在湖泊生态系统中,能引起生态系统稳态转换的驱动因子繁多,如外源营养盐负荷、气候变化、湖泊水位等外部影响因子和捕食压力、水生植物群落结构等内部因子。其中研究最为广泛的例子便是在一定的营养范围内,湖泊生态系统既可以表现为以沉水植物为优势的清水状态,也可以表现为以藻类为优势的浊水状态,并且可以在这两种状态之间相互转换。该转换基于三个假设:①湖水的浊度随营养盐水平的增加而增加;②沉水植被降低浊度;③当浊度超过某一临界点时,沉水植被消失。
当清水稳态向浊水稳态转换时,营养盐浓度由低增高,到临界浓度点时,水中浊度增加,沉水植物迅速减少,该临界点为灾变点;当浊水稳态向清水稳态转换时,营养盐浓度由高降低,到临界浓度点时,浮游植物浓度降低,沉水植物开始增加,该临界点为恢复点。恢复点营养盐阈值小于灾变点,说明在湖泊富营养化治理中,即使将湖体的营养盐水平降至受污染之前的水平也难以使得湖泊变为清水状态。因此,水生植被一旦被破坏就很难恢复,这种下降与恢复的轨迹不同的现象便是时滞(hysteresis)。时滞现象可能与水生植物的种子库减小,草食性鱼类的过度牧食、水文节律的丧失、有毒污染物的积累等因素有关。在稳态转换前后,营养和浊度之间具有不同的函数关系。在营养含量较低时,只有水生植物占优势的清水状态存在;当营养含量较高时,只有藻类占优势的浊水状态存在;而营养含量处于灾变点和恢复点之间时,即有可能表现为清水状态,也可能表现为浊水状态。
当生态系统趋于灾变点时,生态系统会逐渐变得脆弱和不稳定,即使外界条件发生一个微小的扰动,也会引发生态系统的剧烈响应,使之进入结构和功能截然不同的另一个稳定状态。生态系统这种保持原有结构和功能的情况下所能承受的最大干扰能力即为恢复力。恢复力并不是一个定值,相反具有明显的动态性,其大小会随着系统外界条件的变化而变化,其表征了生态系统转变为另一个稳定状态的难易程度。因此,若要在生态系统发生灾变之前进行早期预警,并能够采取相应的措施阻止或减缓灾变的发生,对系统恢复力的定量评价研究极为关键。
稳态转换的研究方法主要有四种,包括时间序列法、实验湖沼学法、比较湖沼学法和模型法。时间序列法是通过收集研究对象生态系统状态参数长期动态,观测系统状态是否出现明显的跃迁现象。实验湖沼学方法是在人为控制下短期内实现湖泊不同状态之间的转换。比较湖沼学的理论基础是空间代替时间,即利用同一时间不同的湖泊可能处于不同的状态来代替同一湖泊在不同时间段内的不同状态。模型法是在稳态转换研究领域中,为确定诱导稳态转换发生的外界因子,采用湖泊生态模型进行模拟。