湿地保护成效显著：圣玛丽斯大湖流域冷水溪湿地长期监测成果

《Wetlands》：Wetland Conservation in the Grand Lake St. Marys Watershed: Long Term Monitoring Data from Coldwater Creek Restored Wetland

为缓解水体富营养化，研究人员监测冷水溪湿地，发现其有效截留水流、降低营养物负荷，助力流域治理。

　　# 圣玛丽斯大湖流域湿地保护研究：冷水溪湿地的长期监测成果解读
在地球的生态系统中，湿地宛如一颗璀璨的明珠，它处于陆地与水体的过渡地带，发挥着极为重要的生态功能。湿地不仅为众多动植物提供了栖息家园，还能净化水源、调节气候、抵御洪水。然而，随着人类活动的加剧，湿地面积不断缩减。在美国，曾经广袤的湿地在历史的进程中逐渐消逝，比如俄亥俄州，到 1980 年时，约 90% 的湿地面积已不复存在。

湿地面积的减少引发了一系列严重的环境问题，其中水体富营养化尤为突出。在俄亥俄州西北部的圣玛丽斯大湖（Grand Lake St. Marys，GLSM）流域，过量的氮、磷和沉积物等营养物质随着农业径流进入湖泊，导致有害藻华大规模爆发，严重影响了水质和生态平衡。为了改善这一状况，当地开展了一系列湿地恢复项目，旨在通过恢复湿地的生态功能来减少营养物的排放，提升水质。在此背景下，来自莱特州立大学湖校区（Wright State University – Lake Campus）等机构的研究人员 Stephen J. Jacquemin、Morgan C. Grunden 和 Theresa A. Dirksen 对圣玛丽斯大湖流域的冷水溪恢复湿地（Coldwater Creek Restored Wetland）进行了长期监测研究，相关成果发表在《Wetlands》杂志上。

研究人员采用了多种技术方法对冷水溪湿地进行监测。在水文监测方面，利用附近 Chickasaw Creek 美国地质调查局（USGS）站的长期监测数据来追踪冷水溪的水流情况，同时使用在线超声波流量计监测湿地的流入量，并通过简单的平堰计算法测量流出量。在水质分析上，从 2017 年夏季开始，每周从湿地的流入点（冷水溪）和流出点采集地表水样本，对可溶性反应磷（SRP）、总磷（TP）、硝酸盐氮（NO3??N）和总悬浮固体（TSS）等指标进行分析。此外，还运用了统计分析方法，如配对 t 检验、Spearman 秩相关分析和一般线性模型（GLM）等，来评估湿地对营养物减少的影响。

一、研究结果

（一）水流情况

在 2017 - 2023 年的监测期间，冷水溪约10,516,258m3的水流入湿地，这几乎占到该支流流入圣玛丽斯大湖总水量的 10%。夏季时，湿地处理的流量最大，平均每日流入量约为9,500m3/天，占夏季溪流总流量的 40%。而冬季由于水泵停止运行，没有水流进入湿地。湿地的水文停留时间随季节变化，春季为 3.5 天，夏季为 3 天，秋季为 5.75 天。并且，湿地流出量通常低于流入量，这主要是因为水分的蒸发、植物的吸收以及土壤的吸附作用。

（二）营养物情况

1. 营养物浓度变化：总体而言，水流经湿地后，营养物和沉积物浓度显著降低。SRP 的总体浓度降低幅度最大，达到 64%，随后依次是NO3??N（57%）、TP（50%）和 TSS（40%）。不过，这些营养物浓度的降低比例会随季节变化，例如 SRP 和 TP 的浓度降低百分比在秋季较低，而在春季和夏季较高；NO3??N的浓度降低百分比在各个季节较为相似；TSS 的浓度降低百分比在秋季较低，春季和夏季较高。
2. 营养物负荷削减：结合流量和营养物浓度计算得出，在 6.5 年的时间里，湿地去除了大量的营养物和沉积物，其中 TP 为 2,462kg，SRP 为 875kg，NO3??N为 22,512kg，TSS 为 311,812kg，对应的年负荷削减率分别为 68%、64%、65% 和 66%。

（三）物理化学变量

湿地在不同季节的溶解氧（DO）浓度、pH 值和电导率有所差异，但湿地流入和流出的相关指标总体上没有显著差异。春季、夏季和秋季的溶解氧浓度平均值分别为 9.03mg/L（饱和度 98.49%）、7.90mg/L（饱和度 89.50%）和 8.55mg/L（饱和度 91.84%）；pH 值平均值分别为 8.41、8.18 和 7.95；电导率平均值分别为 838.7μS/cm、916.3μS/cm 和 639.9μS/cm 。

二、研究结论与讨论

冷水溪湿地在 6.5 年的监测期内，成功截留了大量水流，并显著降低了其中的营养物和沉积物负荷。与其他湿地相比，其在营养物削减方面表现出色，例如 TP 的去除率达到5.20g/m2/yr，去除效率为 63.6%，均高于相关研究的平均水平。这表明该湿地的恢复工作取得了良好的成效，为改善流域水质做出了重要贡献。

然而，湿地的生态功能并非一成不变。随着时间的推移，湿地可能会受到多种因素的影响，如微生物活动的变化、沉积物吸附位点的改变、物种组成的更替等，从而导致其营养物截留能力下降，甚至从营养物的 “汇” 转变为 “源”。例如，在 2022 年，冷水溪湿地就曾因鲤鱼的生物扰动而出现过沉积物源的趋势，但在鲤鱼被移除后，这一情况得到了逆转。

从经济成本角度来看，冷水溪湿地在去除营养物方面具有一定的成本效益。与其他湿地或农业最佳管理实践（BMPs）相比，其每千克营养物的去除成本较为可观。如果仅考虑建设成本，在十年内，去除磷、氮和沉积物的成本分别约为264/kg/yr、28.9/kg/yr和3.66/kg/yr；若排除一次性建设成本，仅考虑运营成本，相应的成本则分别约为3.96/kg/yr、0.43/kg/yr和0.03/kg/yr。

综上所述，冷水溪湿地的恢复和长期监测为圣玛丽斯大湖流域的水质改善提供了有力支持。未来，为了更好地发挥湿地的生态功能，还需要进一步加强对湿地的监测和管理，同时开展更多的研究，以深入了解湿地的生态过程和功能变化机制，为湿地保护和流域治理提供更科学的依据。