《Ecological Engineering》：The hydrological restoration potential of small landscape depressions in the Nete catchment in Belgium: An ecosystem services-based approach
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小洼地濕地恢復對生態系統服務的影響研究：基于比利時Nete流域的地形分類與模型評估，發現恢復顯著提升土壤碳儲存和徑流調節能力，但可能降低供給服務，41%區域具備無負面影響的恢復潛力，強調地理適應性恢復規劃對氣候韌性提升的重要性。
Jeroen Krols|Annelies Broeckx|Sam Vermeulen|Dirk Vrebos|Jan Staes
ECOSPHERE研究小組，安特衛普大學生物系，比利時安特衛普
摘要
小型洼地濕地因其對水文調節、碳儲存和生物多樣性維護的貢獻而越來越受到重視。然而，由于面積小且空間隔離，這些濕地常常被排除在調查范圍之外，從而容易受到人類活動的影響，進而影響其自然功能。本研究評估了比利時坎佩訥地區內Nete流域內景觀洼地的恢復潛力，以及這種恢復對生態系統服務（ES）提供的影響。通過地形分析，共識別出20,843個地表洼地，其中4,600個可能是可恢復的洼地濕地。隨后，結合ECOPLAN-SE模型對恢復前后生態系統服務的提供和調節功能進行了評估。結果表明，洼地恢復顯著增強了調節功能，尤其是土壤碳儲存和徑流儲存能力，而食物生產和木材生產等提供功能則有所下降。不過，41%的洼地屬于“無遺憾”恢復區域，即對任何評估的生態系統服務都沒有負面影響。這些地點通常位于上游，長期處于干燥狀態，并且遠離集約化農田。該研究強調了基于具體情境的恢復規劃的潛力。鑒于小型洼地濕地能夠通過緩解洪水和干旱顯著提升景觀層面的氣候韌性，政策制定者應加大對其恢復和保護的力度。本研究為將小型洼地濕地恢復納入區域土地管理和氣候適應策略提供了具體的空間框架，突顯了它們在維持多功能景觀中的關鍵但未被充分認識的作用。
引言
濕地在水文循環中發揮著重要作用，并提供多種環境功能（Bertassello等人，2018；Bullock和Acreman，2003；Mitsch和Gosselink，2007）。盡管人們對濕地所提供價值的認識日益增強，但恢復工作往往側重于最大化恢復面積，而忽略了濕地的其他空間屬性，如濕地分布及其在景觀中的空間布局（Van Meter和Basu，2015）。此外，濕地恢復項目的評估還應考慮它們與水文路徑的相互作用（Blackwell和Pilgrim，2011）。近年來，人們對小型洼地濕地的關注度不斷提高（Bertassello等人，2018；Blackwell和Pilgrim，2011；Calhoun等人，2017；Cohen等人，2016；Evenson等人，2018；Lane和D'Amico，2010；Rains等人，2016）。洼地濕地有時被稱為“非洪泛區濕地”（Jones等人，2019；Lane等人，2018）或“地理隔離濕地”（Cohen等人，2016；Evenson等人，2016；Leibowitz和Nadeau，2003；Rains等人，2016）。然而，在本文中，所有地形洼地都被納入考慮范圍，定義為被較高地形包圍、防止地表徑流外流的洼地區域（Le和Kumar，2014）。這類區域自然上與河流網絡沒有直接連接，因為它們被高地環繞（Brinson，1993；Tiner，2003；Winter和LaBaugh，2003）。盡管如此，洼地濕地通過淺層或深層地下水流動路徑與其他水體存在一定程度的水文聯系，這些路徑在空間、時間和方向上可能存在變化（Evenson等人，2018；Golden等人，2017；Rains等人，2016）。盡管多項研究表明小型洼地濕地的重要性（Van Meter和Basu，2015），但目前尚無統一的面積定義標準（例如，美國俄克拉荷馬州更新世沙丘生態區的標準為<0.005平方公里（Londe等人，2022）；Blackwell和Pilgrim認為全球較小濕地的標準為<0.01平方公里（2011）；Evenson等人認為北美草原坑洼地區的標準為<0.03平方公里（2018））。因此，洼地濕地的面積應根據其具體地理環境進行評估。
根據大小、在景觀中的位置以及與水文路徑的相互作用，小型洼地濕地可能提供重要的生態系統服務（Blackwell和Pilgrim，2011）。研究表明，與大型濕地相比，小型濕地單位面積的水文緩沖能力更強（McLaughlin等人，2014），并且有助于地下水補給和維持基流（Van Meter和Basu，2015）。特別是上游的小型洼地濕地具有蓄水和補給地下水的潛力，這可以在干旱期間增加基流（Cohen等人，2016；Evenson等人，2018；Lee等人，2018；Rains等人，2016）。此外，從生物多樣性的角度來看，小型濕地的水文隔離狀態對物種擴散和整體群落組成至關重要（Smlitsch，2000）。水分條件的時空變化增加了棲息地的多樣性和物種豐富度，而（小型）洼地的數量和空間分布也決定了物種在棲息地之間的遷移（Leibowitz，2003；Leibowitz和Nadeau，2003；Smlitsch和Bodie，1998）。因此，小型洼地的喪失會導致剩余物種種群連通性的降低（Evenson等人，2018）。此外，洼地濕地通過滯留沉積物、營養物質和其他溶解污染物來改善水質，從而減少下游水域的營養物質和污染物負荷。這種生物地球化學處理效率取決于空間特性（如面積、形狀、在景觀中的位置）以及氣象和水文條件的變化（Marton等人，2015）。小型濕地通常具有較高的周長與面積比和更復雜的形狀，這意味著更多的生物地球化學反應區域（Cohen等人，2016；Hefting等人，2004；Marton等人，2015）。研究表明，小型濕地在碳儲存方面也更有效（Marton等人，2015）。總之，小型（洼地）濕地的生物多樣性、水文和生物地球化學功能凸顯了保護和恢復它們的必要性（Calhoun等人，2017）。
然而，洼地濕地經常受到人類活動的干擾，影響其自然功能。例如，人們通過排水降低地下水位，使地表和地下水流通過溝渠連接到河流網絡；或者為了農業目的填平或耕作這些濕地（Blackwell和Pilgrim，2011；Cohen等人，2016；Rains等人，2016；Zuquette等人，2020）。除了恢復長期自然狀態外，極端天氣事件的增加也迫切需要恢復景觀的水文功能（Kovats等人，2014；Mann等人，2017；Screen和Simmonds，2014）。恢復上游洼地濕地可以增強景觀的滲透和蓄水能力，減少下游生態系統的淹沒風險（Rains等人，2016）。因此，恢復這些濕地可以降低水文干旱風險和下游洪水（由于它們的蓄水能力），同時改善水質并維持生物多樣性（Golden等人，2021）。盡管小型洼地濕地很重要，但由于其面積小、短暫存在以及動態邊界，它們常常未被納入濕地調查范圍，這使它們更容易受到破壞（Blackwell和Pilgrim，2011；Boix等人，2016；Calhoun等人，2017；Smlitsch和Bodie，1998；Serran和Creed，2016）。因此，量化它們的分布和范圍具有挑戰性（Blackwell和Pilgrim，2011）。對其水文和生態狀態進行空間明確的調查和功能評估對于制定有效的長期保護和管理策略至關重要（Calhoun等人，2017）。
在比利時北部的弗蘭德斯地區，尚未有關于洼地濕地的研究。然而，Decleer等人（2016）發現，在過去50年中，弗蘭德斯地區幾乎75%的濕地已經消失。他們認為，盡管濕地損失嚴重且剩余濕地的質量較低，但弗蘭德斯仍具有巨大的濕地恢復潛力，從而增加生態系統服務的供應，如關鍵的水文調節服務（水量和質量調節以及土壤中的碳儲存）和文化生態系統服務。本文旨在探討恢復地形洼地中曾經存在的洼地的潛力。本研究有兩個目標：（1）識別適合恢復的洼地；（2）利用多種土地利用情景進行生態系統服務分析，以了解恢復后的附加值。這是一項探索性分析，旨在評估恢復洼地濕地的潛在效果。該研究強調了Nete流域內曾經存在的洼地濕地提供的生態系統服務，并為制定該地區洼地濕地恢復管理策略提供了基礎。
研究區域
本研究應用于位于比利時弗蘭德斯地區坎佩訥地區的Nete流域。Nete流域覆蓋面積約為1673平方公里，如圖1所示。該地區具有海洋性溫帶氣候，年平均降雨量為800毫米。該低地河流流域的海拔范圍從3米到82米不等（Vrebos等人，2015），最高海拔位于東部靠近默茲河流域的區域。
Nete流域地形洼地的識別
Wu等人（2019）提出的地形洼地檢測方法在Nete流域識別出44,980個洼地，經過濾波后剩余20,843個被認為是可恢復的。這些潛在洼地濕地的描述性統計數據見表3。計算了過濾后的可恢復洼地的面積和體積及其當前狀態（如果存在的話）。隨后，根據表2中的五個等級對洼地進行分類，并展示了結果。
討論
洼地濕地在增強氣候韌性方面起著關鍵作用，因為它們可以調節水流，減輕洪水和干旱的影響（Evenson等人，2018；Moomaw等人，2018）。除了減少災害風險外，它們還提供許多其他生態系統服務，如作為碳匯的自然功能、生物多樣性熱點的形成、氣候緩解和適應效益，以及文化生態系統服務（Moomaw等人，2018；Severin和Michalková，2023）
結論
盡管洼地濕地在應對氣候變化負面影響和提供生態系統服務方面具有重要作用，但它們正在迅速消失和退化。本研究在比利時坎佩訥地區的Nete流域進行了探索性評估，以確定這些洼地的恢復潛力。該評估使用Wu等人（2019）提出的Level-Set方法識別洼地。
CRediT作者貢獻聲明
Jeroen Krols：撰寫 – 審稿與編輯，撰寫 – 原稿，可視化，軟件應用，調查，數據分析，概念化。Annelies Broeckx：撰寫 – 原稿，概念化。Sam Vermeulen：撰寫 – 審稿與編輯，撰寫 – 原稿。Dirk Vrebos：監督，軟件應用，方法論。Jan Staes：撰寫 – 審稿與編輯，監督，資金獲取，概念化。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
該項目得到了弗蘭德斯研究基金會（FWO）-SBO Turquoise項目的資助（項目編號：S008122N）。
