马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员使用一种需要无人机和红外图像的首创方法，调查了马萨诸塞州东部一系列正在恢复的前商业蔓越莓沼泽。该团队不仅展示了如何最好地恢复淡水湿地，而且还表明这些湿地正在作为自给自足的生态系统运作。这项工作最近发表在《地球科学前沿》杂志特刊的两篇论文中。

几代人以来，马萨诸塞州东部一直是美国蔓越莓生产的摇篮，目前有超过14，000英亩的种植面积。蔓越莓在酸性泥炭沼泽中茁壮成长，这是上一个冰河时代的遗产。当欧美人在 1800 年代中期开始商业化种植蔓越莓时，他们通过大幅改变天然淡水湿地来提高产量。

“不是厚厚的泥炭块，”麻省大学阿默斯特分校地球，地理和气候科学推广教授Christine Hatch说，他是关于回收地下水的论文的主要作者，也是英联邦水资源委员会成员，“当你深入挖掘它们时，这些人为改变的蔓越莓沼泽看起来像一个Kit Kat酒吧。

这是因为巧克力色的泥炭层穿插着晶圆色的沙子层。泥炭就像海绵一样，吸收和保存地下水，而蔓越莓农民在过去15年中每隔几年沉积在一英寸厚的层中的沙子就像排水沟一样，可以帮助摆脱多余的水，以及提高产量和抑制杂草和害虫。

这种充满沙子的沼泽，作者称之为“人为含水层”，其表现与天然沼泽非常不同。随着小型家庭经营的蔓越莓沼泽停止生产，问题出现了，如何处理它们?一个答案是：将沼泽恢复到自然状态——这正是马萨诸塞州正在做的事情。

“马萨诸塞州已经认识到湿地是非常重要的资源，”哈奇说。“它们是我们拥有的生物多样性最丰富的生态系统。他们提供各种生态系统服务，从管理洪水到储存碳和净化饮用水。它们也是娱乐的绝佳场所。该州投入了慷慨的资源来恢复这些湿地，这让我为生活在马萨诸塞州感到自豪。

如何恢复湿地

尽管哈奇指出，恢复曾经的湿地比从头开始创建一个新的湿地更容易，但要取消150年的景观美化仍然是一项相当复杂的任务。水在充满泥炭的古老沼泽中移动的速度非常慢，它通过人造人为含水层的速度要快得多，排水并最终从湿地生态系统中消失。恢复湿地意味着将地下水恢复到农业前的缓慢流速，并保留这些水。

仅仅拔出所有的排水管并填满农民几代人铺设和挖掘的沟渠是不够的。“你必须处理所有这些沙子，”哈奇说。“在完美的情况下，我们会把它全部挖出来，直到未受破坏的固体泥炭沉积物，”她继续说道，“但这成本过高，并且有可能扰乱种植者喷洒在沼泽上的数十年农药。

哈奇和她的同事在普利茅斯附近的两个地点进行了研究，在那里他们取芯土壤，收集水样，监测地下水的位置和移动速度，并测量水温和水位。有了这些数据，他们发现没有必要从沼泽中取出沙子，让它恢复到农业前的状态。只需要移动它，将其混合到泥炭层中就足够了。但是多少才足够呢?

映射成功

这个问题的答案取决于地下水在沼泽中的移动量和速度。为了跟踪和测量地下水的运动，哈奇和她的研究生林恩·瓦茨(Lyn Watts)，关于绘制地下水的论文的主要作者，以及麻省大学阿默斯特分校麻省大学空气学院的合著者瑞安·威克斯(Ryan Wicks)，在 2020 年和 2021 年隆冬的黎明前时刻升空。

王牌无人机飞行员瓦茨驾驶的是一架配备能够观察热量的红外摄像头的无人机。由于地下水全年保持几乎恒定的温度，她能够“看到”比冰冻地表水温暖的地下水如何穿过以前的蔓越莓沼泽，并绘制其在整个湿地系统中的流动在研究地点。

瓦茨发现，地下水花费更多的时间穿过恢复的沼泽，就像它在农业前的状态一样，并且这种增加的停留时间使沼泽“充满”足够的水，使其聚集在地表。

“我们表明，在这些恢复的沼泽中，地下水留在该地区，而不是从该地区移走，”瓦茨说。“这意味着恢复是成功的，沼泽将很快恢复到自我维持的生态系统。

放眼马萨诸塞州以外

由于马萨诸塞州东部的地质与美国东北部大部分地区的地质相似，因此哈奇和瓦茨的工作广泛适用。“我们的研究可以帮助修复设计师和工程师更谨慎地计划他们的工作，”瓦茨说。

“将埋藏的湿地恢复到以前的生态辉煌具有非常高的成功率，”哈奇说。“这种成功取决于让地下水留在系统中。我们已经展示了如何做到这一点，我们的研究可以帮助我们保护我们最珍贵的生态系统之一。