相同条件,不同归宿
替代稳定态又称交替稳定态,英文为 alternative stable states,属于生态系统动力学概念。它并不是说一个湖泊同时清澈又浑浊,而是说,在一定外部条件范围内,系统可以因初始状态或扰动历史不同,走向不同的稳定状态。稳定也不等于数值永远不变,重点在于受小扰动后能够维持或回到相应的动态状态。
这里必须区分外部驱动与系统内部变量。例如,植物改变土壤含水量,土壤水分又影响植物时,不能把这种内部反馈造成的差异直接当作两地外部条件不同,也不能反过来忽略降雨、土壤母质等真正的环境差别。
参考:[1]
反馈怎样维持状态
正反馈把变化放大,负反馈则可在局部抑制偏离。两者的整体结构决定系统是只有一个归宿,还是存在多个吸引域。所谓吸引域,是会趋向同一状态的一组初始条件;足够大的扰动可能使系统跨过其边界。发现一条正反馈链并不等于证明多稳态,其他负反馈可能抵消它。
干旱区植被可以增加雨水入渗、减少地表失水,从而改善自身生长条件;植被消失后,侵蚀和结皮又可能妨碍重新定居。这说明植被与水分之间可能形成自我强化,但反馈强度及其他作用仍须测量,不能仅凭植被斑块和裸地并存宣布存在两个稳定态。
参考:[3]
浅湖中的清水与浑水
谢弗等人在1993年综合浅湖研究,提出沉水植物与水体透明度相互促进的机制。植物有助于降低底泥再悬浮,并可为摄食藻类的浮游动物提供庇护;水变清又使更多光到达植物。相反,浑浊限制植物,植物减少又削弱这些维持清水的作用。
在模型的一段营养水平范围内,两种状态都可能维持。营养输入增加时的清转浑阈值,与削减输入时的浑转清阈值可以不同,这种路径依赖称为滞后。由此,减污到原先转坏前的水平未必足以恢复。不过这一解释有适用条件,不能将均匀浅湖的机制直接推广至所有湖泊。
参考:[2]
怎样区别稳定与暂态
检验可比较不同初始条件的长期结果,改变驱动因素并检查往返转换阈值,或施加短期扰动后观察是否转入另一自我维持状态。观察期应与关键生物的更新速度相称;几个月的不恢复,对长寿植物未必构成稳定证据。两张不同景观照片更不能排除环境异质性。
恢复迟缓也可能来自缓慢过程:例如湖底沉积物继续释放磷,使外部减污后水中营养水平仍未真正下降。这不自动等于双稳态。替代稳定态为恢复生态学提出了重要问题,但采取生物操纵或植被恢复措施前,仍需辨认具体反馈,并持续监测,而非把所有历史影响都称为不可逆转。