湖泊生态系统稳态转换理论与驱动因子研究进展

生态环境学报2014,23(10):1697-1707http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：国家自然科学基金项目（41301599；4110180）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（2013ZX07102-006-002）作者简介：赵磊（1978年生），男，高级工程师，博士，主要从事湖泊污染过程机理与模拟研究。E-mail:zlzny@163.com*通信作者（责任作者），E-mail:zx@yies.org.cn收稿日期：2014-05-20湖泊生态系统稳态转换理论与驱动因子研究进展赵磊1，刘永2，李玉照2，朱翔1*，邹锐11.云南省环境科学研究院，云南省高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室（筹建），云南昆明650034；2.北京大学环境科学与工程学院，水沙科学教育部重点实验室，北京100871摘要：湖泊生态系统会在长期的人为胁迫和短期的强扰动下发生稳态转换，稳态转换前后湖泊生态系统的结构和关键过程会发生明显的变化，探求浅水湖泊稳态转换驱动因子是科学合理确定湖泊管理策略的关键所在。对湖泊生态系统稳态转换的理论内涵、驱动机制进行了总结和探讨。湖泊生态系统稳态转换的概念主要含有发生的突然性和难以预知性、系统的结构与功能发生明显变化以及存在多稳态现象等内涵；具有非线性、多阈值、多稳态，以及修复过程中的迟滞效应等特征。湖泊生态系统稳态转换的驱动因子可分为外部驱动和内部驱动两种类型。外部驱动包括外源性氮磷负荷、气候变化、风浪、湖泊水位等因子；外源性氮磷负荷和气候变化的影响具有长期性和累积性，通过逐步削弱湖泊生态系统恢复力进而引发稳态转换；风浪、湖泊水位等为突发性因子，往往表现为稳态转换的直接诱因。内部驱动包括鱼类、水生植物等因子；鱼类主要通过对水生植物、湖泊底质、浮游动物等生态组分的影响引发湖泊生态系统稳态转换；水生植物对湖泊清水稳态可能不仅存在正反馈作用，也会在一定条件下存在负反馈作用。今后应加强沉水植物生长消亡的主要环境与生物要素综合作用机理、湖泊稳态类型与主控因素等方面的研究。关键词：湖泊生态系统；稳态转换；驱动因子中图分类号：X171文献标志码：A文章编号：1674-5906（2014）10-1697-11引用格式：赵磊，刘永，李玉照，朱翔，邹锐.湖泊生态系统稳态转换理论与驱动因子研究进展[J].生态环境学报,2014,23(10):1697-1707.ZHAOLei,LIUYong,LIYuzhao,ZHUXiang,ZOURui.Surveyontheoryanddrivingfactorsofregimeshiftsonlakeecosystems[J].EcologyandEnvironmentalSciences,2014,23(10):1697-1707.湖泊富营养化是我国当前湖泊水环境面临的突出问题。例如长江中下游的众多湖泊多数已经富营养化或正在富营养化中（秦伯强,2002）；云南省九大高原湖泊中的浅水湖泊，例如：滇池、异龙湖等，均为重富营养化。由富营养化引起了水环境功能受损、水生生态退化、蓝藻水华频繁爆发、水质性缺水日趋严重等诸多问题。为遏制日趋严重的湖泊富营养化，我国各级政府投入了大量的财力物力，自“九五”以来，国家针对重点湖（库）制订了一系列的流域水污染防治规划（舒庆,2008），仅以滇池为例，自“九五”以来的投资已达亿元。然而，至今为止治理效果尚不明显。缺乏系统的基础理论指导是制约湖泊富营养化治理的主要问题（秦伯强,2007）。富营养化是湖泊生态系统稳态转换的典型现象（Scheffer,1993），湖泊富营养化过程可以归结为湖泊生态系统在长期的人为胁迫和短期的强扰动下由清水稳态转换为浊水稳态，生态系统结构与功能发生了根本性变化。以生态系统稳态转换理论指导富营养化湖泊治理与生态修复是解决当前水体富营养化的根本途径（刘永定等,2007；秦伯强,2007）。理解湖泊生态系统稳态转换的首要问题是明确稳态转换发生的胁迫因素和驱动机制。本文阐述了生态系统稳态转换的基本理论和核心内涵，总结归纳了湖泊生态系统稳态转换的驱动因子，以期为湖泊富营养化修复提供有益参考。1稳态转换概念与内涵1.1稳态转换概念Holling对生态恢复力的研究，以及May阐述的生态系统多稳态变化和阈值概念初步奠定了生态学界对稳态转换的一致认知：持续的外来胁迫会降低生态系统的恢复力，从而使其超过阈值的范围并发生稳态变化（Holling,1973;May,1977）。Carpenter定义湖泊发生稳态转换是指生态系统的结构与动力学过程在短时间内发生突然变化，并且转化后的稳态能够持久保持（Carpenter,2003）；1698