综述：范式的转变：迈向动态管理方式以维持人类世时期的湖泊生态系统

《Science Bulletin》：Shifting paradigms: towards dynamic approaches to sustain Anthropocene lake ecosystems

人类世背景下淡水生态系统恢复的挑战与双变量框架研究。摘要：提出整合状态（从未受干扰到高度退化）与变化速率（慢至快）的双变量框架，通过百年尺度古湖泊记录分析，将湖泊划分为四类动态状态（I-IV），指导差异化恢复策略。案例研究表明太湖属于IIIa类（高速率退化），需转向适应性管理。

　　在人类世背景下，保护、管理和修复淡水生态系统已成为应对生物多样性丧失、污染和气候变化这三大行星危机的关键任务。然而，传统的修复框架往往难以应对当前生态系统快速且非线性的转变过程。本文通过综合当前淡水生态系统修复研究的最新成果，提出了一种全新的双变量框架，该框架从长期演化视角出发，将生态系统状态的变化幅度与变化速率结合起来，以更全面地理解生态系统的退化过程。这一框架能够帮助科学家、管理者和政策制定者更精准地评估生态系统当前的状态，并据此制定更有效的修复和管理策略。文章以太湖为例，深入探讨了其在人类世中面临的严重生态退化问题，并提出了相应的管理建议，以应对未来不确定的环境变化。

人类世是一个以快速且前所未有的变化为特征的时代，这使得传统的基于静态的生态修复方法显得力不从心。过去，生态修复的目标通常是恢复生态系统到未受干扰的“历史”状态，这种做法假设生态系统的变化是线性的、可逆的。然而，随着人类活动的加剧，生态系统的变化呈现出非线性、不可预测和不可逆的特性，传统的修复方法无法有效应对这些复杂的变化。因此，迫切需要一种新的框架，能够从动态的角度出发，考虑生态系统在不同时间尺度上的演变过程。这种框架不仅能够帮助识别生态系统当前所处的状态，还能预测其未来的变化趋势，从而为修复和管理提供更科学的依据。

当前的生态修复理论和实践在多个方面存在局限性。一方面，许多修复项目仍然依赖于短期的观察数据，而忽视了生态系统长期演变的复杂性。这种做法可能导致对生态系统状态的误判，因为生态系统的变化往往需要数十年甚至数百年才能显现出来。另一方面，现有的修复框架往往过于强调生态系统状态的恢复，而忽视了变化速率对生态系统功能和结构的影响。这使得管理者在面对生态系统的快速退化时，难以及时采取有效的干预措施。此外，由于缺乏长期的、具有代表性的生态数据，许多修复项目在制定目标和策略时缺乏科学依据，导致修复效果不佳，甚至可能加剧生态系统的退化。

为了克服这些挑战，本文提出了一种双变量框架，该框架综合考虑了生态系统状态的变化幅度和变化速率。这一框架基于长期的生态演变过程，通过分析多个世纪以来的生态数据，揭示了生态系统在不同阶段的变化特征。具体而言，该框架将生态系统分为四种类型：第一种类型是变化速率低、状态良好或可接受的生态系统；第二种类型是变化速率逐渐上升、但尚未严重退化的生态系统；第三种类型是变化速率高、状态严重退化的生态系统，进一步细分为两种子类型，一种是快速转变的生态系统，另一种是缓慢转变的生态系统；第四种类型是变化速率低、但状态已严重退化的生态系统。每种类型都有其独特的系统动态、修复潜力和管理策略，管理者可以根据这些分类采取相应的措施。

在实际应用中，这一框架可以用于指导不同类型的生态修复项目。对于第一种和第二种类型的生态系统，管理者可以采用传统的修复方法，通过时间序列数据恢复其历史状态或维持其生态功能。而对于第三种类型的生态系统，由于其变化速率较快，管理者需要采取更具前瞻性的策略，以防止生态系统的进一步退化，并应对可能出现的极端事件。第四种类型的生态系统由于已经进入高度退化状态，管理者可能需要考虑新的修复方法，如构建新型生态系统或通过技术创新手段改善其生态功能。这一框架的核心在于强调变化速率的重要性，而不仅仅是生态系统当前的状态。

本文以太湖作为典型案例，展示了该框架在实际应用中的潜力。太湖是中国第三大淡水湖，面积约为2340平方公里，位于人口密集的长江三角洲地区，承载着超过4000万人口的用水需求。然而，太湖近年来经历了严重的生态退化，特别是2007年发生的蓝藻爆发事件，导致大量居民在短时间内失去饮用水供应。尽管政府投入了大量资金进行修复，但太湖的生态状况仍未明显改善。根据本文提出的框架，太湖被归类为第三种类型的生态系统，即变化速率高、状态严重退化的生态系统。这一分类表明，太湖的生态退化并非突然发生，而是长期变化的结果，其变化速率和状态的变化都表明生态系统已经进入了不可逆的退化阶段。

在太湖的案例中，管理者需要采取更具适应性的策略，以应对其快速变化的特性。首先，应加强对太湖生态系统变化速率的监测，以便及时识别可能的生态危机。其次，应采取措施减少导致生态系统退化的关键驱动因素，如过量的营养物质输入和土地利用变化。此外，管理者还应考虑如何通过技术创新手段，如生物工程技术或地理工程技术，来改善太湖的生态功能，使其适应未来可能的环境变化。这些策略不仅有助于太湖的修复，也为其他类似的生态系统提供了借鉴。

从长远来看，本文提出的双变量框架具有重要的应用价值。它不仅可以帮助管理者更精准地评估生态系统的状态和变化趋势，还能为政策制定者提供科学依据，以制定更具针对性的修复和管理政策。此外，该框架还强调了跨学科合作的重要性，特别是在生态学、水文学和环境治理等领域。通过整合历史数据和现代监测数据，管理者可以更好地理解生态系统的演变过程，并据此制定更有效的修复策略。同时，该框架也为未来的研究提供了方向，例如如何定义生态系统的安全运行速率、如何利用历史数据指导现代生态修复、以及如何在社会-生态系统层面制定更全面的管理策略。

在人类世背景下，淡水生态系统的修复和管理面临着前所未有的挑战。传统的修复方法难以应对快速变化的生态系统，而新的双变量框架则提供了一种更全面的视角，能够帮助管理者更准确地评估生态系统的状态和变化趋势。这一框架的提出，不仅有助于提高生态修复的科学性和有效性，也为应对未来不确定的环境变化提供了新的思路。通过结合历史数据和现代监测技术，管理者可以更好地理解生态系统的演变过程，并据此制定更合理的修复策略。此外，该框架还强调了社会-生态系统层面的管理，表明生态修复不仅是科学问题，也是社会和政策问题。因此，未来的生态修复工作需要更多跨学科的合作，以确保修复策略既能满足生态系统的恢复需求，又能兼顾社会和经济的发展目标。

总体而言，本文提出的双变量框架为淡水生态系统的修复和管理提供了一种新的思路。通过综合考虑生态系统状态的变化幅度和变化速率，管理者可以更全面地理解生态系统的演变过程，并据此制定更有效的修复策略。这一框架的应用不仅限于太湖，还可以推广到其他类似的生态系统，为全球范围内的生态修复工作提供科学支持。未来的研究应进一步探索如何利用历史数据指导现代生态修复，如何定义生态系统的安全运行速率，以及如何在社会-生态系统层面制定更全面的管理策略。这些研究方向将有助于提高生态修复的科学性和有效性，为应对人类世的环境挑战提供更坚实的理论基础和实践指导。