随着全球气候变暖引发海平面持续上升、风暴潮灾害加剧，沿海地区面临的洪水风险日趋严峻，如何安全、可持续地守护海岸带区域，已成为科学界和管理者共同关注的紧迫议题。传统硬质海堤（HS）虽能有效抵御风暴潮侵袭，却伴随生态破坏与高昂维护成本的问题；基于生态系统的海岸防御（EBCDs）——如红树林、盐沼、沙丘等自然防护形式，因兼具消波纳潮、固碳增汇、保育生物多样性等多重生态效益，被广泛视作传统硬质海堤的可持续替代方案。但EBCDs真的能完全取代硬质海堤，成为海岸防护的“万能解”吗？
近日， 华东师范大学河口海岸全国重点实验室戴志军教授团队给出了基于科学证据的回答。团队通过梳理1980-2025年间全球超过21000篇海岸防护相关文献发现， EBCDs在自然条件下的防护有效性存在明显天然局限，其防护效果高度依赖海岸动力-沉积-地貌-植被要素的实际状态。若忽略系统本身的承载力与要素动态变化，尤其是在侵蚀加剧、泥沙供给不足或植被退化等场景下，EBCDs的防洪作用将显著减弱甚至“失灵”。
基于此，团队明确提出，未来最具有前景的海岸防护策略，是构建“复合型防洪综合体”——即“灰绿结合、软硬兼顾”的混合防御体系。该体系摒弃单一防护方案的最优解思维，而是强调依据具体岸段的风险等级及其所在动力-沉积-地貌-植被系统的实际状态，科学搭配硬质工程与生态防御措施，在保障沿海防潮安全的核心前提下兼顾生态效益与长期适应性。这类综合防御模式，正成为应对未来海平面上升与极端气候灾害的可持续路径。
展开剩余86%相关成果以Effectiveness of Ecosystem-Based Coastal Defenses Against Flooding为题，发表在地球科学领域顶尖期刊Earth's Future。华东师范大学河口海岸全国重点实验室戴志军教授为论文第一作者兼通讯作者，上海师范大学张敏教授为共同通讯作者，英国南安普敦大学Stephen E. Darby教授为共同作者。
一
文章亮点
1. EBCDs的有效性受植被季节性变化制约：研究发现，EBCDs虽能发挥防洪功能，但其效能受植被覆盖季节性变化与海岸侵蚀程度影响显著。在温带与亚热带地区，植被冬季枯萎期间，EBCDs的防护作用明显减弱，难以全年维持稳定防护水平。
2. “硬质-生态”结合构建高效防护体系：尽管EBCDs在生态保护和碳汇方面具有显著优势，但在应对极端天气和季节性植被可变情景时，单纯依赖EBCDs的防洪能力有限。结合硬质海堤与EBCDs的“智能海堤”是更为高效且可持续的解决方案既能提高防洪能力，又能减少对环境的负面影响。
3. 智能海堤引领未来防护技术发展：研究进一步提出，未来可借助适应性材料开发“智能海堤”，使其能够依据风暴强度动态调节结构形态，并在灾害后恢复对生态环境的兼容性。此类具备响应性与恢复力的智能工程，将成为下一代海岸综合防护体系的关键组成部分。
二
研究背景
全球气候变暖背景下，海平面持续上升，热带气旋等极端天气事件频发，沿海地区正遭遇更为频繁、严重的洪水威胁。传统硬质海堤（HS）虽能提供可靠的防洪保护，但其高成本和对生态环境的破坏，迫使沿海城市寻求更可持续的防护替代方案。
基于生态系统的海岸防御（EBCDs）通过红树林、盐沼和沙丘等自然栖息地开展海岸防护，这类自然生态系统能有效实现消波纳潮、固滩促淤，同时兼具固碳增汇、促进生物多样性的生态价值。但研究发现，EBCDs的防护有效性受植被季节性变化、沉积物缺乏等多重因素制约，尤其在极端风暴和高水位灾害条件下，其防护作用会大幅受限。
三
从硬质工程到生态防御：四十年海岸防护理念的演变
研究团队利用文献计量方法，分析了1980-2025年间涵盖全球430个脆弱沿海区的文献。结果显示，过去四十年间，全球海岸防护理念经历了清晰的阶段性演变，核心从“人工控制”逐步转向“自然与人类系统融合”（图1）：
•1990年前：以硬质工程（海堤、丁坝等）为主导，强调对洪水的“控制”；
•1990年代：开始融入环境考量，综合海岸带管理（ICZM）兴起，“软工程”（如海滩补沙）出现；
•2000年代：EBCDs概念兴起，强调模拟自然过程以加强海岸防护；
•2010年代：聚焦气候变化适应，将EBCDs与多学科技术方法结合；
•2020年后：迈向系统化方法，整合自然与人类系统，重视社会福祉。
图1. 海岸防护研究的发展趋势（（a） 基于研究开展国家，文献综述中收录的海岸防护文章的地理分布。（b） 海岸防护文章的累计数量和年度数量的时间趋势，以及利用现有数据推导出的三阶多项式曲线拟合方程对2025–2035年期间的预测值。未来趋势以虚线表示，省略了部分非线性因素。（c） 一张信息图时间轴，显示了每个时期内（被引用）文章数量最多的前5个研究子主题。（d） 通过VOSviewer展示的高频共现术语聚类，展示各时期海岸防护科学的主要主题（红色、绿色、蓝色和黄色分别代表所研究课题的社会、洪水风险、生态系统效益及方法维度））
如今，EBCDs作为海岸保护的有效策略已获得全球广泛认可，应用范围持续扩大。过去十年间，相关研究与实践应用数量呈激增趋势，归纳分析发现，当前EBCDs的研究与应用主要围绕四大核心主题：社会福祉、防洪减灾、生态系统服务价值、技术与方法（图2）。
图2. VOSviewer中基于生态系统的海岸防御（EBCD）科学的主要研究集群（主题）及其案例研究地点的空间分布：（I）社会福祉（红色）、（II）防洪减灾（黄色）、（III）生态系统服务价值（绿色）、（IV）方法与技术（蓝色）。
四
生态防御的“软肋”：何时可能失效？
尽管EBCDs在消浪、促淤、护岸等方面表现出色，但其长期防洪效能却受动力-沉积-地貌-植被四大关键要素的限制：
1. 动力-极端风暴下的直接毁坏：当风暴潮水位远超植被冠层高度时（如台风期间水位达数米），植被对波能的衰减作用几乎可忽略，洪水可直接漫过湿地侵入后方区域。2007年孟加拉湾“锡德”超级气旋虽经红树林缓冲，仍造成3500人遇难，即为例证。
2. 沉积物-泥沙供应不足的“饥饿”困境：受上游筑坝等人类活动影响，全球河流入海泥沙量大幅锐减，黄河、长江、尼罗河等大河三角洲均面临严重海岸侵蚀。在“泥沙饥饿”的岸段，潮滩无法垂向淤高抵御海平面上升，面临“淹死”风险，EBCDs失去物质基础。
3. 地貌-“盐沼挤压”困境：全球约3.5万公里海岸线建有硬质堤防，阻挡了湿地随海平面上升向陆迁移的路径；同时，高能波浪的持续侵蚀导致湿地外缘节节后退，形成“挤压”效应。
4. 植被-季节性植被变化：在温带和亚热带，盐沼湿地等地表植被冬季枯萎，地上生物量锐减。此时若遭遇冬季风暴，EBCDs的消浪功能将大幅下降甚至趋近于零。以上海为例，夏季茂密的互花米草能有效削弱风浪，但冬季枯萎后对寒潮大风浪几乎无防御能力（图3）。
图3. 滨海植被季节性变化（图（a）（夏季）和（b）（冬季）展示了全球尺度上沿海植被的季节性变化，数据来源于https://lpdaac.usgs.gov/products/mod13a1v006/下载的NDVI数据。图（c）（夏季）和（d）（冬季）展示了中国长江口崇明东滩重建的海三棱藨草湿地景观的季节性变化。图（e）和（f）为夏季和冬季在该地同一地点拍摄的照片。）
五
混合系统：1+1 > 2 的解决方案
针对EBCDs的天然局限性，研究提出将传统海堤（HS）与生态防御（EBCDs）相结合的“混合系统”（图4）。同时，研究展望了“智能海堤”的发展方向：采用自适应材料（风暴时坚固，平时多孔以利生态连通）、结合物联网传感器和数字孪生技术，实现实时监测与动态调控，进一步提升混合防御的效能与生态友好性。研究同时强调，EBCDs虽优势显著，却绝非万能替代品。在以下三类场景中，硬质海堤的骨干作用不可替代：高波能、植被无法生长的岸段（如杭州湾北岸）；泥沙持续亏损的侵蚀海岸（如湄公河三角洲南缘）；高密度基础设施与高价值资产保护区。
最有效的海岸防护方案，是根据当地气候、海岸动力、泥沙供应、地貌空间及植被条件，科学组合海堤与生态系统，形成“前绿后灰”或“双堤共生”的混合防护系统，同时借助智能技术提升适应性。
图4. 基于生态系统的海岸防护 (EBCDs) 设计概念图
六
总结与展望
本研究揭示了基于生态系统的海岸防御（EBCDs）在应对沿海地区洪水灾害中的作用与挑战，为全球海岸防护策略的转型提供重要科学依据。研究明确，随着气候变化带来的灾害挑战日益严峻，单纯依靠硬质工程或单一生态防御手段，均难以应对未来风险。
因此，研究团队提出的结合硬质海堤与生态防御措施的混合型防护策略，成为未来海岸防护的核心方向——该策略既保留硬工程的可靠性，又吸纳自然防护的可持续性与多功能性既能提升沿海地区的防洪能力，又能保护生态环境，增强沿海地区的可持续发展能力。
未来，海岸防护系统将更依赖于智能技术与自然解决方案的深度融合，以应对复杂多变的海岸环境和不断升高的洪水风险。我们期待，未来的海岸防护不仅是工程技术的突破与创新，更是自然与工程共生的智慧结晶。
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