生态阈值的研究综述与展望

doi:10.11686/cyxb2024389

摘要/Abstract

摘要：

生态阈值存在于生态系统的非线性变化过程中，提前探究可能突破生态环境限制条件的阈值，从而做好预防措施具有十分重要的意义。本研究综述了国内外生态阈值研究文献，梳理了生态阈值的概念与发展，阐明了目前生态阈值识别方法的优缺点，总结了生态阈值在生态系统保护与修复、应对全球气候变化、生物多样性保护以及灾害防治这4个热点研究领域中的应用，最后提出了生态阈值研究在理论与应用方面的不足，并在此基础上展望了中国生态阈值未来的研究重点，以期为中国生态系统保护、修复和可持续发展提供思路借鉴。

关键词: 生态阈值, 内涵, 应用, 方法, 展望

Abstract:

Ecological threshold is integral to the nonlinear dynamics of ecosystems. It is of great significance to explore the potential ecological threshold that can be breached to implement effective preventative strategies. Here， we review recent domestic and international research on ecological threshold， dissect the concept and development of ecological threshold， and discuss the advantages and disadvantages of the current ecological threshold identification methods. The application of ecological threshold is delineated to four main research domains： ecosystem conservation and restoration， global climate change mitigation， biodiversity conservation， and disaster prevention. The results of recent studies have revealed deficiencies in both theoretical and applied aspects of ecological threshold research. Building on this foundation， we propose priorities for further research on ecological threshold in China. This review offers insights and references for the conservation， restoration， and sustainable development of China’s ecosystems.

Key words: ecological threshold, concept, application, method, prospect

高兵兵, 刘晓曼, 熊锦芳. 生态阈值的研究综述与展望[J]. 草业学报, 2025, 34(7): 210-218.

Bing-bing GAO, Xiao-man LIU, Jin-fang XIONG. A review and prospect of ecological threshold[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(7): 210-218.

参考文献 56

1	Li K R， Cao M K， Yu L， et al. Assessment of vulnerability of natural ecosystems in China under the changing climate. Geographical Research， 2005， 24（5）： 653-663.
	李克让，曹明奎，於琍，等. 中国自然生态系统对气候变化的脆弱性评估. 地理研究， 2005， 24（5）： 653-663.
2	Li D K， He P， Xu J， et al. Research basis of ecological thresholds and regime shifts in China. Chinese Journal of Applied Ecology， 2020， 31（6）： 2015-2028.
	李代魁，何萍，徐杰，等. 我国生态系统生态阈值研究基础. 应用生态学报， 2020， 31（6）： 2015-2028.
3	Future Earth Transition Team. Future earth initial design： Report of the transition team. Paris， France： International Council for Science （ICSU）， 2013.
4	Huggett A. The concept and utility of ‘ecological thresholds’ in biodiversity conservation. Biological Conservation， 2005， 124（3）： 301-310.
5	Groffman P M， Baron J S， Blett T， et al. Ecological thresholds： The key to successful environmental management or an important concept with no practical application. Ecosystems， 2006， 9（1）： 1-13.
6	Hou L P， He P， Fan X S， et al. A review on the methods of determining ecological thresholds. Chinese Journal of Applied Ecology， 2021， 32（2）： 711-718.
	侯利萍，何萍，范小杉，等. 生态阈值确定方法综述. 应用生态学报， 2021， 32（2）： 711-718.
7	Anurag H， Crystal N G， Tipping R， et al. Modeling the impact of spatiotemporal vegetation dynamics on groundwater recharge. Journal of Hydrology， 2021， 601： 126584.
8	Johnson C J. Identifying ecological thresholds for regulating human activity： Effective conservation or wishful thinking. Biological Conservation， 2013， 168： 57-65.
9	Holling C S. Resilience and stability of ecological systems. Annual Review of Ecological Rystems， 1973， 4： 1-23.
10	May R M. Thresholds and breakpoints in ecosystems with a multiplicity of stable states. Nature， 1977， 269（5628）： 471-477.
11	Bennett A F， Radford J Q. Know your ecological thresholds. Canberra， Australia： Thinking Bush， 2003.
12	Dakos V， Carpenter S R， Van Nes E H， et al. Resilience indicators： prospects and limitations for early warnings of regime shifts. Philosophical Transactions of the Royal Society B： Biological Sciences， 2015， 370（1659）： 1-10.
13	Wissel C. A universal law of the characteristics return time near thresholds. Oecologia， 1984， 65（1）： 101-107.
14	Li H P， Shi H B， Guo Y Y， et al. Study on sustainable utilization of water-grass resources and ecological threshold of pastoral area. Journal of Hydraulic Engineering， 2005， 36（6）： 694-700.
	李和平，史海滨，郭元裕，等. 牧区水草资源持续利用与生态系统阈值研究. 水利学报， 2005， 36（6）： 694-700.
15	Chen M. The study on the threshold of ecological impact assessment for cadcade hydropower development. Chengdu： Sichuan University， 2011.
	陈敏. 水能梯级开发生态影响评价阈值研究. 成都：四川大学， 2011.
16	Janse J H. A model of nutrient dynamics in shallow lakes in relation to multiple stable states. Hydrobiologia， 1997， 342（1）： 1-8.
17	Scheffer M. Multiplicity of stable states in fresh-water systems. Hydrobiologia， 1990， 200（61）： 475-486.
18	Boyko A， Cudmore B， Doherty A， et al. Recovery strategy for the eastern sand darter （Ammocrypta pellucida） in Canada. Ottawa， Canada： Fisheries and Oceans Canada， 2012.
19	Kennedy C M， Balch J K， Wilkinson J. Conservation thresholds for land use planners. Washington D.C.， America： Environmental Law Institute， 2003.
20	Li W C. Multiplicity of stable states in shallow lakes and its application. Journal of Lake Sciences， 1997， 9（2）： 97-104.
	李文朝. 浅水湖泊生态系统的多稳态理论及其应用. 湖泊科学， 1997， 9（2）： 97-104.
21	Cao S， Lu C， Yue H. Optimal tree canopy cover during ecological restoration： A case study of possible ecological thresholds in Changting， China. BioScience， 2017， 67（3）： 221-232.
22	Dail Y J， Hitt N， Smith D， et al. Experimental and environmental factors affect spurious detection of ecological thresholds. Ecology， 2012， 93（1）： 17-23.
23	Giles K， Mccornack B， Royer T， et al. Incorporating biological control into IPM decision making. Current Opinion in Insect Science， 2012， 20（4）： 84-89.
24	Banks-leite C， Pardini R， Tambosi L R， et al. Using ecological thresholds to evaluate the costs and benefits of set-asides in a biodiversity hotspot. Science， 2014， 345（6200）： 1041-1045.
25	Zhang W， Xu L P， Cheng H H. Scenario analysis based on the ecological threshold assessment modeland countermeasures for adaption to global climate change in Beijing//Proceedings of the 2017 （12th） conference on urban development and planning. Haikou： Chinese Society for Urban Studies， 2017： 1482-1489.
	张伟，徐丽萍，程红红. 基于生态阈值评估模型的北京城市发展情景分析与适应气候变化策略研究//（第十二届）城市发展与规划论文集. 海口：中国城市科学研究会， 2017： 1482-1489.
26	Feng X Z， Wang M， Wu L. Research on coordination between combating climate change and conserving ecosystems. Ecological Economy， 2018， 34（1）： 134-137.
	冯相昭，王敏，吴良. 应对气候变化与生态系统保护工作协同性研究. 生态经济， 2018， 34（1）： 134-137.
27	Tang T， Ren Z， Tang T， et al. Total nitrogen and total phosphorus thresholds for epilithic diatom assemblages in inflow tributaries of the Three Gorges Reservoir， China. Chinese Journal of Applied Ecology， 2016， 27（8）： 2670-2678.
	汤婷，任泽，唐涛，等. 基于附石硅藻的三峡水库入库支流氮、磷阈值. 应用生态学报， 2016， 27（8）： 2670-2678.
28	Li Y N， Yuan S， Fu H P， et al. Relationship of rodent densities with forage loss in typical steppe. Acta Theriologica Sinica， 2018， 38（4）： 369-376.
	李燕妮，袁帅，付和平，等. 典型草原啮齿动物密度与牧草损失量的关系. 兽类学报， 2018， 38（4）： 369-376.
29	Ma H. The analysis of ecological threshold of vegetation cover in forest lands of red soil region in China. Beijing： Beijing Forestry University， 2014.
	马华. 红壤丘陵区林地生态修复植被覆盖度阈值分析. 北京：北京林业大学， 2014.
30	Zhang L， Lin J N， Zhang Y， et al. Responses of the benthic diatom community to nutrients and the identification of nutrient thresholds in three aquatic ecoregions of the Huntai River， Northeast China. Environmental Science， 2017， 38（11）： 4570-4579.
	张莉，林佳宁，张远，等. 浑太河不同水生态区营养盐对底栖硅藻的影响及阈值. 环境科学， 2017， 38（11）： 4570-4579.
31	Qian S S. Ecological threshold and environmental management： A note on statistical methods for detecting thresholds. Ecological Indicators， 2014， 38： 192-197.
32	Chen Q， Huo S L， Xi B D， et al. Study on establishing lake reference condition for nutrient. Ecology and Environmental Sciences， 2010， 19（3）： 544-549.
	陈奇，霍守亮，席北斗，等. 湖泊营养物参照状态建立方法研究. 生态环境学报， 2010， 19（3）： 544-549.
33	William S C. Robust locally weighted regression and smoothing scatter plots. Journal of the American Statistical Association， 1979， 74（368）： 829-836.
34	Zhang J T. Quantitative ecology. Beijing： Science Press， 2004.
	张金屯. 数量生态学. 北京：科学出版社， 2004.
35	Toms J， Lesperance M. Piecewise regression： A tool for identifying ecological thresholds. Ecology， 2003， 84（8）： 2034-2041.
36	Li Z L. Study on optimal allocation of water resources in Weiyunhe area based on system dynamics theory. Tianjin： Tianjin University， 2018.
	李志林. 基于系统动力学的卫运河区域水资源优化配置研究. 天津：天津大学， 2018.
37	Chen T T， Wang Y X， Zeng X L， et al. Characteristics and the constraint relationship between ecosystem services and vegetation coverage in the Southwest China. Acta Ecologica Sinica， 2023， 43（6）： 2253-2270.
	陈田田，王钰茜，曾兴兰，等. 西南地区生态系统服务关系特征及其与植被覆盖的约束效应. 生态学报， 2023， 43（6）： 2253-2270.
38	Maetens W， Vanmaercke M， Poesen J， et al. Effects of land use on annual runoff and soil loss in Europe and the Mediterranean： A meta-analysis of plot data. Progress in Physical Geography， 2012， 36（5）： 599-653.
39	Jiang C， Zhang H， Zhang Z， et al. Model-based assessment soil loss by wind and water erosion in China’s Loess Plateau： dynamic change， conservation effectiveness， and strategies for sustainable restoration. Global Planet Change， 2019， 172： 396-413.
40	Gao Y， Zhong B， Yue H， et al. A degradation threshold for irreversible soil productivity loss in southeastern China： Results of a long-term case study in Changting County. Journal of Applied Ecology， 2011， 48（5）： 1145-1154.
41	Lindenmayer D B， Fischer J， Cunningham R B. Native vegetation cover thresholds associated with species responses. Biological Conservation， 2005， 124（3）： 311-316.
42	Li X R， Zhang Z S， Huang L， et al. Review of the ecohydrological processes and feedback mechanisms controlling sand-binding vegetation systems in sandy desert regions of China. Chinese Scientific Bulletin， 2013， 58（5/6）： 397-410.
	李新荣，张志山，黄磊，等. 我国沙区人工植被系统生态-水文过程和互馈机理研究评述. 科学通报， 2013， 58（5/6）： 397-410.
43	Li A F， Tao G C， Zhang M K. Study on soil phosphorus accumulation and leaching threshold in main tea producing areas of Zhejiang Province. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences， 2014， 1（1）： 31-33.
	李艾芬，陶国才，章明奎. 浙江省茶叶主产区土壤磷的积累与淋失阈值研究. 浙江农业科学， 2014， 1（1）： 31-33.
44	Zhang H B， Liu H Y， Li Y F， et al. The studying of key ecological factors and threshold of landscape evolution in Yancheng coastal wetland. Acta Ecology Sinica， 2013， 33（21）： 6975-6983.
	张华兵，刘红玉，李玉凤，等. 盐城海滨湿地景观演变关键土壤生态因子与阈值研究. 生态学报， 2013， 33（21）： 6975-6983.
45	Liu X， Li E H， Xu J， et al. Evolution mechanism of lake Honghu wetland ecosystem and regime shift crucial threshold. Journal of Lake Sciences， 2023， 35（3）： 934-940.
	刘昔，厉恩华，徐杰，等. 洪湖湿地生态系统演变及稳态转换关键驱动因子阈值研究. 湖泊科学， 2023， 35（3）： 934-940.
46	Zhang J R， Zeng Y， Zhao Y W. Threshold analysis of water blooms in Baiyangdian wetlands. Chinese Journal of Ecology， 2011， 30（8）： 1744-1750.
	张家瑞，曾勇，赵彦伟. 白洋淀湿地水华暴发阈值分析. 生态学杂志， 2011， 30（8）： 1744-1750.
47	Liang Z， Soranno P， Wagner T. The role of phosphorus and nitrogen on chlorophyll a： Evidence from hundreds of lakes. Water Research， 2020， 185（15）： 116236.
48	Liu L， Li Z P， Shen Y C， et al. Study of stress of four environmental factors on Porites lutea and Goniopora stutchburyi. Journal of Tropical Oceanography， 2013， 32（3）： 72-77.
	刘丽，李泽鹏，申玉春，等. 四种环境因子对澄黄滨珊瑚和斯氏角孔珊瑚胁迫作用研究. 热带海洋学报， 2013， 32（3）： 72-77.
49	Wang Z Y， Qiao X Y， An Y T， et al. Exploration of ecological water demand thresholds for rivers in Gansu section of the Yellow River Basin. Journal of Water Resources and Water Engineering， 2023， 34（2）： 81-90.
	王梓宇，乔晓英，安宇廷，等. 黄河流域甘肃段河道生态需水阈值的探讨. 水资源与水工程学报， 2023， 34（2）： 81-90.
50	Addison P， Bie K， Rumpff L. Setting conservation management thresholds using a novel participatory modeling approach. Conservation Biology， 2015， 29（5）： 1411-1422.
51	Estavillo C， Pardini R， Rocha P. Forest loss and the biodiversity threshold： an evaluation considering species habitat requirements and the use of matrix habitats. PLoS One， 2013， 8（12）： e82369.
52	Wang C， Liu H Y， Li Y F， et al. A study on habitat suitability and ecological threshold of waterbird guilds in Yancheng coastal wetlands： Implications for habitat structure restoration. Journal of Ecology and Rural Environment， 2022， 38（7）： 897-908.
	王成，刘红玉，李玉凤，等. 盐城滨海湿地水鸟类群生境适宜性及生态阈值研究：对栖息地景观结构恢复的启示. 生态与农村环境学报， 2022， 38（7）： 897-908.
53	Tang H P， Chen J， Xue H L. Ecological thresholds： Concept， methods and research outlooks. Chinese Journal of Plant Ecology， 2015， 39（9）： 932-940.
	唐海萍，陈姣，薛海丽. 生态阈值：概念，方法与研究展望. 植物生态学报， 2015， 39（9）： 932-940.
54	Xu N. Study on fire tipping point and ecological resilience of Zhalong wetland ecosystem. Lanzhou： Lanzhou University， 2022.
	徐楠. 扎龙湿地生态系统的火灾临界点与生态弹性研究. 兰州：兰州大学， 2022.
55	Hoffmann W， Geiger E， Gotsch S， et al. Ecological thresholds at the savanna-forest boundary： how plant traits， resources and fire govern the distribution of tropical biomes. Ecological Letters， 2012， 15（7）： 759-768.
56	Wang S J， Wei Y Q. Overview and prospects for ecological safety threshold research. Acta Prataculturae Sinica， 2017， 26（1）： 195-205.
	王世金，魏彦强. 生态安全阈值研究述评与展望. 草业学报， 2017， 26（1）： 195-205.

[1]	陈文瑞, 蒋朝, 周齐新, 王云琴, 李春鸣, 郭鹏辉, 刘慧霞. 不同盐分条件下硅对两个高羊茅品种生物量分配和营养元素氮、磷、钾吸收利用的影响[J]. 草业学报, 2022, 31(5): 51-60.
[2]	李宇宇, 贾玉山, 格根图, 王志军, 都帅, 孙林, 降晓伟, 吴洪新, 侯美玲, 陈喜梅. 饲用草产品主要真菌毒素污染检测、风险评估与控制研究进展[J]. 草业学报, 2021, 30(4): 191-204.
[3]	齐鹏, 王晓娇, 姚一铭, 陈晓龙, 武均, 蔡立群. 不同耕作方法和施氮量对旱作农田土壤CO₂排放及碳平衡的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(1): 96-106.
[4]	杨晓玫, 姚拓, 师尚礼. 荧光蛋白标记研究进展[J]. 草业学报, 2019, 28(10): 209-216.
[5]	贺春贵, 何振富, 王斐. 夏播复种光敏型高丹草的养分含量与产量[J]. 草业学报, 2017, 26(7): 177-189.
[6]	王红梅, 屠焰, 张乃锋, 司丙文, 马涛, 萨茹拉, 那亚, 刁其玉. 饲用酶制剂在反刍动物营养中的应用进展[J]. 草业学报, 2017, 26(3): 199-213.
[7]	王世金, 魏彦强. 生态安全阈值研究述评与展望[J]. 草业学报, 2017, 26(1): 195-205.
[8]	罗黎鸣, 武建双, 余成群, 潘影, 苗彦军, 武俊喜, 明升平, 郭应杰. 拉萨河谷山地灌丛草地植物多样性监测方法的比较研究[J]. 草业学报, 2016, 25(3): 22-31.
[9]	丁杰萍, 罗永清, 周欣, 岳祥飞, 连杰. 植物根系呼吸研究方法及影响因素研究进展[J]. 草业学报, 2015, 24(5): 206-216.
[10]	陈祖刚,巴图娜存,徐芝英,胡云锋. 基于数码相机的草地植被盖度测量方法对比研究[J]. 草业学报, 2014, 23(6): 20-27.
[11]	张振粉，南志标. 苜蓿细菌性病害研究进展[J]. 草业学报, 2014, 23(4): 330-342.
[12]	孙成明,刘涛,田婷,郭斗斗,王力坚,陈瑛瑛,李菲,李建龙. 基于MODIS的南方草地NPP遥感估算与应用[J]. 草业学报, 2013, 22(5): 11-17.
[13]	张佳平,丁彦芬. 连云港云台山野生草本植物资源调查、应用及保护研究[J]. 草业学报, 2012, 21(4): 215-223.
[14]	刘兴元, 龙瑞军, 尚占环. 草地生态系统服务功能及其价值评估方法研究[J]. 草业学报, 2011, 20(1): 167-174.
[15]	马江涛, 王宗礼, 黄东光, 吴燕民. 基因工程在牧草培育中的应用[J]. 草业学报, 2010, 19(6): 248-262.