎設施不但會損害沿海生態(tài)系統(tǒng)，而且可能難以適應不斷變化的環(huán)境。吉特曼和其他一些研究人員認為，靈感源自沼澤、牡蠣礁和其他自然特性的辦法更為溫和和環(huán)保，而且效果更佳。他們說，如果應用得當，不僅可以憑借這些特性提供低成本的風暴防御措施，而且能夠打造可應對海平面上升的更為健康的生態(tài)系統(tǒng)。“你在開辟一片沼澤時，”馬里蘭州自然資源部（DNR）的環(huán)境科學家巴斯卡·薩勃拉曼尼亞（Bhaskar Subramanian）說，“本質上是在做善事?！?/p>

用灰色和綠色基礎設施與上升的海平面作斗爭

并不是每個人都對此充滿熱情。很多人覺得躲在混凝土背后更加安全，而且——考慮到可能存在的高風險——政策制定者和監(jiān)管機構一直不愿意將久負盛名的工程技術束之高閣，轉而去支持更不為人知的方法。一些研究人員甚至擔心，通過將外來物種和外來異物引入水下棲息地，所謂的綠色設計可能會損害海洋生態(tài)系統(tǒng)。

雖然有些人持懷疑態(tài)度，但推動傳統(tǒng)灰色沿海防御環(huán)保化的做法越來越引發(fā)反思?！翱ㄌ乩锬取焙汀吧５稀憋Z風造成了巨大破壞，在這一狀況的推動下，美國政府決定對自然啟發(fā)的海岸工程研究提供支持。全球各地越來越多的研究人員正在評估哪一種綠色技術效果最佳，以及如何將灰色工程和綠色工程結合起來，共同構建分層防御體系。

關于用灰色還是綠色基礎設施與上升的海平面作斗爭，來自馬里蘭大學帕克分校和美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的生態(tài)學家阿里安娜·蘇頓-格里爾（Ariana Sutton-Grier）如此說：“每天都有很多此類事情發(fā)生。在對沿海地區(qū)采取措施方面，我們可能正在經歷翻天覆地的變化?！?/p>

幾千年來，人類一直試圖阻止大海。在中國和地中海沿岸地區(qū)，考古學家發(fā)現了擁有大約2 000年歷史的海堤和其他海岸線結構的證據。隨著人口的增長，沿海防御工作也在加強。在2015年8月發(fā)表于《生態(tài)和環(huán)境科學前沿》（Frontiers in Ecology and the Environment）的一篇論文中，吉特曼與其同事估計，美國有近23 000公里的海岸線建有防御設施——約占海岸線全長的14%。他們補充說，到本世紀末，如果沿海開發(fā)繼續(xù)以當前速度展開，這一比例可能增至30%。

在沿海地區(qū)建造防御設施可能會帶來毀滅性的生態(tài)后果。巖石和混凝土屏障會將波能反射回大海，而不是將其耗散，導致快速流動的海水沖刷海床，破壞沼澤和水下為魚類、螃蟹以及其他海洋生物提供養(yǎng)分的水草。硬體結構還會阻斷臨界的沉積物從高地流向海岸，使海灘和沼澤失去物質來源，直至最后消失。在上個世紀，全球海平面大約上升了20厘米，許多沼澤和海灘因此受到更高水位的海水和靜止不動的混凝土結構的擠壓。

如果全球溫室氣體排放量繼續(xù)有增無減，這種擠壓還會加劇。在某些場合，建模者警告說，由于冰蓋融化和海水變暖，海平面可能會加速上升，達到每年9毫米。與此同時，全球變暖可能會引發(fā)更強烈的風暴，加劇波損和沿海洪災造成的威脅。許多人都提到了2005年“卡特里娜”颶風過后在路易斯安那州和墨西哥灣沿岸發(fā)生的洪澇災害，以及2012年颶風“桑迪”造成的破壞，認為這些情況在未來也有可能發(fā)生。

馬里蘭州切薩皮克灣（Chesapeake Bay）的海岸屬于美國最脆弱的海岸：地面沉降導致當地的海平面上升，其幅度大大超過全球平均水平，使沿海地區(qū)在遭遇風暴時更加不堪一擊。2003年，猛烈的颶風“伊莎貝爾”席卷了該海岸和切薩皮克灣地區(qū)，造成16人死亡，經濟損失達70億美元。之后，加大推廣活境海岸線的力度成為美國最出色的工作之一。

來自馬里蘭州自然資源部的薩勃拉曼尼亞回憶說，“伊莎貝爾”過后不久，心煩意亂的土地所有者開始撥打自然資源部的電話，請求他們提供沿海保護援助?！八腥硕荚陔娫捓镎f：‘我家的護岸漂浮到鄰居家了?！?/p>

相比之下，在該機構的幫助下建造了活境海岸線的土地所有者沒有向他們抱怨。先前開辟的沼澤使風浪偃旗息鼓，因而減少了損失，他說，這種情況在大約10年后的北卡羅來納州如出一轍。很快地，曾經固守著混凝土結構的土地所有者們排起了長隊，希望在設立防御性沼澤時獲得幫助。

生物學家Joel Fodrie正在檢查牡蠣礁。這些牡蠣礁是研究人員建造的，用以保護北卡羅來納胡蘿卜島遭受侵蝕的海灘

現實的復雜

如今，馬里蘭州被認為是興建沿海環(huán)保基礎設施的先行者。2008年，該州通過了美國第一部要求希望保護自己濱水區(qū)的土地所有者使用活境海岸線的法律，除非他們能夠證明只有硬體結構才能對其提供有效防御。該州為1 000多條海岸線（幾乎都是環(huán)繞切薩皮克灣及其周邊地區(qū)）頒發(fā)了合格證書。許多活境海岸線不僅經受住了風暴的經驗，甚至變得越發(fā)興盛，在與傳統(tǒng)灰色結構的競爭中可能還占據上風。

然而，其他州效仿這一做法的腳步一直未跟上，這部分是因為關于活境海岸線的環(huán)境影響、有效性和使用壽命以及其他自然啟發(fā)特點等問題一直揮之不去。

有一位研究人員試圖回答這些問題，她就是來自美國國家海洋和大氣管理局北卡羅來納柏福特實驗室的生態(tài)學家卡羅琳·科林（Carolyn Currin）。該實驗室位于匹維斯島上，離松丘海岸只有一步之遙。2000年，當實驗室官員不得不更換島上一個損壞的海堤時，科林說服他們建立了一條活境海岸線，把原本單調的建筑工作變成了一項實驗。美國國家海洋和大氣管理局與當地的合作伙伴和志愿者攜手合作，一起將數袋牡蠣殼撒在該島嶼的海岸邊，并在不同梯度的砂坡上種植沼澤禾草。

通過新的沼澤——利用巖床設立于匹維斯島另一側的沼澤，研究人員對活境海岸線的作用和習性有了全新的了解。其中的一項發(fā)現是，它們似乎會與當地海平面的上升水平保持一致，能夠匯聚土壤，使沼澤的表面始終位于低潮線之上。

它們還可能具有寶貴的“協同效益”。科林與其同事在《公共科學圖書館-綜合》（PLOS ONE）期刊發(fā)文宣稱，人工沼澤能夠吸收相對較大量的碳。而且，正如他們所懷疑的那樣，與傳統(tǒng)的混凝土結構相比，用于穩(wěn)固這類沼澤的巖床和牡蠣殼巖床能夠為數量更大、種類更多的魚類和甲殼類動物提供養(yǎng)分——包括更具經濟價值的物種，吉特曼領導的研究小組在《生態(tài)應用》（Ecological Applications）發(fā)表的一篇論文中得出了以上結論。

科林、吉特曼和她們的同事還正在評估活牡蠣占據的海岸線是否能夠為北卡羅來納和墨西哥灣等甲殼類動物棲息地提供額外的防御層。在一項實驗中，他們選擇了雷切爾·卡森保護區(qū)內的胡蘿卜島，那里離匹維斯島不遠，而且有一片被快速侵蝕的海灘。他們用成千上萬蒲式耳貝殼在海灘邊構建了三座人工牡蠣礁。

在一次探訪中，生態(tài)學家喬爾·佛德利（Joel Fodrie）趟過平靜的海水到達珊瑚礁。如今，大約有三年歷史的貝殼堆已經能夠保護海灘，攔截沉積物，并幫助它挽回過去因遭受侵蝕而造成的損失。更可喜的是，珊瑚礁正在恢復生機，任職于摩爾黑德市北卡羅萊納大學海洋科學研究所的佛德利說。在他檢查被小牡蠣覆蓋的貝殼時，有小螃蟹匆忙地從他的指間爬過。他指出，這些小生命有助于珊瑚礁的橫向和縱向生長，提高其保護作用。佛德利、同樣來自海洋科學研究所的安東尼奧·羅德里格斯（Antonio Rodriguez）及其同事在去年發(fā)表于《自然氣候變化》（Nature Climate Change）的文章中報告說，即使海平面迅速上升，設置合理的牡蠣礁也具有與其保持同步的生長能力。

然而，佛德利指出，珊瑚礁項目也同樣面臨挑戰(zhàn)。波浪已將一些牡蠣巖床推向海岸，沖走了研究人員種植的部分禾草。但沒關系，他說：“我們原本就計劃好了，會經歷一些失敗，這樣我們就能知道分界線在哪里?！?/p>

“灰”+“綠”的新模式

雖然有些人認為活境海岸線就是回歸自然，但在另外一些人看來，這是以另一個名義硬化海岸。已退休的杜克大學地球科學家奧林·皮爾奇（Orrin Pilkey）曾呼吁限制沿海開發(fā)，對大西洋沿岸的許多活境海岸線項目提出批評，因為為了保護種植的禾草免受波浪的影響，它們大量使用了遠離海岸的巖床。他說，這些巖床會吞噬原生海草，使魚和螃蟹更難以游到潮間沼澤。

皮爾奇還抱怨稱，由于缺乏監(jiān)管和科學監(jiān)測，很難斷定哪些做法是可行的，哪些做法是不管用的?！皩ξ叶?，活境海岸線就是西部荒原，”他在一封電子郵件中寫道，“它沒有標準，無法執(zhí)行，沒有經過時間特別長的真正研究，而只是帶著生態(tài)的神圣光環(huán)?！?/p>

甚至連活境海岸線的推廣者也承認，需要從生態(tài)角度對項目進行權衡。例如，位于切薩皮克灣的新建沼澤會侵占沙質近岸棲息地?！懊總€人都覺得平坦的非結構化海底沒什么價值，”來自弗吉尼亞海洋科學研究所的生態(tài)學家唐娜·比爾科維奇（Donna Bilkovic）說道，“但在那些沉積物中生活著許多動物?！?/p>

綠色防御還要面對大量監(jiān)管和政治障礙。在美國，如果要新建護岸，往往只需要幾天時間就能獲得所需的聯邦和州級許可證。但自然啟發(fā)項目的文書工作所需花費的時間要長得多，這部分是因為這些項目可能會涉及侵占淺水棲息地并延伸至航道的水下結構。大型項目還可能需要進行復雜的強制性成本效益分析。對于灰色項目，經濟學家和工程師們早就知道如何計算它們的使用壽命和經濟回報；但對于綠色項目來說，這項任務可能會更加棘手，需要對碳儲存或改善魚類棲息地等協同效益進行預測。

一些海岸專家得出結論稱，將綠色和灰色方法結合起來可獲得最佳回報，因為這樣既可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，又能彌補各自的不足：綠色基礎設施是動態(tài)的，適應性強，但需要數年時間才能完全建成；而混凝土結構從第一天起就可以發(fā)揮作用。這種混合防御方式可能需要在混凝土海堤或水壩前建造一座牡蠣礁或開辟一片沼澤，才能帶來生態(tài)效益，并提供多層次風暴保護。

美國陸軍工兵部隊已經接受了這種“灰-綠”思想，并通過一項被稱為“地貌工程系統(tǒng)方法”的倡議與美國國家海洋和大氣管理局和其他機構一起推廣。來自馬里蘭大學的蘇頓-格里爾（Sutton-Grier）說，“希望能夠利用這兩種方法的優(yōu)勢——在綠色基礎設施建立過程中，用灰色方法保護綠色；或者用綠色保護灰色，以延長后者的使用壽命?！?/p>

這種思想也在國際上盛行起來，韓國、中國和澳大利亞最近都在考慮將建立沼澤地和建造硬體結構相結合。在荷蘭，沿海防御是關乎國家存亡的大事，規(guī)劃者正在引入鹽沼和貝類巖床，以幫助減輕風暴對海堤和水壩的影響。（日本在2011年經歷了毀滅性的海嘯之后，也曾考慮采用環(huán)保的海岸線保護措施，但到目前為止，還是選擇了規(guī)模甚至更大的海堤。）

然而，綠色基礎設施要想取得成功，最終可能更多地取決于數以百萬計的個人土地所有者是否愿意嘗試新事物，而不是政府，因為眾多海岸線掌握在私人手中。吉特曼說，要說服規(guī)避風險的房主可能會是一個痛苦的過程。颶風“艾琳”過后，她向護岸被掀翻的土地所有者展示了他鄰居家的活境海岸線表現得有多么出色。

但這位損失慘重的土地所有者還是選擇了新建一道混凝土護岸，然后將他的房子掛牌出售。“人們會固執(zhí)已見?！奔芈鼰o奈地說道。

[資料來源：Science][責任編輯：?；襗