フェン

カナダ湿地分類システムでは、湿原は6つの特徴によって定義されています。^{[ 13 ]}

1. 泥炭が存在する。
2. 湿地の表面は地下水位と同じ高さである。水は湿地の表面と地下を流れる。
3. 地下水位は変動する。湿地の表面と同じ高さにある場合もあれば、表面から数センチメートル上または下にある場合もある。
4. この湿地は、ミネラルを豊富に含む地下水または地表水からかなりの量の水を得ている。^{[ 13 ]}
5. 分解されたスゲや褐色のコケ泥炭が存在する。
6. 植生は主にイネ科植物と低木で構成されている。

教科書『湿地生態学：原理と保全』では、フェンを「浅い泥炭に根を張るスゲやイネ科植物が優占し、しばしば地下水の移動が大きく、pHが6を超える湿地」とやや簡潔に定義している。^{[ 1 ]}この定義では、泥炭の存在によってフェンを沼地や湿原と区別している。

『泥炭地の生物学』では、湿原は以下の基準で定義されています。^{[ 2 ]}

1. その湿地は湖や川の水によって浸水することはない。
2. 高さ2メートル以上の木本植物が存在しないか、樹冠被覆率が25％未満である。
3. この湿地はミネラル栄養型である（ミネラルを豊富に含む地下水から栄養分を得ている）。

さらに、湿原は開けた湿原と樹木に覆われた湿原に分類され、開けた湿原は樹冠被覆率が10%未満、樹木に覆われた湿原は樹冠被覆率が10～25%である。背の高い低木や樹木が優勢な場合は、他の基準に応じて、湿原は樹木に覆われた泥炭地または沼沢林に分類される。

水文条件は湿原の生物相と生物地球化学の主要な決定要因である。^{[ 14 ]}湿原の土壌は、地下水位が地表付近にあるため常に水没している。^{[ 15 ]}その結果、酸素が水浸しの土壌に拡散する速度が遅いため、嫌気性（酸素のない）土壌となる。^{[ 14 ]}地球の大気は酸素化されているのに対し、ほとんどの陸上生態系と地表水は好気性であるため、嫌気性土壌は生態学的に独特である。湿地土壌に見られる嫌気性条件は、土壌化学を酸化ではなく還元する結果をもたらす。^{[ 14 ]}

湿原の特徴は、その水源の大部分が地下水（ミネラル栄養）に由来することです。^{[ 15 ]}湿地では水文学が支配的な要因であるため、地下水の化学組成は、それが供給する湿原の特性に大きな影響を与えます。^{[ 16 ]}地下水の化学組成は、地下水が流れる岩石の地質によって大きく左右されます。^{[ 17 ]}したがって、湿原の特性、特にそのpHは、地下水が接触する岩石の種類によって直接影響を受けます。pHは湿原の種構成と多様性を決定する主要な要因であり、より塩基性の湿原は「リッチ」、より酸性の湿原は「プア」と呼ばれます。^{[ 15 ]}リッチな湿原は生物多様性が高く、多くの希少種や絶滅危惧種が生息しており、湿原の多様性が低下するにつれて生物多様性も低下する傾向があります。^{[ 16 ] [ 15 ]}

湿原は、石灰岩などのカルシウムを豊富に含む岩石の上に見られる傾向がある。^{[ 14 ]}地下水が石灰岩（炭酸カルシウム）などの石灰質（カルシウムを豊富に含む）岩石を通過すると、少量のカルシウムが溶解し、地下水によって供給される湿原に運ばれる。^{[ 18 ]}炭酸カルシウムが溶解すると、次の平衡に従って重炭酸イオンとカルシウムイオンが生成される。 ^{[ 18 ]}

${\displaystyle {\ce {CaCO3 + H2CO3 <=> Ca^2+ + 2HCO3^-}}}$

二酸化炭素が水に溶解して炭酸（H₂CO₃）が生成される。 [ ₁₈ ]^湿原_で^は、この平衡で生成される重炭酸アニオンがpH緩衝剤として働き、湿原のpHを比較的安定に保つ。^{[ 19 ]}鉱物を通らずに流れ、溶解時に緩衝剤として作用しない地下水によって供給される湿原は、^より酸性になる傾向がある。^{[ 20 ]}砂などの溶解度の低い鉱物を地下水が流れる場合にも同じ効果が見られる。^{[ 20 ]}

極めて肥沃な湿原では、炭酸カルシウムが溶液から沈殿して泥灰岩の堆積物を形成することがあります。^{[ 20 ]}炭酸カルシウムは、溶液中の二酸化炭素の分圧が低下すると溶液から沈殿します。 ^{[ 21 ]}二酸化炭素の分圧の低下は、植物による光合成のための吸収、または大気への直接的な放出によって引き起こされます。^{[ 21 ]}これにより、溶液中の炭酸の利用可能性が低下し、上記の平衡が炭酸​​カルシウムの形成方向にシフトします。その結果、炭酸カルシウムが沈殿し、泥灰岩が形成されます。^{[ 21 ]}

フェンは他の湿地と多くの生物地球化学的特徴を共有しています。^{[ 22 ]}すべての湿地と同様に、好気性（酸素性）環境と嫌気性（無酸素性）環境の境界に位置するため、栄養循環において重要な役割を果たしています。 ^{[ 14 ]}ほとんどの湿地には、大気または酸素化された表層水と接触する薄い酸素化された土壌の表層があります。^{[ 14 ]}栄養素とミネラルは、この酸化された表層と下の還元層の間を循環し、各層に適応した微生物群集によって酸化還元反応を受けます。^{[ 22 ]}還元層では、脱窒、マンガン還元、鉄還元、硫酸還元、メタン生成など、多くの重要な反応が起こります。^{[ 22 ]}湿地は栄養素変換のホットスポットであり、しばしば栄養素のシンクとして機能するため、人間の活動によって生成された栄養分が豊富な水を処理するために建設されることがあります。^{[ 14 ]}

湿原は、地下水の継続的な流入が生産を促進するため、一次生産のホットスポットでもあります。 ^{[ 22 ]}地下水の流入がない泥炭地では、一次生産ははるかに低くなります。^{[ 22 ]}

沼地と湿原は、貧弱から豊かまでの勾配上の 2 つの生態系と考えることができ、貧弱な端に沼地、非常に豊かな湿原が豊かな端にあり、貧弱な湿原はその中間に位置します。^{[ 31 ]}この文脈では、「豊か」と「貧弱」は種の豊富さ、つまり湿原や沼地の生物多様性の度合いを指します。 ^{[ 15 ]}これらの種の豊富さは、pH とカルシウムと重炭酸塩の濃度に大きく影響されます。これらの要因は、特定の湿原が勾配のどこに位置するかを特定するのに役立ちます。^{[ 32 ]}一般的に、豊かな湿原はミネラル栄養性、つまりミネラル豊富な地下水に依存しており、沼地は雨水栄養性、つまり水と栄養分を降水に依存しています。^{[ 15 ]}貧弱な湿原は、この 2 つの間に位置します。

豊かな湿原

肥沃な湿原は強いミネラル栄養性です。つまり、その水の大部分はミネラルが豊富な地下水または地表水から来ています。しかし、河川や湖などの地表水から遠い湿原は、つながっている湿原よりも肥沃です。^{[ 16 ]}この水はカルシウムと重炭酸塩が優勢で、その結果、肥沃な湿原に特徴的な弱酸性から弱アルカリ性のpHになります。^{[ 15 ] [ 33 ]}これらの条件は高い生物多様性を促進します。肥沃な湿原内には大きな変動があります。最も肥沃な湿原は極度に肥沃な（泥灰土）湿原で、泥灰土の堆積物がしばしば形成されます。^{[ 20 ]}これらはしばしばpH 7以上です。^{[ 15 ]}肥沃な湿原と中程度の肥沃な湿原は一般的に中性から弱酸性で、pHは約7から5です。肥沃な湿原は必ずしも生産性が高いわけではありません。カルシウム濃度が高いと、カルシウムイオンがリン酸アニオンと結合し、リンの利用可能性を低下させ、一次生産を減少させます。^{[ 14 ] [ 15 ]}一次生産が限られている肥沃な湿原は、コケ類や菌根菌の蓄積によって安定化し、リン循環を促進し、新たな植生や細菌の成長を支えることができる。^{[ 27 ]}褐色のコケ類（Amblystegiaceae科）とスゲ類（Carex属）が優占植生である。^{[ 33 ]}しかし、ミズゴケなどのコケ類の蓄積は、肥沃な湿原の酸性化につながり、潜在的に貧弱な湿原に変化する可能性がある。^{[ 34 ]}貧弱な湿原と比較して、肥沃な湿原は、重炭酸塩、塩基性陽イオン（Na ⁺、Ca ²⁺、K ⁺、Mg ²⁺）、および硫酸塩の濃度が高い。^{[ 19 ]}

湿原は、その存在を脅かす多くの脅威に直面しています。歴史的に、湿原の消失の主な原因は、農地への転換でした。^{[ 4 ]}気候が適している場所では、湿原は作物の生産、放牧、干し草作りと並行して、農業利用のために排水されてきました。^{[ 5 ]}湿原を直接排水することは、地下水位を低下させるため、特に有害です。^{[ 15 ]}地下水位が低下すると、通気性が高まり、泥炭が乾燥し、泥炭中の有機物の好気性分解または燃焼が可能になります。^{[ 14 ] [ 15 ]}湿原の水供給を減少させることによって間接的に湿原を排水することも、同様に有害です。採石や住宅開発などの近隣の人間の活動によって湿原への地下水の流れが阻害されると、湿原への水と栄養分の流入が変化する可能性があります。^{[ 5 ]}これにより、湿原はより貧栄養性（降水量に依存する）になり、酸性化と水質の変化につながります。^{[ 4 ]}これはこれらの種の生息地に直接影響を与え、多くの代表的な湿原種が姿を消します。^{[ 4 ]}

湿原は、外来種、分断、泥炭採取、汚染によっても脅かされています。 ^{[ 5 ]}北米のセイヨウクロウメモドキなどの外来種は、湿原に侵入して希少な湿原種と競争し、生物多様性を低下させる可能性があります。 ^{[ 5 ]}外来種や攻撃的な在来種の侵入は、排水、汚染物質、水質変化など、湿原に対する他の脅威によって促進される可能性があります。^{[ 6 ]}生息地の分断は湿原の種、特に分断のために近くの湿原に移動できない希少種や絶滅危惧種を脅かします。^{[ 5 ]}泥炭採取は、泥炭地でより一般的ですが、湿原でも行われます。湿原から採取された泥炭は、燃料として燃やすなど、多くの用途があります。^{[ 5 ]}汚染物質は湿原の化学組成を変化させ、外来種の侵入を促進する可能性があります。^{[ 5 ]}湿原の一般的な汚染物質には、道路の塩、浄化槽からの栄養分、農業用肥料や農薬の流出などがあります。^{[ 5 ]}

湿原の著しい減少、特に農地への転換による減少は、湿原の分布を減少させており、特にヨーロッパと北アメリカで顕著である。そのため、残存する湿原はしばしば自然保護活動家から高く評価され、生息地指令などの多くの保護活動の対象となっている。^{[ 6 ]}また、損傷または劣化した湿原の復元にも関心が寄せられている。多くの場合、これは、その場所の水文条件を変更または復元することによって試みられる（例えば、排水路や溝を塞ぐなど）。^{[ 6 ]}復元は必ずしも可能または成功するとは限らない。特定の湿原を劣化させた特定の撹乱は、復元を不可能にする不可逆的な変化を引き起こす可能性がある。^{[ 6 ]}

当初、湿原の保全活動は、主にこれらの独特な生態系を保護したいという願望によって推進されていました。しかし、湿原は他の湿地と同様に、社会にとって価値のある多くのサービス（炭素隔離、水質への影響など）を提供していることがますます認識されるようになり、湿原の保全と復元へのさらなる支持が高まっています。^{[ 6 ]}

泥炭形成生態系である湿原は、大量の炭素を泥炭として隔離し、二酸化炭素として大気中に放出されるのを防いでいる。^{[ 22 ]}湿原の泥炭層が破壊されると、炭素貯蔵が大気中に放出される可能性がある。既存の泥炭地を保全することで、大量の炭素貯蔵が移動してしまうのを防ぐことができる。湿原の嫌気性土壌中の微生物が強力な温室効果ガスであるメタンを生成するため、湿原が温室効果ガスを正味吸収または放出するかどうかは議論の余地がある。^{[ 24 ]}

湿原には、希少種を含むさまざまな植物種が生息しています。^{[ 35 ]}特に肥沃な石灰質湿原は生物多様性が高く、希少植物が生息する傾向があります。^{[ 35 ]}例えば、ミネソタ州の石灰質湿原には、同州で特別保護種とされている小さな白いレディーズスリッパが生息している可能性があります。^{[ 36 ]}

湿地、特に沼地は、そこを流れる水の化学組成を変化させ、汚染物質や過剰な栄養分を除去することが知られています。^{[ 6 ]}この主な用途の1つは、窒素を多く含む農業排水の処理です。この農業排水を受け入れる沼地は、窒素やその他の汚染物質の濃度が低い水を排出することができ、近隣の水生環境の水質を改善します。^{[ 6 ]}しかし、沼地は汚染物質や栄養負荷に敏感な場合があります。以前は窒素の利用可能性によって植物の成長が制限されていた沼地の中には、一次生産が大幅に増加し、その結果、種の多様性が減少したものもあります。^{[ 6 ]}