高度碎片化的欧洲湿地及其不均衡的恢复需求

《Nature》：Highly fragmented European wetlands with uneven restoration needs

　　

欧洲湿地储存着大量的碳储备，但几个世纪以来的土地利用已经侵蚀了其碳储量和生物多样性。欧盟（EU）《自然恢复法》（NRL）要求到2030年，至少30%未处于“良好状态”的湿地生态系统必须得到恢复，然而关于湿地类型和状况的空间一致性信息仍然稀缺。利用10-m卫星影像和机器学习，研究人员绘制了跨越38个欧洲国家的六类半自然开放湿地以及土地利用扰动图。湿地呈现出高度的碎片化，估计有27-33%的湿地面积位于地图定义的小于25-ha的斑块中，7-11%位于小于1-ha的斑块中，这揭露了许多被低分辨率产品遗漏的小型湿地。研究人员估计人类活动影响了20.4±3.4%的湿地面积（95%置信区间），其中内陆湿地类型受影响最大，相对于未受干扰的基线，潜在流失了高达5-Gt的二氧化碳当量（CO2-eq）土壤碳。将受干扰面积转化为NRL恢复目标后，研究人员发现部分国家的承诺与研究人员的2030年估计值基本一致，而另一些国家尽管研究人员的地图识别出了大量候选区域，却缺乏量化的承诺。由此产生的标准化、高分辨率产品提供了针对NRL定制的欧盟范围基线，以及将卫星制图与恢复目标联系起来的可重现模板，以支持进展追踪。

湿地是处于陆地与水界面的生态系统，属于地球上最具生产力的栖息地和重要的碳库之一。尽管湿地仅覆盖全球陆地表面的5-8%，却持有20-30%的全球土壤碳，并在长期气候调节中发挥着关键作用。然而，自1700年代以来，人类活动已导致全球内陆湿地丧失了16-23%，且气候变暖加剧了这一持续退化过程。欧洲是历史性湿地丧失的热点地区，自1700年以来湿地平均面积减少了50%以上，某些国家甚至减少了75%以上，主要原因是系统性的农业和林业排水。为此，欧盟《自然恢复法》规定到2030年需恢复30%未处于良好状态的生态系统。然而，目前欧洲各国关于自然和半自然湿地状况的信息仍然有限且不一致，且广泛使用的土地覆盖产品通常具有25-ha的最小制图单元，这使得大量小型湿地经常被遗漏，阻碍了及时检测和准确评估。为了提供覆盖该法律优先湿地栖息地的协调且空间明确的基线，研究人员在《Nature》上发表了这项研究，绘制了欧洲高分辨率湿地分布图，评估了人类干扰程度和碳储量流失，并将受干扰面积转化为各国至2030年的恢复目标。这对于指导欧洲及全球范围内的湿地恢复政策、追踪气候变化具有重要意义。

研究人员为开展研究用到的关键技术方法主要包括：采用如Sentinel-1/2和Landsat-8等多传感器卫星数据，在Google Earth Engine平台上生成10-m分辨率的无云中位数合成影像及光谱指数等49个预测变量。构建了基于10,975个人工目视解译参考验证样本的全球分层抽样设计，并使用eXtreme Gradient Boosting（XGBoost，极端梯度提升）机器学习算法进行多分类模型训练。此外，利用基于设计的分层估计器计算欧洲尺度的湿地面积，将校准加权与经验贝叶斯部分池化相结合的分层估计方法来稳定国家尺度样本量稀少情况下的湿地面积估算，并结合LUCAS 2018等土壤碳实测数据进行碳储量和干扰调整估算。

欧洲开放湿地制图
研究人员通过上述机器学习结合多源卫星影像的方法得出结论：在38个欧洲国家中，六类自然和半自然开放湿地的总体制图精度达到96.6±0.3%，总面积约为413,504±17,782 km²。研究发现湿地斑块呈现出高度的细粒度和碎片化特征，估计约27-33%的湿地面积集中在小于25-ha的斑块中，约7-11%在小于1-ha的斑块中。内陆沼泽的小斑块比例最高，而潮间带泥滩最低。与广泛使用的低分辨率土地覆盖产品相比，该高分辨率地图纠正了由于粗糙像元和最小制图单元带来的对小斑块遗漏的偏差。

碳储量估算
结合高分辨率湿地分布和已有欧洲不同深度的土壤有机碳（SOC，Soil Organic Carbon）密度测量范围，研究人员得出了各湿地类型的碳储量。研究排除了已排干和森林湿地的碳储量，估计欧洲湿地总的碳储存潜力为2.8-14.3 Gt C。其国家层面上，英国、挪威和瑞典的碳储量最高。按类型划分，泥炭沼泽覆盖面积虽小却占总平均碳库的53%，内陆沼泽是土耳其、罗马尼亚等国最碳密集的类型。此外，盐沼由于高埋藏率及低CH₄和N₂O排放也贡献突出。

人类干扰模式
该研究通过将10-m湿地地图与农业和城市土地利用多边形相交，以距离阈值作为指标划分为“最严重”、“中度”和“最轻”三个干扰等级。结果表明，人类活动影响了20.4±3.4%的欧洲湿地面积，其中13.6±3.0%被列为最严重干扰。未受干扰的湿地主要位于高纬度和高海拔地区，而内陆沼泽是受干扰最严重的类型，近半面积被列为最严重干扰，其次是盐沼和泥炭沼泽。小部分地区（如保加利亚、塞尔维亚等）相对干扰比例较高，而北欧国家的高纬度湿地保存最为完好。

湿地碳储量流失估算
研究人员将湿地类型和特定干扰等级的减少因子应用于未干扰基线碳储量，转换为CO₂当量，发现土地利用干扰对应着相当于欧洲湿地平均土壤碳库约10-11%的潜在碳损失（0.8-4.9 Gt CO₂-eq）。其中泥炭沼泽的潜在损失最为严重，内陆沼泽次之。在绝对层面上，英国、瑞典、挪威和爱尔兰因其广阔的湿地面积和高强度干扰表现出最高的潜在碳流失量。

国家恢复目标制定与现有产品比对
根据欧盟NRL规定，研究人员将面临人类干扰的湿地面积作为需恢复目标的场景基线。估计全欧洲到2030年需恢复266万公顷湿地。英国、爱尔兰、土耳其和罗马尼亚的恢复需求最大，部分国家的现有承诺与研究的2030年估计值相当吻合（如丹麦），而有些国家尽管存在大量退化区域，承诺却远低于估计值（如匈牙利）。相较于其他制图产品由于类别不一致、缺乏不确定性量化和时间跨度差异等问题，该研究的高分辨率单一方法显著减少了小斑块遗漏，为恢复规划提供了可靠基线。

在总结讨论部分，研究人员得出结论：欧洲半自然开放湿地极其稀缺、高度碎片化，且碳储量流失严重。该研究展示了精确的、基于像素尺度的卫星观测如何转化为跨国恢复政策见解。由于缺乏对湿地碳储量变化的长时间序列监测，现有欧洲湿地土壤潜在碳流失量（0.84–4.87 Gt CO₂-eq）甚至可与其他地区在极短时间内因火灾和人为干扰而实际释放的碳量相当。尽管恢复可以减缓进一步的排放，但无法立即补足已损失的碳。因此，在缺乏统一的重复更新湿地碳储量清单背景下，对已受干扰的半自然湿地的恢复既是一种减排策略，也是防止剩余碳储量发生不可逆枯竭的预防性措施。将法律承诺与生态学理解和高分辨率数据驱动观测相结合，才能推动从摆脱延续损失的历史向精准恢复时代迈进。