抑制海浪

许林玉/编译

抑制海浪

许林玉/编译

设在北卡罗来纳州匹维斯岛（Pivers Island）的沼泽有助于研究人员理解所谓的活境海岸线的成本与效益

●巨浪来袭时，是灰色的混凝土护堤还是绿色的植被缓冲带更能保护后面的家园？

2011年，当飓风“艾琳”袭击北卡罗来纳州的海岸时，2米高的巨浪开始对海岸造成冲击。位于北卡一座堰洲岛上的社区松丘海岸（Pine Knoll Shores）的两处房产的遭遇形成了鲜明对比，成为合适的研究对象。一位房主修筑了混凝土护岸，以保护他的院子免受海水的侵袭。但翻腾的海浪漫过护岸，掀翻了围墙，冲走了大量沉积物，只留下一滩烂泥。

在不到200米远的地方，另一位房主设立了一道“活境海岸线”——人工种植的禾草地毯。禾草地毯种在距离海岸数米远的岩床上，缓缓地斜着伸入水中。汹涌的海水几乎将禾草压平，但弯曲的草茎抑制了海浪，而深层根系则稳固了土壤。飓风过后，禾草恢复原貌，房产也经受住了风浪的考验，基本完好无损。

来自马萨诸塞州东北大学海洋科学中心的生态学家雷切尔·吉特曼（Rachel Gittman）说，这一鲜明对比突出表明，在与风暴作斗争时，灵感源自大自然的防御比混凝土护堤能更好地保护海岸线。吉特曼对飓风“艾琳”的影响进行了研究，她从中发现，在北卡罗莱纳海岸沿线的重灾区，有四分之三的海堤和护岸在这场风暴中被摧毁或损坏，导致宝贵的土壤被冲入海中。但种有沼泽禾草的海岸却几乎未遭受任何侵蚀，被破坏的植被在一年之内就恢复了原貌。“植物的确非常适合用于应对大风暴，”吉特曼说，“护岸对此却无能为力。”

由于研究人员和海岸地区规划者需要面对因全球变暖造成的海平面上升——以及可能更凶猛的风暴，这些成果越来越受到关注。他们称，这种双重袭击威胁着全球数千万沿海居民和价值数万亿美元的基础设施。

“灰色”还是“绿色”？

为了做好更充分的准备，许多研究人员呼吁，沿海国家应当重新思考传统的海岸线防御措施。那些方法在很大程度上依赖于大型土坝、岩石屏障和混凝土墙。研究人员声称，这种“灰色”基础设施不但会损害沿海生态系统，而且可能难以适应不断变化的环境。吉特曼和其他一些研究人员认为，灵感源自沼泽、牡蛎礁和其他自然特性的办法更为温和和环保，而且效果更佳。他们说，如果应用得当，不仅可以凭借这些特性提供低成本的风暴防御措施，而且能够打造可应对海平面上升的更为健康的生态系统。“你在开辟一片沼泽时，”马里兰州自然资源部（DNR）的环境科学家巴斯卡·萨勃拉曼尼亚（Bhaskar Subramanian）说，“本质上是在做善事。”

用灰色和绿色基础设施与上升的海平面作斗争

并不是每个人都对此充满热情。很多人觉得躲在混凝土背后更加安全，而且——考虑到可能存在的高风险——政策制定者和监管机构一直不愿意将久负盛名的工程技术束之高阁，转而去支持更不为人知的方法。一些研究人员甚至担心，通过将外来物种和外来异物引入水下栖息地，所谓的绿色设计可能会损害海洋生态系统。

虽然有些人持怀疑态度，但推动传统灰色沿海防御环保化的做法越来越引发反思。“卡特里娜”和“桑迪”飓风造成了巨大破坏，在这一状况的推动下，美国政府决定对自然启发的海岸工程研究提供支持。全球各地越来越多的研究人员正在评估哪一种绿色技术效果最佳，以及如何将灰色工程和绿色工程结合起来，共同构建分层防御体系。

关于用灰色还是绿色基础设施与上升的海平面作斗争，来自马里兰大学帕克分校和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的生态学家阿里安娜·苏顿-格里尔（Ariana Sutton-Grier）如此说：“每天都有很多此类事情发生。在对沿海地区采取措施方面，我们可能正在经历翻天覆地的变化。”

几千年来，人类一直试图阻止大海。在中国和地中海沿岸地区，考古学家发现了拥有大约2 000年历史的海堤和其他海岸线结构的证据。随着人口的增长，沿海防御工作也在加强。在2015年8月发表于《生态和环境科学前沿》（Frontiers in Ecology and the Environment）的一篇论文中，吉特曼与其同事估计，美国有近23 000公里的海岸线建有防御设施——约占海岸线全长的14%。他们补充说，到本世纪末，如果沿海开发继续以当前速度展开，这一比例可能增至30%。

在沿海地区建造防御设施可能会带来毁灭性的生态后果。岩石和混凝土屏障会将波能反射回大海，而不是将其耗散，导致快速流动的海水冲刷海床，破坏沼泽和水下为鱼类、螃蟹以及其他海洋生物提供养分的水草。硬体结构还会阻断临界的沉积物从高地流向海岸，使海滩和沼泽失去物质来源，直至最后消失。在上个世纪，全球海平面大约上升了20厘米，许多沼泽和海滩因此受到更高水位的海水和静止不动的混凝土结构的挤压。

如果全球温室气体排放量继续有增无减，这种挤压还会加剧。在某些场合，建模者警告说，由于冰盖融化和海水变暖，海平面可能会加速上升，达到每年9毫米。与此同时，全球变暖可能会引发更强烈的风暴，加剧波损和沿海洪灾造成的威胁。许多人都提到了2005年“卡特里娜”飓风过后在路易斯安那州和墨西哥湾沿岸发生的洪涝灾害，以及2012年飓风“桑迪”造成的破坏，认为这些情况在未来也有可能发生。

马里兰州切萨皮克湾（Chesapeake Bay）的海岸属于美国最脆弱的海岸：地面沉降导致当地的海平面上升，其幅度大大超过全球平均水平，使沿海地区在遭遇风暴时更加不堪一击。2003年，猛烈的飓风“伊莎贝尔”席卷了该海岸和切萨皮克湾地区，造成16人死亡，经济损失达70亿美元。之后，加大推广活境海岸线的力度成为美国最出色的工作之一。

来自马里兰州自然资源部的萨勃拉曼尼亚回忆说，“伊莎贝尔”过后不久，心烦意乱的土地所有者开始拨打自然资源部的电话，请求他们提供沿海保护援助。“所有人都在电话里说：‘我家的护岸漂浮到邻居家了。’”

相比之下，在该机构的帮助下建造了活境海岸线的土地所有者没有向他们抱怨。先前开辟的沼泽使风浪偃旗息鼓，因而减少了损失，他说，这种情况在大约10年后的北卡罗来纳州如出一辙。很快地，曾经固守着混凝土结构的土地所有者们排起了长队，希望在设立防御性沼泽时获得帮助。

生物学家Joel Fodrie正在检查牡蛎礁。这些牡蛎礁是研究人员建造的，用以保护北卡罗来纳胡萝卜岛遭受侵蚀的海滩

现实的复杂

如今，马里兰州被认为是兴建沿海环保基础设施的先行者。2008年，该州通过了美国第一部要求希望保护自己滨水区的土地所有者使用活境海岸线的法律，除非他们能够证明只有硬体结构才能对其提供有效防御。该州为1 000多条海岸线（几乎都是环绕切萨皮克湾及其周边地区）颁发了合格证书。许多活境海岸线不仅经受住了风暴的经验，甚至变得越发兴盛，在与传统灰色结构的竞争中可能还占据上风。

然而，其他州效仿这一做法的脚步一直未跟上，这部分是因为关于活境海岸线的环境影响、有效性和使用寿命以及其他自然启发特点等问题一直挥之不去。

有一位研究人员试图回答这些问题，她就是来自美国国家海洋和大气管理局北卡罗来纳柏福特实验室的生态学家卡罗琳·科林（Carolyn Currin）。该实验室位于匹维斯岛上，离松丘海岸只有一步之遥。2000年，当实验室官员不得不更换岛上一个损坏的海堤时，科林说服他们建立了一条活境海岸线，把原本单调的建筑工作变成了一项实验。美国国家海洋和大气管理局与当地的合作伙伴和志愿者携手合作，一起将数袋牡蛎壳撒在该岛屿的海岸边，并在不同梯度的砂坡上种植沼泽禾草。

通过新的沼泽——利用岩床设立于匹维斯岛另一侧的沼泽，研究人员对活境海岸线的作用和习性有了全新的了解。其中的一项发现是，它们似乎会与当地海平面的上升水平保持一致，能够汇聚土壤，使沼泽的表面始终位于低潮线之上。

它们还可能具有宝贵的“协同效益”。科林与其同事在《公共科学图书馆-综合》（PLOS ONE）期刊发文宣称，人工沼泽能够吸收相对较大量的碳。而且，正如他们所怀疑的那样，与传统的混凝土结构相比，用于稳固这类沼泽的岩床和牡蛎壳岩床能够为数量更大、种类更多的鱼类和甲壳类动物提供养分——包括更具经济价值的物种，吉特曼领导的研究小组在《生态应用》（Ecological Applications）发表的一篇论文中得出了以上结论。

科林、吉特曼和她们的同事还正在评估活牡蛎占据的海岸线是否能够为北卡罗来纳和墨西哥湾等甲壳类动物栖息地提供额外的防御层。在一项实验中，他们选择了雷切尔·卡森保护区内的胡萝卜岛，那里离匹维斯岛不远，而且有一片被快速侵蚀的海滩。他们用成千上万蒲式耳贝壳在海滩边构建了三座人工牡蛎礁。

在一次探访中，生态学家乔尔·佛德利（Joel Fodrie）趟过平静的海水到达珊瑚礁。如今，大约有三年历史的贝壳堆已经能够保护海滩，拦截沉积物，并帮助它挽回过去因遭受侵蚀而造成的损失。更可喜的是，珊瑚礁正在恢复生机，任职于摩尔黑德市北卡罗莱纳大学海洋科学研究所的佛德利说。在他检查被小牡蛎覆盖的贝壳时，有小螃蟹匆忙地从他的指间爬过。他指出，这些小生命有助于珊瑚礁的横向和纵向生长，提高其保护作用。佛德利、同样来自海洋科学研究所的安东尼奥·罗德里格斯（Antonio Rodriguez）及其同事在去年发表于《自然气候变化》（Nature Climate Change）的文章中报告说，即使海平面迅速上升，设置合理的牡蛎礁也具有与其保持同步的生长能力。

然而，佛德利指出，珊瑚礁项目也同样面临挑战。波浪已将一些牡蛎岩床推向海岸，冲走了研究人员种植的部分禾草。但没关系，他说：“我们原本就计划好了，会经历一些失败，这样我们就能知道分界线在哪里。”

“灰”+“绿”的新模式

虽然有些人认为活境海岸线就是回归自然，但在另外一些人看来，这是以另一个名义硬化海岸。已退休的杜克大学地球科学家奥林·皮尔奇（Orrin Pilkey）曾呼吁限制沿海开发，对大西洋沿岸的许多活境海岸线项目提出批评，因为为了保护种植的禾草免受波浪的影响，它们大量使用了远离海岸的岩床。他说，这些岩床会吞噬原生海草，使鱼和螃蟹更难以游到潮间沼泽。

皮尔奇还抱怨称，由于缺乏监管和科学监测，很难断定哪些做法是可行的，哪些做法是不管用的。“对我而言，活境海岸线就是西部荒原，”他在一封电子邮件中写道，“它没有标准，无法执行，没有经过时间特别长的真正研究，而只是带着生态的神圣光环。”

甚至连活境海岸线的推广者也承认，需要从生态角度对项目进行权衡。例如，位于切萨皮克湾的新建沼泽会侵占沙质近岸栖息地。“每个人都觉得平坦的非结构化海底没什么价值，”来自弗吉尼亚海洋科学研究所的生态学家唐娜·比尔科维奇（Donna Bilkovic）说道，“但在那些沉积物中生活着许多动物。”

绿色防御还要面对大量监管和政治障碍。在美国，如果要新建护岸，往往只需要几天时间就能获得所需的联邦和州级许可证。但自然启发项目的文书工作所需花费的时间要长得多，这部分是因为这些项目可能会涉及侵占浅水栖息地并延伸至航道的水下结构。大型项目还可能需要进行复杂的强制性成本效益分析。对于灰色项目，经济学家和工程师们早就知道如何计算它们的使用寿命和经济回报；但对于绿色项目来说，这项任务可能会更加棘手，需要对碳储存或改善鱼类栖息地等协同效益进行预测。

一些海岸专家得出结论称，将绿色和灰色方法结合起来可获得最佳回报，因为这样既可以发挥各自的优势，又能弥补各自的不足：绿色基础设施是动态的，适应性强，但需要数年时间才能完全建成；而混凝土结构从第一天起就可以发挥作用。这种混合防御方式可能需要在混凝土海堤或水坝前建造一座牡蛎礁或开辟一片沼泽，才能带来生态效益，并提供多层次风暴保护。

美国陆军工兵部队已经接受了这种“灰-绿”思想，并通过一项被称为“地貌工程系统方法”的倡议与美国国家海洋和大气管理局和其他机构一起推广。来自马里兰大学的苏顿-格里尔（Sutton-Grier）说，“希望能够利用这两种方法的优势——在绿色基础设施建立过程中，用灰色方法保护绿色；或者用绿色保护灰色，以延长后者的使用寿命。”

这种思想也在国际上盛行起来，韩国、中国和澳大利亚最近都在考虑将建立沼泽地和建造硬体结构相结合。在荷兰，沿海防御是关乎国家存亡的大事，规划者正在引入盐沼和贝类岩床，以帮助减轻风暴对海堤和水坝的影响。（日本在2011年经历了毁灭性的海啸之后，也曾考虑采用环保的海岸线保护措施，但到目前为止，还是选择了规模甚至更大的海堤。）

然而，绿色基础设施要想取得成功，最终可能更多地取决于数以百万计的个人土地所有者是否愿意尝试新事物，而不是政府，因为众多海岸线掌握在私人手中。吉特曼说，要说服规避风险的房主可能会是一个痛苦的过程。飓风“艾琳”过后，她向护岸被掀翻的土地所有者展示了他邻居家的活境海岸线表现得有多么出色。

但这位损失惨重的土地所有者还是选择了新建一道混凝土护岸，然后将他的房子挂牌出售。“人们会固执已见。”吉特曼无奈地说道。

[资料来源：Science][责任编辑：粒灰]