《Ecological Applications》：Recommendations for the development of erosion-resistant tidal marshes to enhance nature-based flood risk mitigation
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基于自然的混合式洪水风险减缓（nature-based hybrid flood risk mitigation）正日益受到关注，其中潮汐盐沼（tidal marshes）等湿地生态系统被视为不可或缺的组成部分。潮汐盐沼能够衰减防护结构所受波浪荷载、在防护结构
基于自然的混合式洪水风险减缓（nature-based hybrid flood risk mitigation）正日益受到关注，其中潮汐盐沼（tidal marshes）等湿地生态系统被视为不可或缺的组成部分。潮汐盐沼能够衰减防护结构所受波浪荷载、在防护结构失效时减小溃口深度、衰减风暴潮、减轻岸线侵蚀，并能够随海平面上升而垂直增长。当前，盐沼正被广泛地修复和创建，以用于洪水风险减缓及/或其他生态系统服务，因此确保其长期存续并发育出抗侵蚀的沉积物底床（erosion-resistant sediment beds）至关重要。本文首先探讨了驱动潮汐盐沼抗侵蚀沉积物底床发育的关键物理与生物过程及属性，结果表明：植被覆盖且固结的沉积物底床、有效运转的食物网，以及包含多种生态系统且宽度充足的潮间带（intertidal zone），对于实现以洪水风险减缓为目标的盐沼修复/创建项目至关重要。其次，本文讨论了盐沼修复/创建所处的位置（即防护结构的向海侧或向陆侧）和物理条件（即相对于潮差的高程以及局地波浪强迫强度）如何决定最适宜的干预措施。可能的干预措施包括：沉积物补沙（sediment nourishment）、稳定结构（stabilization structures）、有管理的重新调整（managed realignment）、过渡性围垦（transitional polder）、受控潮汐交换（regulated tidal exchange）、植被种植/移植（vegetation planting/transplanting）以及潮沟开挖（creek excavation）。所选位置以及修复/创建干预措施将强烈影响盐沼建立和抗侵蚀性发育的速度。总体而言，本研究表明，成功实施基于自然的洪水风险减缓所需的盐沼修复/创建，要求：(1) 针对特定地点选择最合适的盐沼修复或创建干预措施；(2) 在盐沼被用于洪水风险减缓之前，给予其足够的发育时间。将盐沼纳入基于自然的洪水风险减缓战略时，不仅应考虑单个点位的尺度，还应将其对洪水风险减缓的影响升级至大尺度景观层面，以确保更广大生态系统充分发挥功能，并维持生态系统之间的良好连通性。
引言 (Introduction)
沿海和河口地区洪水风险因地面沉降和气候变化效应而全球性增加。传统的灰色防护结构维护成本高昂，因此基于自然的绿色防洪减灾措施日益受到关注。潮汐盐沼可通过多种方式降低洪水风险：植被和抬升的床面能够衰减波浪和风暴潮；在防护结构溃口时，若向陆侧地势低于向海侧盐沼，抬升的床面可减少溃口流量并限制溃口扩大；成熟盐沼还能通过地下生物量和细颗粒沉积物的促淤作用减轻岸线侵蚀。此外，盐沼可通过矿物沉积和有机质累积适应海平面上升，并促进其他物种群落（如牡蛎和贻贝礁）的生长，从而增强长期减灾效益。然而，盐沼必须发育出抗侵蚀的沉积物底床，才能在各种水动力条件下保持其减灾功能。盐沼修复和创建项目需结合特定目标选择合适干预措施，但目前缺乏相关指南，本文旨在填补这一空白。
盐沼抗侵蚀性发展速率的驱动因素 (Drivers of the development rate of marsh erosion resistance)
沉积物堆积 (Sediment accretion)
沉积物堆积速率受悬沙浓度、潮汐淹没频率和历时等因素影响，且随离潮沟和盐沼边缘距离增大而降低。风暴可显著增加沉积物供给，尤其在微潮环境。高堆积速率可能使新沉积物在被固结前即被埋藏，从而延缓抗侵蚀性发育。盐沼植被通过直接捕获颗粒和削弱水动力间接促进沉积物堆积。细粒粘性沉积物（粘土和粉砂）因矿物带电性而具有内聚力，可提高底床抗侵蚀性；砂质沉积物则因缺乏粘聚力而易受侵蚀。有机质含量也可增加底床强度，但影响受化学条件和容重制约。
沉积物固结 (Sediment consolidation)
固结过程排出孔隙水，使沉积物更密实，从而增加强度和抗侵蚀性。自重回结发生于新沉积物覆盖时，干燥回结则发生在低潮暴露期间，植被蒸腾可加速此过程。良好的潮沟网络和微地形可促进排水，进而增强固结。靠近潮沟的位置通常更固结、抗剪强度更高，而微高地形的干燥速度更快，抗侵蚀性更强。
植被建立与生长 (Vegetation establishment and growth)
植被建立依赖于繁殖体来源和不受干扰的“机会窗口”（windows of opportunity），期间种子或幼苗需免受潮水、强水动力和侵蚀事件的干扰。植食动物的取食也会阻碍建立。植被确定后，根系网络增强沉积物基质稳定性，根生物量越大，抗侵蚀性越强。根系形态特征因物种而异，因此植被演替会改变抗侵蚀性。床面高程相对于潮差和营养负荷是影响植被生长的重要因素；营养负荷过高可能降低根系生物量，增加侵蚀风险。
生物相互作用 (Biotic interactions)
潮间带各生态系统间的相互作用可增强系统韧性，例如低潮带的海草、贻贝或牡蛎礁可促进沉积物稳定并为盐沼创造有利条件。盐沼内的物种多样性通过多样化根系网络提高抗侵蚀性。正相互作用（如贻贝缓冲干旱、海獭捕食根食性螃蟹）可增加地下生物量并减少侵蚀。相反，植食动物和病原体则可能导致植被退化。因此，有效运转的食物网对盐沼韧性和功能至关重要。
河口与全球尺度过程 (Estuary- and global-scale processes)
盐沼的长期恢复力取决于沉积物供给、沉积速率和潮间带宽度是否能跟上海平面上升。若供给不足，盐沼可能溺亡，相邻潮滩可能消失。海岸挤压（coastal squeeze）会缩小栖息地空间，增加侵蚀风险。气候变化引起的海平面上升和风暴频率改变直接影响沉积物供给和抗侵蚀性发育。
不同位置的盐沼修复与创建、可能的干预措施及其对抗侵蚀性发展速率的影响 (Marsh restoration and creation at contrasting locations, possible interventions, and their effect on the development rate of erosion resistance)
最适宜的干预措施取决于三个关键条件：相对于防护结构的位置（向海侧或向陆侧）、相对潮差的初始高程、以及波浪强迫强度（以平均有效波高0.2米为强弱分界）。决策树（原文图1）给出了不同组合下的推荐干预措施。
海堤向海侧—低高程—强波浪作用 (Seaward of the defense structure—low elevation—strong wave forcing)
适宜干预措施：沉积物补沙与稳定结构相结合
低高程和强波浪会抑制植被建立，因此需通过沉积物补沙抬高床面至适宜高程，并设置稳定结构（如丁坝、灌木柳坝或活体礁）削弱波浪、稳定沉积物。补沙常用疏浚砂，可混入粘性沉积物或覆盖细粒层以提高抗侵蚀性。稳定结构宜采用天然材料，并需评估局部冲刷和微潮环境下风暴期沉积物供给受阻的风险。
沉积物补沙与稳定结构相结合：抗侵蚀性的发育
砂质补沙的初始抗侵蚀性较低，可通过混入或覆盖粘性沉积物改善。植被（尤其是密生型）能提高抗侵蚀性，但砂质底床中植被生长稀疏。可采取智能种植策略，如丛状种植、异质化设计等。另一种可选方案是建设向海侧的沉降田（sedimentation fields，即盐沼工程），利用透水灌木柳坝围成盆地，通过排水沟促进固结，从而形成高抗侵蚀性的粘性沉积物底床。
海堤向海侧—低高程—弱波浪作用 (Seaward of the defense structure—low elevation—weak wave forcing)
适宜干预措施：沉积物补沙
弱波浪条件下无需稳定结构，可单独实施沉积物补沙，或将泥沙置于附近水道让自然过程再分配。较弱的波浪降低幼苗被拔除的概率，有利于植被建立。但仍需考虑潮差和植食动物等因素。
沉积物补沙：抗侵蚀性的发育
砂质补沙抗侵蚀性相对较低，但弱波浪条件下侵蚀速率本就不高。然而，为抵御罕见风暴波浪以及防护结构溃口后的高流速，系统仍需长期发育抗侵蚀性。
海堤向海侧—高高程—强波浪作用 (Seaward of the defense structure—high elevation—strong wave forcing)
适宜干预措施：稳定结构
若高程已适合植被，但波浪过强，设置波浪衰减结构可创造“机会窗口”，同时提供长期侵蚀防护。可结合智能种植策略，但需确保植被斑块能自维持。若无法实现纯绿色方案，可结合永久性工程措施。
稳定结构：抗侵蚀性的发育
结构遮蔽区内沉降速率提高，若沉积物为细粒粘性，则抗侵蚀性增强；同时侵蚀减弱有利于植被建立，植物根系进一步加固底床。但需评估结构周围的局部冲刷。
海堤向海侧—高高程—弱波浪作用 (Seaward of the defense structure—high elevation—weak wave forcing)
适宜干预措施（自然盐沼）
该条件下自然盐沼大概率已存在。若缺失，可能因潮汐流或船行波导致高底床剪切应力、种子限制、排水不良、高沉积速率或过度生物扰动/取食所致。可采取补播、种植、优化排水及生物调控等手段。
自然盐沼：抗侵蚀性的发育
成熟高潮盐沼因固结粘性沉积物和根系而抗侵蚀性很强，但先锋盐沼可能较脆弱，需要时间发育抗侵蚀性。评估盐沼年龄和抗侵蚀性能有助于判断其减灾贡献。
海堤向陆侧—低高程—弱波浪作用 (Landward of the defense structure—low elevation—weak wave forcing)
适宜干预措施：有管理的重新调整/过渡性围垦，受控潮汐交换
向陆侧低洼地常因历史围垦而地面沉降。有管理的重新调整是拆除或降低原有海堤以重新引入潮汐；过渡性围垦则暂时开堤形成潮滩，待淤积升高后闭合并恢复土地利用；受控潮汐交换保留原堤，通过涵洞或水闸调节潮汐交换。低高程会导致初期植被机会窗口少、排水差，沉积物软弱，可配合补沙和排水网络加速发育。
有管理的重新调整/过渡性围垦，受控潮汐交换：抗侵蚀性的发育
细粒沉积物若得以固结，最终可高度抗侵蚀。但低高程、高饱和度及下伏不透水层导致排水缓慢，延缓固结。受控潮汐交换可通过调节潮汐频率和沉积速率来加速干燥固结，其控制能力优于单纯开堤。开挖潮沟是改善排水和促进植被建立的有效措施。
海堤向陆侧—高高程—弱波浪作用 (Landward of the defense structure—high elevation—weak wave forcing)
适宜干预措施：有管理的重新调整/过渡性围垦
如果向陆侧场地高程较高，其淹没条件已适宜植被生长，无需受控潮汐交换。较高的高程提供更多植被机会窗口，建立速度更快。但沉积速率可能较低；若自然动态不足，可考虑移除表土以增加潮汐影响。
有管理的重新调整/过渡性围垦：抗侵蚀性的发育
快速植被建立加快根系加固，同时较低潮汐淹没频率和深度导致排水较快，沉积物能更快固结变强。若无显著沉积，抗侵蚀性还取决于修复前的土地利用方式。
展望 (Outlook)
盐沼纳入防洪并非处处适用，需综合考虑社会、经济和治理因素。外部尺度过程可能影响减灾效果，例如在河口内创建盐沼可能减少储水空间并抬高风暴潮水位，而海堤向陆侧创建则相反。修复后可能需要适应性管理（如引入放牧、刈割、公众使用控制等）。未来需要进一步量化波浪衰减效能、气候变化对盐沼健康和抗侵蚀性的影响，以及灰绿结合防御结构中盐沼与硬结构的相互作用。成功的关键是选择合适干预措施并给予充分时间，同时保证足够宽的缓坡空间以支持沉积和防侵蚀，并考虑景观尺度的连通性。
结论 (Conclusions)
潮滩和潮汐盐沼可显著促进基于自然的洪水风险减缓。盐沼比潮滩更具优势，因其植被和较高床面可衰减波浪、稳定沉积物，并能减缓溃口扩大和洪水损害。正确选择修复/创建干预措施取决于空间位置、环境条件（高程、水动力、潮差、沉积物粒径、种子供给）以及时间窗口。例如有管理的重新调整虽抗侵蚀性发育慢，但最终可形成高抗侵蚀性底床。因此，优先任务是在特定地点选择最合适的干预措施，并提前规划，使沉积物有足够时间发育成抗侵蚀性底床，最终实现长期可持续的减灾效益。
