两个替代稳定状态的理论没有得到支持？新研究挑战公认的水文学术理论

根据对内陆水域的研究，即所谓的湖泊学，一种生态平衡理论认为，浅水湖可以采取两种可供选择的稳定状态。然而，这一范式受到了亥姆霍兹环境研究中心和丹麦奥胡斯大学最近研究的挑战。该研究结果已发表在《自然通讯》杂志上。

研究小组对902个浅水湖进行了数据分析，发现两个替代稳定状态的理论没有得到支持。该研究的作者对基于这一理论的湖泊管理实践持怀疑态度，并呼吁更加关注减少营养物质的输入，以维持浅水湖泊的生态平衡。

全世界大约有42%的湖泊是所谓的浅水湖，平均深度不超过3米。

"浅水湖对我们人类来说是非常重要的水体： 它们为我们提供了饮用水、捕鱼和娱乐活动的水。良好的生态状态对此至关重要，"来自UFZ水生生态系统分析和管理部门的最后一位作者Daniel Graeber博士说。"由于浅水湖通常由地表水供给，它们经常接受更多的营养物质输入。这很容易破坏它们的生态平衡"。

根据20世纪90年代发展起来并在湖泊学中被广泛接受的理论，浅水湖应该能够在相同的养分供应量下在两种可供选择的稳定状态之间独立振荡： 一种状态的特点是以浮游植物为主的浊水，另一种状态是清澈的水和丰富的水生植物。

"该理论还说，这两种状态在变化后各自表现出长期的稳定性，"奥胡斯大学的湖泊学家、该研究的主要作者Thomas A. Davidson博士解释说。"基于这个解释模型的生物操纵措施已经在欧洲和美国实施了几百次，以改善湖泊的生态状况。"

这种干预的目标是：抵消高营养供应的影响--浮游植物的增长、缺氧、蓝绿藻的有毒繁殖和鱼类死亡。例如，增加肉食性的鱼，通过生态反馈效应来调节浮游植物产量的增加： 肉食鱼类吃猎物鱼，较少的猎物鱼吃较少的小型甲壳动物，而更多的小型甲壳动物吃更多的浮游植物。通过这种方式，一个以浮游植物高度生长为特征的浑浊的浅水湖，将被转移到其第二种稳定状态--有水生植物和鱼类产卵场的清澈的水，尽管营养物质的可用性很高，但仍具有长期稳定性。

"这在某种程度上听起来好得不像真的，"格雷伯说。"在过去的几年里，一些研究已经产生了初步的迹象，即在现实中，这一理论可能只起了很小的作用。我们想进一步详细调查这个问题，并对这个在湖泊学中被广泛接受的浅水湖替代稳定状态的解释模型进行现实检验。"

为了做到这一点，研究小组分析了902个浅水湖的长期监测数据。这些湖泊位于丹麦和美国，深度不足三米。研究人员调查了湖泊中营养物质浓度和叶绿素浓度(作为浮游植物生物量的衡量标准)之间的关系及其随时间的变化。

他们开发了一种特殊的统计方法来测试湖泊中是否出现了替代状态，以及是否如理论预测的那样，它们在几年内也是稳定和自我维持的。

"我们首先使用模拟来测试我们的统计方法是否也确实有效，甚至是否能够发现任何替代的稳定状态。这些模拟包括有替代稳定状态和没有替代稳定状态的情况，我们的方法可靠地检测到了替代稳定状态的存在或不存在，"UFZ的石灰学家说。

因此，对902个湖泊的数据分析结果也可以认为是可靠的： 在所研究的湖泊中，研究小组没有发现任何迹象表明存在两种替代稳定状态。

Graeber说："我们能够清楚地建立的是营养物浓度和浮游植物浓度之间明显的线性关系。因此，更多的营养物质不可避免地导致更多的浮游植物。没有一个湖泊对高营养物浓度表现出不同的反应。因此，两种可供选择的稳定状态的解释模型似乎并没有在现实中出现--至少对于温带的湖泊是这样。"

但是这些结果在实践中意味着什么?我们如何才能维持浅水湖泊的生态平衡?

Graeber说："生物操纵措施，如增加肉食性鱼类不能长期稳定浅水湖的生态系统，因为没有其他的稳定状态，只有一种方法可以将浅水湖的平衡维持在持续稳定的状态，而且没有其他选择： 必须持续减少营养物质的输入"。