生态系统多稳态研究进展

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1、生态环境学报2009,18(4):1553-1559http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com生态系统多稳态研究进展121冯剑丰，王洪礼，朱琳1.南开大学环境科学与工程学院//环境污染过程与基准教育部重点实验室，天津300071；2.天津大学力学系，天津300072摘要：阐述了生态系统多稳态的定义及其生态学意义，总结了生态系统的多稳态现象的不同产生机制，综述了多稳态的存在性及稳态转换的研究现状，探讨了未来的理论及应用研究前景。多稳态指的是在相同条件

2、下，系统可以存在结构和功能截然不同的稳定状态。不同的稳态对应于不同的生态系统结构和功能，并且可产生不同的生态系统服务价值。系统的稳态不仅仅包括稳定的点吸引子，也可能是周期吸引子或者混沌吸引子。多稳态现象广泛存在于多种生态系统（海洋生态系统、湿地生态系统、干旱生态系统等）中。较强的正反馈作用是系统产生多稳态的主要原因。生态系统中的正反馈循环主要包括易化作用、过度开发以及冰盖反射等。大量的理论研究证实多稳态是系统中的一个普遍现象，但从实验角度的研究成果较少。生态系统的不同稳态有不同的吸引域，吸引域之间存在阈值。当干扰强度大于恢复力时，系统有可能越过阈值发生稳态

3、转换。生态系统发生转换的预警指标包括方差的增加、干扰后的恢复速率以及偏度的变化。多稳态的未来研究重点在于：（1）多稳态产生机制研究；（2）生态系统中多稳态的存在性检验；（3）生态系统恢复力及预警指标的定量评价研究；（4）多稳态理论在生态系统修复实践中的应用。关键词：生态系统；多稳态；恢复力；生态恢复中图分类号:Q14文献标识码:A文章编号:1674-5906（2009）04-1553-07在全球气候变化及人类影响日益增强的情况落结构存在？”的问题时，最早提出了alternative[5][6]下，生态系统遭受着前所未有的多重胁迫的压力。stablestat

4、es的概念。70年代，May和Holling在大气中二氧化碳浓度的提高，江河湖海中营养盐和研究生态系统的稳定性（stability）时，采用了有毒化学污染物浓度的增加，地下水位的下降以及multiplestablestates的提法来表征生态动力系统在人类无休止的资源索取，导致全球生态系统严重退相同的参数条件下存在不同稳态解的现象。[1][7]化。生态系统在干扰条件下的响应通常是一个逐Scheffer最初也采用multiplestablestates来表示湖渐变化的缓慢过程，但快速的巨大的响应也时有发泊生态系统的清澈状态（clearstate）与混浊状态生

5、，产生这种突变现象的原因往往是由于系统存在（turbidstate）。但后来，随着相关研究的大量开展[2]着因为结构内部的非线性关系而产生的多稳态。和深入，目前国际上多采用alternativestablestates[8-10]具有多稳态的生态系统经常会发生不同稳态之间的这种提法。迁移从而导致生态与经济方面的损失。而且，若想1.2多稳态的定义让系统恢复到原来的状态则需要很大的外界干扰才多稳态指的是在相同条件下，系统可以存在结[3][2,11]能实现。由于多稳态理论与生态系统的演变和生构和功能截然不同的稳定状态。相同条件指的态恢复密切相关，从而吸引了各国科

6、学家对该领域是外界条件不变，比如湖泊的磷元素含量不变；结的关注，并已成为目前生态学界的研究热点。构不同指的是系统的结构发生较大变化，比如从浮本文首先阐述了多稳态的定义及其生态学意游动物主导的结构转变为藻类主导的结构；而功能义，然后从不同生态系统的多稳态现象入手，论述不同则指的是随着结构的改变，系统相应的物质了生态系统多稳态现象的产生机制与多稳态存在流、能量流以及信息流功能发生变化，结果也会造性的理论与实验研究，最后概述了稳态转换机制的成生态系统服务价值的变化；稳定状态在动力学理研究现状，并对未来的研究重点进行了探讨。论上指的是系统的解在一定条件下稳定（st

7、able），1多稳态的定义及其生态学意义在生态学意义上指的是在一定的时间和空间尺度1.1多稳态概念的起源与发展上，生态系统保持现有的结构和功能不变。[4]19世纪60年代Lewontin在研究“在一个给定处于稳定状态的生态系统意味着：（1）生态系的生境中是否会有二个或二个以上的稳定生态群统状态可以保持长期不变而非瞬时不变；（2）在一基金项目：国家自然科学基金项目（10772132）；中国近海海洋综合调查与评价资助项目（908-02-04-01）作者简介：冯剑丰（1979年生），男，副教授，博士，主要从事生态系统复杂动力学研究。E-mail:fengjf@n

8、ankai.edu.cn收稿日期：2009-05-031554生态