來源：ScienceAAAS

什么是穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換（Regime Shifts）？顧名思義，一個(gè)穩(wěn)態(tài)向另外一個(gè)穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換，常見于社會(huì)現(xiàn)象、金融市場(chǎng)、精神狀態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)。在生態(tài)系統(tǒng)中常見的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換有荒漠與草地之間、林地與灌叢之間等。

為什么穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換值得關(guān)注？想想金融風(fēng)暴、抑郁癥、生態(tài)系統(tǒng)崩潰的發(fā)生就明白了。這些事件往往發(fā)生于不經(jīng)意間，而后系統(tǒng)再難以恢復(fù)之前的狀態(tài)。

是不是發(fā)生了突變就叫穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換？好像沒那么簡(jiǎn)單。下面以淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)為例，介紹兩者差別。情景A，一場(chǎng)大水經(jīng)過，湖泊變得渾濁，水草（沉水植物）可能被淹死；大水過后，湖泊很快恢復(fù)清澈，水草在來年繼續(xù)生長(zhǎng)。情景B，湖泊持續(xù)接受了大量的氮磷營(yíng)養(yǎng)物輸入，藻類快速生長(zhǎng)，透明度下降，水草突然大范圍消失；之后，外源的氮磷營(yíng)養(yǎng)物輸入完全停止，但湖泊將長(zhǎng)期繼續(xù)渾濁，水草也難以恢復(fù)——根據(jù)丹麥的經(jīng)驗(yàn)，若不采取其他的人工干預(yù)，這個(gè)過程將是10年以上。兩種情景下的湖泊生態(tài)系統(tǒng)都發(fā)生了突變，但在情景A中外界脅迫因素去除后系統(tǒng)狀態(tài)很快恢復(fù)（只是突變），在情景B中外界脅迫因素去除后系統(tǒng)將長(zhǎng)期維持在突變后的狀態(tài)（發(fā)生了穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換）。

為什么要費(fèi)這么多口舌來介紹穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換？因?yàn)檫@個(gè)概念很讓人糾結(jié)，有相當(dāng)部分的研究者把突變等同于穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換。在某個(gè)重量級(jí)的國(guó)際會(huì)議中關(guān)于穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的專題討論會(huì)上，淺水湖泊穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換理論提出者之一某某教授指出，有一半報(bào)告研究的只是突變，不是穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換。

這么多復(fù)雜的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件之間有內(nèi)在聯(lián)系嗎？根據(jù)Biggs等（2018）整理的數(shù)據(jù)庫(kù)，文獻(xiàn)記載的社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換也已多達(dá)30多種。隨著人類活動(dòng)壓力的加強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件可能還會(huì)增加。過去的相關(guān)研究都是局限于特定的系統(tǒng)或特定的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件。Rocha等（2018）發(fā)表在本期《科學(xué)》雜志上的這項(xiàng)研究把30多種逾300多例的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件進(jìn)行了矩陣耦合，發(fā)現(xiàn)這些穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件不都是孤立的。穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件之間可能會(huì)有多米諾效應(yīng)（Domino effects），即一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件可能會(huì)觸發(fā)另一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的發(fā)生（圖1）。他們的研究還發(fā)現(xiàn)，不同的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件之間還可能通過隱蔽反饋（hidden feedbacks）暗中勾結(jié)。兩個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件還可能共享驅(qū)動(dòng)因子（driver sharing），盡管他們不一定會(huì)相互影響。

圖2。 30多種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換事件間的矩陣關(guān)系。

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換這么復(fù)雜，我們?cè)撛趺慈ダ斫�？——試著找正反饋！其�?shí)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換在我們的日常生活中隨處可見，說是復(fù)雜其實(shí)也很簡(jiǎn)單。我們可以先來看我小時(shí)候經(jīng)歷的一件事情。那天，我和一位小伙伴走在路上。我那同伴覺得迎面走來的一個(gè)男孩的走路動(dòng)作很有意思，就學(xué)起人家的動(dòng)作，那哥們就瞪了我同伴一眼，我同伴就學(xué)得更歡，那哥們受了進(jìn)一步刺激就開始動(dòng)口了。接下來的場(chǎng)景可想而知，這兩個(gè)本來互不相干的人居然就在路上干起架來了。這么個(gè)故事聽上去如此草根，怎么能扯上高大上的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換呢？穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換可是研究復(fù)雜系統(tǒng)的重要理論，與之相干的也都是些一等一復(fù)雜的概念，如alternative states （equilibrium）， bifurcation， catastrophic change， critical transition， early warning signal， ergodicity， resilience， stability （按字母順序排，有興趣的可以自行攻略）。其實(shí)，用上面我的同伴（A）和對(duì)面男孩（B）這個(gè)故事來做分析，雖然不很嚴(yán)格，但有助于我們掌握其基本內(nèi)涵。A和B本不相干（系統(tǒng)初始狀態(tài)），兩人的關(guān)系因相互刺激（正反饋）而變得水火不容（系統(tǒng)狀態(tài)1）。我們還可以讓故事進(jìn)一步發(fā)展，n年后的某個(gè)時(shí)刻，B在很困難的時(shí)候得到了A的幫助，A對(duì)B很感激并給予回報(bào)（正反饋），兩人一來一往又變成了親密朋友（系統(tǒng)狀態(tài)2）。這個(gè)故事及其續(xù)集反映了穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的兩個(gè)本質(zhì)特征：正反饋在起作用，維持著系統(tǒng)的狀態(tài)1或2；系統(tǒng)從狀態(tài)1轉(zhuǎn)換至狀態(tài)2的時(shí)間明顯短于兩種狀態(tài)維持的時(shí)間。讓總結(jié)再簡(jiǎn)單粗暴點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換兩個(gè)重要的特征：突變+正反饋。

那么，具備多種穩(wěn)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)怎么管理？——試著構(gòu)建良性循環(huán)！在生態(tài)系統(tǒng)管理中，生態(tài)災(zāi)變的防控或生態(tài)健康的維持的關(guān)鍵也在于找到并努力嘗試構(gòu)建良性的正反饋。例如，在淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，沉水植被與水體透明度之間的正反饋就是健康生態(tài)系統(tǒng)得以穩(wěn)定的內(nèi)在機(jī)制，湖泊管理的關(guān)鍵就在于維持足夠的植被和透明度（具體可參見中科院水生所微信公眾號(hào)文章《湖泊污染容易治理難？其實(shí)藻型湖泊抗拒治理，草型湖泊抵御污染》）。其實(shí)生活中還不乏類似的例子，如父子關(guān)系、夫妻關(guān)系、師生關(guān)系和男女朋友關(guān)系等。處理好兩人關(guān)系的訣竅在于找到良性的正反饋。