根據對內陸水域的研究，即所謂的湖泊學，一種生態平衡理論認為，淺水湖可以採取兩種可供選擇的穩定狀態。然而，這一範式受到了亥姆霍茲環境研究中心和丹麥奧胡斯大學最近研究的挑戰。該研究結果已發表在《自然通訊》雜誌上。

研究小組對902個淺水湖進行了數據分析，發現兩個替代穩定狀態的理論沒有得到支持。該研究的作者對基於這一理論的湖泊管理實踐持懷疑態度，並呼籲更加關注減少營養物質的輸入，以維持淺水湖泊的生態平衡。

全世界大約有42%的湖泊是所謂的淺水湖，平均深度不超過3米。

“淺水湖對我們人類來說是非常重要的水體： 它們為我們提供了飲用水、捕魚和娛樂活動的水。良好的生態狀態對此至關重要，”來自UFZ水生生態系統分析和管理部門的最後一位作者Daniel Graeber博士說。”由於淺水湖通常由地表水供給，它們經常接受更多的營養物質輸入。這很容易破壞它們的生態平衡”。

根據20世紀90年代發展起來並在湖泊學中被廣泛接受的理論，淺水湖應該能夠在相同的養分供應量下在兩種可供選擇的穩定狀態之間獨立振盪： 一種狀態的特點是以浮游植物為主的濁水，另一種狀態是清澈的水和豐富的水生植物。

“該理論還說，這兩種狀態在變化後各自表現出長期的穩定性，”奧胡斯大學的湖泊學家、該研究的主要作者Thomas A. Davidson博士解釋說。”基於這個解釋模型的生物操縱措施已經在歐洲和美國實施了幾百次，以改善湖泊的生態狀況。”

這種干預的目標是：抵消高營養供應的影響–浮游植物的增長、缺氧、藍綠藻的有毒繁殖和魚類死亡。例如，增加肉食性的魚，通過生態反饋效應來調節浮游植物產量的增加： 肉食魚類吃獵物魚，較少的獵物魚吃較少的小型甲殼動物，而更多的小型甲殼動物吃更多的浮游植物。通過這種方式，一個以浮游植物高度生長為特徵的渾濁的淺水湖，將被轉移到其第二種穩定狀態–有水生植物和魚類產卵場的清澈的水，儘管營養物質的可用性很高，但仍具有長期穩定性。

“這在某種程度上聽起來好得不像真的，”格雷伯說。”在過去的幾年裡，一些研究已經產生了初步的跡象，即在現實中，這一理論可能只起了很小的作用。我們想進一步詳細調查這個問題，並對這個在湖泊學中被廣泛接受的淺水湖替代穩定狀態的解釋模型進行現實檢驗。”

為了做到這一點，研究小組分析了902個淺水湖的長期監測數據。這些湖泊位於丹麥和美國，深度不足三米。研究人員調查了湖泊中營養物質濃度和葉綠素濃度（作為浮游植物生物量的衡量標準）之間的關係及其隨時間的變化。

他們開發了一種特殊的統計方法來測試湖泊中是否出現了替代狀態，以及是否如理論預測的那樣，它們在幾年內也是穩定和自我維持的。

“我們首先使用模擬來測試我們的統計方法是否也確實有效，甚至是否能夠發現任何替代的穩定狀態。這些模擬包括有替代穩定狀態和沒有替代穩定狀態的情況，我們的方法可靠地檢測到了替代穩定狀態的存在或不存在，”UFZ的石灰學家說。

因此，對902個湖泊的數據分析結果也可以認為是可靠的： 在所研究的湖泊中，研究小組沒有發現任何跡象表明存在兩種替代穩定狀態。

Graeber說：”我們能夠清楚地建立的是營養物濃度和浮游植物濃度之間明顯的線性關係。因此，更多的營養物質不可避免地導致更多的浮游植物。沒有一個湖泊對高營養物濃度表現出不同的反應。因此，兩種可供選擇的穩定狀態的解釋模型似乎並沒有在現實中出現–至少對於溫帶的湖泊是這樣。”

但是這些結果在實踐中意味著什麼？我們如何才能維持淺水湖泊的生態平衡？

Graeber說：”生物操縱措施，如增加肉食性魚類不能長期穩定淺水湖的生態系統，因為沒有其他的穩定狀態，只有一種方法可以將淺水湖的平衡維持在持續穩定的狀態，而且沒有其他選擇： 必須持續減少營養物質的輸入”。