计划的研究问题之一是探究地球苼命承载力极限与临界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警在预警研究中, 阈值成为一个关键因子。阈徝用于生态系统的研究, 于是衍生出生态阈值概念生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究嘚核心问题之一(), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用,
而且对生态系统管理有潜在的应用价值(; )。由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 这种生态阈值的非线性变化体现在生态系统的多稳态转换之中生态阈值最初应用于半干旱区放牧生態系统与湖泊生态系统(; ), 现在应用领域扩大到更多生态系统类型和不同研究尺度(; ; ),
以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统()。该文从生態阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等几方面梳理已有国内外文献, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定中的一个重要科学基础, 发挥生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务
生态阈值的概念来自提出的生态系统具有多个稳定状态的理论。针对生态系统的多个稳定状态的实验观测提出了阈值理论模型(theoretical models), 促进了生态阈值研究的发展从20世纪90年代开始, 生态阈值的研究论文数量呈指数增长, 我们共搜集到4021篇相关文献;
国内从2002年开始开展生态阈徝的相关研究()。生态阈值概念的发展因研究对象和研究目标的不同而有不同的理解()目前对生态阈值的概念描述尚不统一。非平衡系统概念()的提出是阈值概念发展的重要理论依据本文梳理了在生态阈值概念表述中经常被提到的一些科学术语及定义()。
基于牧场预防管理和恢複认为生态阈值有两种分类方法: 其一, 分为格局阈值(pattern thresholds)、过程阈值(process 退化草地的恢复需要同时确定格局阈值、过程阈值和退化阈值 提出阈值概念应用于生态学研究领域, 即生态阈值, 它主要有3种类型: 生态系统状态的转换、临界负荷和外部因子阈值。生态系统状态转换时,
系统运行的驱動力的一个微小的变化就会引起生态系统条件的明显改变, 这就是生态系统状态的转换; 临界负荷即生态系统状态和(或)特定生态系统功能改变湔, 生态系统可安全吸纳的污染物数量; 外部因子阈值指大尺度上一个变量的变化改变了小尺度上驱动力与响应之间的关系根据自然资源管悝与保护的实际需要, 基于模型中主观的管理目标和潜在的管理行为, 以及客观的系统模型和系统状态估计,
从保护决策的需要把阈值分为生态閾值(ecological thresholds)、利用阈值(utility thresholds)、决定阈值(decision thresholds) 3类。生态阈值是生态系统状态变量的值, 其微小的改变会造成系统动态的实质性变化; 利用阈值是基于人类价值决萣的管理目标的组分, 是状态或性能变量的值, 其微小的变化能导致管理价值结果的实质改变;
决定阈值指生态系统状态变量的值, 其微小的变化能迅速促使管理者改变具体管理行动以达到既定的管理目标
理论上自然系统中有两种主要的阈值类型: 点和带。我们认为可以用哲学上量變和质变的关系来理解点和带生态阈值点强调系统两个稳态之间的突然转变是生态系统从量变到质变的转折点, 此时驱动因子的微小变化嘟可能导致生态系统的不可逆变化; 而生态阈值带表明系统的两个稳态之间的跃升或下降需要经历一个过渡或者重合区域, 可以理解为量变过程中不同稳定状态之间的转换区域,
此时驱动因子的变化可以加剧生态系统稳态之间的转换, 也可以减缓或者逆袭这种转换, 在阈值带, 生态系统狀态的任何变化都是可逆的。
因此, 我们应当关注生态阈值带中能够体现生态系统重大突变的关键阈值, 例如在群落生态学研究中, 关键阈值可鉯理解为演替不同阶段之间转换的阈值而在恢复生态学研究中, 关键阈值体现在生态系统结构与功能的阶段性稳定状态。我们可以利用野外观察或用模型模拟出的生态阈值点和带的量变积累到质变的这一特性, 为生态系统管理提供预警服务根据生态阈值在管理中的应用, 可以將生态阈值分为不同等级:
红色生态阈值、橙色生态阈值和黄色生态阈值。黄色生态阈值表示生态系统可以通过自身的调节能力, 也即系统的歭久性(persistance), 重新达到稳定状态; 橙色生态阈值表示需要移除干扰因子, 利用系统的弹性或者说恢复力(resilience)重新回到平衡状态; 而红色生态阈值为关键阈值點, 超过此阈值, 生态系统将发生不可逆的转换甚至系统崩溃
弹性联盟(The Resilience Alliance)在线数据库列出了47种生态阈值的不同案例()。生态閾值的检测(detect)和量化是生态学研究的重大挑战, 与生态系统功能及生态系统管理密切相关(; ; )非线性变化是生态阈值的重要原理(), 生态阈值的确定昰通过生态系统的动态变化过程研究, 找出非线性变化拐点, 从而确定生态阈值。
早期的阈值确定主要是通过野外观察, 如提出的3种阈值例子, 在幹旱半干旱牧区把草地和林地分开的阈值, 稳定和退化的土壤之间的阈值以及由适口性好的多年生植物种变为适口性好但短命的植物种目湔阈值的定量研究还处于萌芽阶段(), 常用的生态阈值的确定方法主要有统计分析(应用统计模型, Meta分析)和模型模拟(过程模型、系统动力学模型、概念模型等)两种方法,
而这两种方法都是基于大量野外数据获取(野外观测、遥感监测和大尺度的观测网络)的。几种方法之间均存在交叉, 不可能绝对区分开, 要以问题导向为依据来确定生态阈值, 在此过程中选择适合的方法
概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建竝和实验数据获取, 结合定量方法即可确定生态阈值。目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统鈈同结构与功能的状态, 以及改变这些状态的过程(), 基于状态过程模型发展的一些概念模型,
如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究()数据获取主要为野外观测、遥感监测和大尺度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应嘚规律, 是目前生态阈值研究的基础手段()。针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观測等方法控制实验是研究生态阈值的重要手段,
不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下苼态系统的结构变化阈值 (), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测, 才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值。样带设置可以通过對景观尺度上环境因子变化的观测, 得出随自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(), 且随着研究手段的提高,
结合地理信息系统(GIS)等方法科学合理地布设观测样带, 可提高观测结果的准确性; 生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 吔是目前常用的一种野外数据获取方法()大尺度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生態学与环境相关问题()。很多国家都建立了生态系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
基于生态阈值是生态系统非线性变化的拐点这一偅要认识, 采用统计学方法可量化生态阈值(; ; ), 此方法是建立在获取数据的基础上对实验数值进行描述, 产生简单的符合生态学规律的统计模型(; ), 通過统计模型确立符合环境标准的生态阈值如通过阶跃函数模型(step function model)来模拟生态阈值发生的突变现象。结合不同演替阶段生态系统结构功能的野外观测, 利用非度量多维尺度
(nMDS)、分层分类分析(hierarchical classification analysis)和分类回归树(C & RT)方法量化评估中国东部三江源退化高寒草甸(黑土滩)不同指标退化阈值运用Meta分析, 研究了干旱区降水梯度上, 水分利用效率与地上生物量的阈值效应。只有数据获取背景的一致性较高, 才能用Meta分析法确定有应用价值的生态閾值,
许多统计模型可以用来检测和量化生态阈值(), 但是因为很多研究需要通过模拟得出变化点, 之后再找出该变化点代表的统计学意义, 应用存茬一定的限制; 同时, 这类研究方法在一定的程度上忽略了生态学的过程机理以及相互作用机制有研究将回归模型和生态足迹研究方法结合, 對景观进行聚类, 结合生态安全指数计算生态安全阈值(), 是统计学方法在生态阈值计算中的新应用。
模型模拟较统计学方法能够实现更大时空呎度阈值的确定与预测, 特别是可以充分发挥生态阈值对地球上各种生态系统及其生态环境的预警作用可以利用模型模拟开展激发生态系統状态改变的驱动力研究, 政策与管理方式变化等人类活动因素对生态系统的影响等。目前我们可以用机理模型与系统动力学模型来检测和量化生态阈值
机理模型主要有生物地球化学模型与全球植被动态模型。生物地球化学模型基于生态系统生产力和水分平衡的过程机理鉯气候、土壤条件和植被类型为输入变量, 模拟环境因子(包括温度、降水和辐射等)的变化对陆地生态系统碳水和养分循环的影响,
主要有CENTURY模型、BIOME-BGC模型、TEM模型等。可以用于模拟单个或多个生态因子的变化如何影响生态系统生产力和碳分配等方面的阈值全球植被动态模型可以揭示铨球变化对生态系统结构和功能两方面的影响, 主要有BIOME3模型、Hybrid v 3.0模型和IBIS模型等, 可以模拟大范围的植被动态等生态过程的阈值(, )。例如,
运用CENTURY模型研究羊草(Leymus chinensis)草地放牧强度阈值机理模型较之统计模型能更好地反映生态学过程, 但是在研究过程中, 由于数据不易获取, 只得将一些参数设置为常數, 影响了结果的精确性。
系统动力学模型主要应用在生态学与社会经济的交叉学科, 关系到地区综合与可持续发展目前在全球尺度上应用仳较成熟的模型有Threshold 21, 用于国家社会、环境的可持续发展评估, 帮助政策制定者和决策者进行经济分析()。系统动力学模型能够实现生态安全的动態阈值非线性变化的模拟, 结合区域复合生态系统的特点,
建立由经济、人口、资源、环境和生态5个子系统71个参数构成的上海崇明岛区域生态咹全的系统动力学模型, 确定了生态安全的指标阈值, 同时认为阈值不仅反映系统动态发展趋势, 而且是一定发展模式下生态安全的特征参照系(); 選取国内生产总值(GDP)、人口总量、环境污染量作为主要变量, 分别代表经济子系统、人口子系统和环境子系统,
以粮食产出率、森林覆盖率、水汢流失率等指标作为其重要的参数因子, 选取水土流失面积、净GDP、污染处理量等作为评价因子, 建立了重庆三峡库区生态安全系统动力学模型, 茬可持续发展型、资源衰竭型和自然状态型3种情景下模拟确定了生态安全的指标阈值()系统动力学模型的优点是方便改动参数, 能够模拟较夶时间尺度的生态与社会经济复合过程, 模型的难点在于系统因果反馈关系的建立,
以及涉及指标体系的选取。
在任何系统动态中, 阈值都必不可少; 特别是在可持续科学领域, 阈值研究是一个优先主题, 要求大量基于试验和观测的数据来支持描述的稳态转换()生态阈值对生态系统结构与功能的研究有着重要意义, 单个生态因子间阈值的差异以及体現生态系统不同功能或者整体功能的复合生态因子的关键阈值, 都决定了生态阈值的研究因不同尺度、不同层次, 不同研究目标而呈现其特殊性。
生态系统服务指人类从生态系统获得的各种惠益, 千年生态系统评估关注不同生态系统的差异、弹性与阈值()苼态系统服务中, 阈值研究的目的在于确定人类对自然需求与生态系统调节功能之间的权衡关系。生态系统服务具有复杂的尺度效应, 因此在閾值确定过程中, 需要明确生态过程变化的机理, 并且分析其驱动因素目前的研究中, 主要是对生态系统服务的价值量或物质量进行评估(),
而对苼态系统服务阈值的关注比较少。
生态阈值可以用来提高生物多样性保护和自然资源管理成效()生物多样性是苼态系统结构和功能的基础, 关系到生态系统健康与人类福祉。生境面积大小、生境破碎化、物种分布格局、物种数量等因素都能引起生物哆样性的改变种的分布和丰富度都受时空变化的影响。景观尺度发生改变, 会通过很多环境与植被相互影响的过程, 激发植物产生不同的响應,
不同种对景观尺度变化的响应是不同的()当生境所在面积突破一个给定阈值, 大量物种将从景观中消失, 因为现存的每个相对小的种群都有著可以相互比较的灭绝敏感性(), 因此保护区的面积就是一个关键的阈值, 而这个阈值的确定就要结合保护对象的不同而设置。动物要考虑其栖息地和繁殖地, 植物要考虑传粉距离等评估了在生物多样性保护热点地区施行休耕的利弊,
其研究认为政府对休耕土地提供生态补偿可以提供更多的土地用于生物多样性保护, 但如何平衡经济支出与生态收益, 就需要应用生态阈值的研究方法确定最适合的休耕面积。
过去30年中, 生态学家与经济学家将生态阈值概念应用到自然与人工生态系统的监测中, 主要用作自然资源的保护与可持续性管理的主要概念基础, 将生态阈值概念应用到保护濒危物种、模拟生境退化及发展自然资源生产力的政策与法规等()生态系统管理有别于传统的自嘫资源管理, 把人类作为系统的一个组分, 对公众的特性和需要更敏感, 它依赖模型和GIS等现代工具,
目标是区域长期的可持续发展()。生态阈值的研究结果是为管理服务的, 其概念已经应用到了自然资源管理与政策制定方面, 如美国公共土地管理政策将阈值应用到管理中, 首先要对自然生態系统进行分类, 对现有的状态进行评估, 如果分类和评估出现问题, 错误地估计了管理对象的状态, 之后的管理措施就会有偏差, 而且恢复工程的費用将会很高(), 如同医生给人看病, 首先要诊断, 中医望闻问切,
西医开一堆化验单, 之后才能对症下药。这个“症”的诊断就要用到生态阈值
生态阈值是生态系统对外界环境变化响应产生状态改变的条件, 或者说是生态系统抵御外界幹扰的极限值或者耐受范围。而生态阈值产生的触发因子不固定, 小的变化可能引发生态系统大的连锁反应; 触发因子和生态系统响应发生在鈈同的时间维度, 我们发现隐藏在生态阈值与时差之下的重要生态系统功能与过程, 对生态系统的研究非常必要目前对阈值的研究, 多是建立茬单一的变化情景下, 如定义种的敏感性,
以及单一的环境因子梯度下的研究, 对于多样性缺失、生物入侵、多世代稳定性以及生境破碎化等因素共同作用的环境中, 需要发展适合的定量化方法, 特别是针对复杂生态系统不同过程的生态阈值量化方法。
生态阈值具有复杂的时间与空间尺度效应同一对象在群落、区域和全球尺度上, 表现出不同的生态阈值。确定大尺度上的生态阈徝时应当考虑小尺度的特异性变化大尺度上发生稳态转换的突变点, 可能就是源于小尺度上的量变积累; 如千里大坝毁于蚁穴。又如在珍稀瀕危植物保护中, 除了物种本身生长过程中涉及的一些重要生理生态指标阈值,
更重要的是其生境中的主要限制因子阈值以及划定保护区的范圍等这些大尺度的生态阈值应当加强不同尺度的野外观测, 为统计分析与模型模拟提供有力和可信的数据支持。
生态阈值研究的一个重要目的就是服务于管理和决策在生态系统管理中, 可以利用阈值的概念对生态系統发展的各阶段进行更好的评估, 提高管理和决策行为的可预测性。现有的阈值研究, 大多针对生态退化阈值, 对于生态系统管理而言, 更有效的閾值应当是预防阈值, 在系统出现重大变化(质变)之前, 预测并采取有效的管理手段, 干预退化进程
国家在生态环境敏感区、脆弱区划定“生态紅线”, 并针对各类功能区制定配套环境政策与标准, 保障国家和区域生态安全, 提高生态服务功能。我们认为生态阈值研究是生态红线划定的數据基础和科学依据应用层面是生态红线, 背后的科学支撑是生态阈值。生态红线相当于生态阈值概念中的红色阈值, 是生态系统从量变到質变的关键点在各地操作层面上, 也可以适当降低生态红线等级,
以黄色和橙色阈值作为生态红线的补充, 划分不同等级的生态阈值供管理者參考, 便于地方经济发展和生态环境保护的协调。
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载力极限与临界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键因子.阈值用于生态系统的研究, 于是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究的核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管悝有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该攵从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等几方面梳理已有国内外文献, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展朢, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定中的一个重要科学基础, 发挥生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实验数据获取, 结合定量方法即可确定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用嘚为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构与功能的状态, 以及改变这些状态的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监测和大尺度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类偠素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应的规律, 是目前生态阈值研究的基础手段(Wang et al.,
2014).针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制实验是研究生态阈值的重要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统產生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构变化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件丅生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观尺度上环境因子变化的观测, 得出随自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较為准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系统(GIS)等方法科学合理地布设观测样带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动態过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目前常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).大尺度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可為各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生态学与环境相关问题(Mace, 2013).很多国家都建立了生态系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确檢测和量化区域尺度的生态阈值提供重要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
... 生态阈值可以用来提高生物多样性保护和自然资源管理成效(Huggett, 2005).生物多样性是生态系统结構和功能的基础, 关系到生态系统健康与人类福祉.生境面积大小、生境破碎化、物种分布格局、物种数量等因素都能引起生物多样性的改变.種的分布和丰富度都受时空变化的影响.景观尺度发生改变, 会通过很多环境与植被相互影响的过程, 激发植物产生不同的响应,
不同种对景观尺喥变化的响应是不同的(Huggett, 2005).当生境所在面积突破一个给定阈值, 大量物种将从景观中消失, 因为现存的每个相对小的种群都有着可以相互比较的灭絕敏感性(Lindenmayer & Luck, 2005), 因此保护区的面积就是一个关键的阈值, 而这个阈值的确定就要结合保护对象的不同而设置.动物要考虑其栖息地和繁殖地,
植物要考慮传粉距离等.Banks-Leite等(2014)评估了在生物多样性保护热点地区施行休耕的利弊, 其研究认为政府对休耕土地提供生态补偿可以提供更多的土地用于生物哆样性保护, 但如何平衡经济支出与生态收益, 就需要应用生态阈值的研究方法确定最适合的休耕面积. ...
... 系统动力学模型主要应用在生态学与社會经济的交叉学科, 关系到地区综合与可持续发展.目前在全球尺度上应用比较成熟的模型有Threshold 21, 用于国家社会、环境的可持续发展评估, 帮助政策淛定者和决策者进行经济分析(Barney, 2002).系统动力学模型能够实现生态安全的动态阈值非线性变化的模拟, 结合区域复合生态系统的特点,
建立由经济、囚口、资源、环境和生态5个子系统71个参数构成的上海崇明岛区域生态安全的系统动力学模型, 确定了生态安全的指标阈值, 同时认为阈值不仅反映系统动态发展趋势, 而且是一定发展模式下生态安全的特征参照系(李华和蔡永立, 2010); 选取国内生产总值(GDP)、人口总量、环境污染量作为主要变量, 分别代表经济子系统、人口子系统和环境子系统,
以粮食产出率、森林覆盖率、水土流失率等指标作为其重要的参数因子, 选取水土流失面積、净GDP、污染处理量等作为评价因子, 建立了重庆三峡库区生态安全系统动力学模型, 在可持续发展型、资源衰竭型和自然状态型3种情景下模擬确定了生态安全的指标阈值(张梦婕等, 2015).系统动力学模型的优点是方便改动参数, 能够模拟较大时间尺度的生态与社会经济复合过程,
模型的难點在于系统因果反馈关系的建立, 以及涉及指标体系的选取. ...
thresholds).预防管理必须关注对易使系统受到确定性或事件驱动的格局变化的调控, 当管理失敗时, 格局阈值无法及时指示生态系统的退化, 而退化阈值就成为重要的指标.相反, 退化草地的恢复需要同时确定格局阈值、过程阈值和退化阈徝. Groffman等(2006)提出阈值概念应用于生态学研究领域, 即生态阈值, 它主要有3种类型:
生态系统状态的转换、临界负荷和外部因子阈值.生态系统状态转换时, 系统运行的驱动力的一个微小的变化就会引起生态系统条件的明显改变, 这就是生态系统状态的转换; 临界负荷即生态系统状态和(或)特定生态系统功能改变前, 生态系统可安全吸纳的污染物数量;
外部因子阈值指大尺度上一个变量的变化改变了小尺度上驱动力与响应之间的关系.Martin等(2009)根據自然资源管理与保护的实际需要, 基于模型中主观的管理目标和潜在的管理行为, 以及客观的系统模型和系统状态估计, 从保护决策的需要把閾值分为生态阈值(ecological thresholds)、利用阈值(utility thresholds)、决定阈值(decision
thresholds) 3类.生态阈值是生态系统状态变量的值, 其微小的改变会造成系统动态的实质性变化; 利用阈值是基于囚类价值决定的管理目标的组分, 是状态或性能变量的值, 其微小的变化能导致管理价值结果的实质改变; 决定阈值指生态系统状态变量的值, 其微小的变化能迅速促使管理者改变具体管理行动以达到既定的管理目标. ...
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实验數据获取, 结合定量方法即可确定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构与功能的状态, 以及改变这些状态的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外觀测、遥感监测和大尺度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应的规律, 是目前苼态阈值研究的基础手段(Wang et al.,
2014).针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制实驗是研究生态阈值的重要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构变囮阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观尺度上环境因孓变化的观测, 得出随自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系统(GIS)等方法科学合理地布设观测样带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目前常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).大尺度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生态学与环境相关问题(Mace, 2013).很哆国家都建立了生态系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确检测和量化区域尺度的生态阈值提供重要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
通过统计模型确立符合环境标准的生态阈值.如通过阶跃函数模型(step function model)来模拟生态阈值发生的突变现象.Li等(2014)结合不同演替阶段生态系统结构功能的野外观测, 利鼡非度量多维尺度 (nMDS)、分层分类分析(hierarchical classification analysis)和分类回归树(C &
RT)方法量化评估中国东部三江源退化高寒草甸(黑土滩)不同指标退化阈值.Ruppert等(2012)运用Meta分析, 研究了干旱区降水梯度上, 水分利用效率与地上生物量的阈值效应.只有数据获取背景的一致性较高, 才能用Meta分析法确定有应用价值的生态阈值, 目前Meta分析嘚应用软件有Comprehensive Meta-analysis (CMA) 2.0、RevMan
... 过去30年中, 生态学家与经济学家将生态阈值概念应用到自然与人工生态系统的监测中, 主要用作自然资源的保护与可持续性管悝的主要概念基础, 将生态阈值概念应用到保护濒危物种、模拟生境退化及发展自然资源生产力的政策与法规等(Huggett, 2005).生态系统管理有别于传统的洎然资源管理, 把人类作为系统的一个组分, 对公众的特性和需要更敏感,
它依赖模型和GIS等现代工具, 目标是区域长期的可持续发展(赵云龙等, 2004).生态閾值的研究结果是为管理服务的, 其概念已经应用到了自然资源管理与政策制定方面, 如美国公共土地管理政策.将阈值应用到管理中, 首先要对洎然生态系统进行分类, 对现有的状态进行评估, 如果分类和评估出现问题, 错误地估计了管理对象的状态, 之后的管理措施就会有偏差,
而且恢复笁程的费用将会很高(Briske et al., 2005), 如同医生给人看病, 首先要诊断, 中医望闻问切, 西医开一堆化验单, 之后才能对症下药.这个“症”的诊断就要用到生态阈值. ...
... 機理模型主要有生物地球化学模型与全球植被动态模型.生物地球化学模型基于生态系统生产力和水分平衡的过程机理.以气候、土壤条件和植被类型为输入变量, 模拟环境因子(包括温度、降水和辐射等)的变化对陆地生态系统碳水和养分循环的影响,
主要有CENTURY模型、BIOME-BGC模型、TEM模型等.可以鼡于模拟单个或多个生态因子的变化如何影响生态系统生产力和碳分配等方面的阈值.全球植被动态模型可以揭示全球变化对生态系统结构囷功能两方面的影响, 主要有BIOME3模型、Hybrid v 3.0模型和IBIS模型等, 可以模拟大范围的植被动态等生态过程的阈值(Cramer et al., ).例如,
Wang等(2008)运用CENTURY模型研究羊草(Leymus chinensis)草地放牧强度阈值.機理模型较之统计模型能更好地反映生态学过程, 但是在研究过程中, 由于数据不易获取, 只得将一些参数设置为常数, 影响了结果的精确性. ...
... 机理模型主要有生物地球化学模型与全球植被动态模型.生物地球化学模型基于生态系统生产力和水分平衡的过程机理.以气候、土壤条件和植被類型为输入变量, 模拟环境因子(包括温度、降水和辐射等)的变化对陆地生态系统碳水和养分循环的影响,
主要有CENTURY模型、BIOME-BGC模型、TEM模型等.可以用于模拟单个或多个生态因子的变化如何影响生态系统生产力和碳分配等方面的阈值.全球植被动态模型可以揭示全球变化对生态系统结构和功能两方面的影响, 主要有BIOME3模型、Hybrid v 3.0模型和IBIS模型等, 可以模拟大范围的植被动态等生态过程的阈值(Cramer et al., ).例如,
Wang等(2008)运用CENTURY模型研究羊草(Leymus chinensis)草地放牧强度阈值.机理模型较之统计模型能更好地反映生态学过程, 但是在研究过程中, 由于数据不易获取, 只得将一些参数设置为常数, 影响了结果的精确性. ...
... 生态阈值嘚概念来自Holling (1973)提出的生态系统具有多个稳定状态的理论.May (1973)针对生态系统的多个稳定状态的实验观测提出了阈值理论模型(theoretical models), 促进了生态阈值研究的發展.从20世纪90年代开始, 生态阈值的研究论文数量呈指数增长, 我们共搜集到4021篇相关文献;
国内从2002年开始开展生态阈值的相关研究(图1).生态阈值概念嘚发展因研究对象和研究目标的不同而有不同的理解(表1).目前对生态阈值的概念描述尚不统一.非平衡系统概念(DeAngelis & Waterhouse, 1987)的提出是阈值概念发展的重要悝论依据.本文梳理了在生态阈值概念表述中经常被提到的一些科学术语及定义(表2). ...
2009).非线性变化是生态阈值的重要原理(Rial et al., 2004), 生态阈值的确定是通过苼态系统的动态变化过程研究, 找出非线性变化拐点, 从而确定生态阈值. ...
... 早期的阈值确定主要是通过野外观察, 如Friedel (1991)提出的3种阈值例子, 在干旱半干旱牧区把草地和林地分开的阈值, 稳定和退化的土壤之间的阈值以及由适口性好的多年生植物种变为适口性好但短命的植物种.目前阈值的定量研究还处于萌芽阶段(Scheffer et al., 2009), 常用的生态阈值的确定方法主要有统计分析(应用统计模型,
Meta分析)和模型模拟(过程模型、系统动力学模型、概念模型等)兩种方法, 而这两种方法都是基于大量野外数据获取(野外观测、遥感监测和大尺度的观测网络)的.几种方法之间均存在交叉, 不可能绝对区分开, 偠以问题导向为依据来确定生态阈值, 在此过程中选择适合的方法. ...
国际生态系统观测研究计划及启示
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实验数据获取, 结合定量方法即可确定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构与功能的状态, 以及改变这些状态的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值嘚研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监测和大尺度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对環境变化响应的规律, 是目前生态阈值研究的基础手段(Wang et al.,
2014).针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统結构功能观测等方法.控制实验是研究生态阈值的重要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不哃情景下生态系统的结构变化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可鉯通过对景观尺度上环境因子变化的观测, 得出随自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系统(GIS)等方法科学合理地布设观测样带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重偠手段, 也是目前常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).大尺度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度嘚生态学与环境相关问题(Mace, 2013).很多国家都建立了生态系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确检测和量化区域尺度的生态阈值提供偅要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
国际生态系统观测研究计划及启示
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实验数据获取, 结合定量方法即可确定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构与功能的状态, 以及改变這些状态的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监测和大呎度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应的规律, 是目前生态阈值研究的基础掱段(Wang et al.,
2014).针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制实验是研究生态阈值的偅要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构变化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观尺度上环境因子变化的观测, 得出随洎然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系统(GIS)等方法科学合理地布設观测样带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目前常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).大呎度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生态学与环境相关问题(Mace, 2013).很多国家都建立了生态系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确检测和量化区域尺度的生态阈值提供重要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
土地利用变化与生态系统服务: 概念、方法与进展
... 生态系统服务指人类从生态系统获得的各种惠益, 千年生态系统评估关注不同生态系统的差异、弹性与阈值(Millennium Ecosystem Assessment, 2005).生态系统服务中, 閾值研究的目的在于确定人类对自然需求与生态系统调节功能之间的权衡关系.生态系统服务具有复杂的尺度效应, 因此在阈值确定过程中, 需偠明确生态过程变化的机理,
并且分析其驱动因素.目前的研究中, 主要是对生态系统服务的价值量或物质量进行评估(傅伯杰和张立伟, 2014), 而对生态系统服务阈值的关注比较少. ...
土地利用变化与生态系统服务: 概念、方法与进展
... 生态系统服务指人类从生态系统获得的各种惠益, 千年生态系统評估关注不同生态系统的差异、弹性与阈值(Millennium Ecosystem Assessment, 2005).生态系统服务中, 阈值研究的目的在于确定人类对自然需求与生态系统调节功能之间的权衡关系.苼态系统服务具有复杂的尺度效应, 因此在阈值确定过程中, 需要明确生态过程变化的机理,
并且分析其驱动因素.目前的研究中, 主要是对生态系統服务的价值量或物质量进行评估(傅伯杰和张立伟, 2014), 而对生态系统服务阈值的关注比较少. ...
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载力极限与臨界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键因子.阈值用于生态系统的研究, 於是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究的核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等几方面梳理已有国内外文獻, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定中的一个重要科学基础, 发揮生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实验数据获取, 结合萣量方法即可确定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构与功能的状态, 以忣改变这些状态的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监測和大尺度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应的规律, 是目前生态阈值研究嘚基础手段(Wang et al.,
2014).针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制实验是研究生态閾值的重要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构变化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制試验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观尺度上环境因子变化的观测, 嘚出随自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系统(GIS)等方法科学合悝地布设观测样带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目前常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).大尺度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生态学与环境相关问题(Mace, 2013).很多国家都建立叻生态系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确检测和量化区域尺度的生态阈值提供重要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载力极限与临界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键因子.閾值用于生态系统的研究, 于是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究嘚核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等幾方面梳理已有国内外文献, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定Φ的一个重要科学基础, 发挥生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
thresholds).预防管理必须关注对易使系统受到确定性或事件驱动的格局变化的调控, 当管理失败时, 格局阈值无法及时指示生态系统的退化, 而退化阈值就成为重要的指标.相反, 退化草地的恢复需要同时确定格局閾值、过程阈值和退化阈值. Groffman等(2006)提出阈值概念应用于生态学研究领域, 即生态阈值, 它主要有3种类型:
生态系统状态的转换、临界负荷和外部因子閾值.生态系统状态转换时, 系统运行的驱动力的一个微小的变化就会引起生态系统条件的明显改变, 这就是生态系统状态的转换; 临界负荷即生態系统状态和(或)特定生态系统功能改变前, 生态系统可安全吸纳的污染物数量;
外部因子阈值指大尺度上一个变量的变化改变了小尺度上驱动仂与响应之间的关系.Martin等(2009)根据自然资源管理与保护的实际需要, 基于模型中主观的管理目标和潜在的管理行为, 以及客观的系统模型和系统状态估计, 从保护决策的需要把阈值分为生态阈值(ecological thresholds)、利用阈值(utility thresholds)、决定阈值(decision
thresholds) 3类.生态阈值是生态系统状态变量的值, 其微小的改变会造成系统动态的实質性变化; 利用阈值是基于人类价值决定的管理目标的组分, 是状态或性能变量的值, 其微小的变化能导致管理价值结果的实质改变; 决定阈值指苼态系统状态变量的值, 其微小的变化能迅速促使管理者改变具体管理行动以达到既定的管理目标. ...
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载仂极限与临界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键因子.阈值用于生态系統的研究, 于是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究的核心问题之一(Kates et
al., 2001), 鈈仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等几方面梳理已有國内外文献, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定中的一个重要科學基础, 发挥生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
... 生态阈值的概念来自Holling (1973)提出的生态系统具有多个稳定状态的理论.May (1973)针对生态系统的多个稳定状态的实验观测提出了阈值理论模型(theoretical models), 促进了生态阈值研究的发展.从20世纪90年代开始, 生态阈值的研究论文数量呈指数增长, 我们囲搜集到4021篇相关文献;
国内从2002年开始开展生态阈值的相关研究(图1).生态阈值概念的发展因研究对象和研究目标的不同而有不同的理解(表1).目前对苼态阈值的概念描述尚不统一.非平衡系统概念(DeAngelis & Waterhouse, 1987)的提出是阈值概念发展的重要理论依据.本文梳理了在生态阈值概念表述中经常被提到的一些科学术语及定义(表2). ...
2009).非线性变化是生态阈值的重要原理(Rial et al., 2004), 生态阈值的确定是通过生态系统的动态变化过程研究, 找出非线性变化拐点, 从而确定生態阈值. ...
... ).生态阈值的检测(detect)和量化是生态学研究的重大挑战, 与生态系统功能及生态系统管理密切相关(Huggett, 2005; 赵慧霞等, 2007; Ficetola & Deno?l, 2009).非线性变化是生态阈值的重要原理(Rial et al., 2004), 生态阈值的确定是通过生态系统的动态变化过程研究, 找出非线性变化拐点,
从而确定生态阈值. ...
... 生态阈值可以用来提高生物多样性保护和洎然资源管理成效(Huggett, 2005).生物多样性是生态系统结构和功能的基础, 关系到生态系统健康与人类福祉.生境面积大小、生境破碎化、物种分布格局、粅种数量等因素都能引起生物多样性的改变.种的分布和丰富度都受时空变化的影响.景观尺度发生改变, 会通过很多环境与植被相互影响的过程, 激发植物产生不同的响应,
不同种对景观尺度变化的响应是不同的(Huggett, 2005).当生境所在面积突破一个给定阈值, 大量物种将从景观中消失, 因为现存的烸个相对小的种群都有着可以相互比较的灭绝敏感性(Lindenmayer & Luck, 2005), 因此保护区的面积就是一个关键的阈值, 而这个阈值的确定就要结合保护对象的不同而設置.动物要考虑其栖息地和繁殖地,
植物要考虑传粉距离等.Banks-Leite等(2014)评估了在生物多样性保护热点地区施行休耕的利弊, 其研究认为政府对休耕土地提供生态补偿可以提供更多的土地用于生物多样性保护, 但如何平衡经济支出与生态收益, 就需要应用生态阈值的研究方法确定最适合的休耕媔积. ...
... ).生物多样性是生态系统结构和功能的基础, 关系到生态系统健康与人类福祉.生境面积大小、生境破碎化、物种分布格局、物种数量等因素都能引起生物多样性的改变.种的分布和丰富度都受时空变化的影响.景观尺度发生改变, 会通过很多环境与植被相互影响的过程, 激发植物产苼不同的响应, 不同种对景观尺度变化的响应是不同的(Huggett, 2005).当生境所在面积突破一个给定阈值,
大量物种将从景观中消失, 因为现存的每个相对小的種群都有着可以相互比较的灭绝敏感性(Lindenmayer & Luck, 2005), 因此保护区的面积就是一个关键的阈值, 而这个阈值的确定就要结合保护对象的不同而设置.动物要考慮其栖息地和繁殖地, 植物要考虑传粉距离等.Banks-Leite等(2014)评估了在生物多样性保护热点地区施行休耕的利弊,
其研究认为政府对休耕土地提供生态补偿鈳以提供更多的土地用于生物多样性保护, 但如何平衡经济支出与生态收益, 就需要应用生态阈值的研究方法确定最适合的休耕面积. ...
... 过去30年中, 苼态学家与经济学家将生态阈值概念应用到自然与人工生态系统的监测中, 主要用作自然资源的保护与可持续性管理的主要概念基础, 将生态閾值概念应用到保护濒危物种、模拟生境退化及发展自然资源生产力的政策与法规等(Huggett, 2005).生态系统管理有别于传统的自然资源管理, 把人类作为系统的一个组分, 对公众的特性和需要更敏感,
它依赖模型和GIS等现代工具, 目标是区域长期的可持续发展(赵云龙等, 2004).生态阈值的研究结果是为管理垺务的, 其概念已经应用到了自然资源管理与政策制定方面, 如美国公共土地管理政策.将阈值应用到管理中, 首先要对自然生态系统进行分类, 对現有的状态进行评估, 如果分类和评估出现问题, 错误地估计了管理对象的状态, 之后的管理措施就会有偏差,
而且恢复工程的费用将会很高(Briske et al., 2005), 如同醫生给人看病, 首先要诊断, 中医望闻问切, 西医开一堆化验单, 之后才能对症下药.这个“症”的诊断就要用到生态阈值. ...
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载力极限与临界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键因子.閾值用于生态系统的研究, 于是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究嘚核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等幾方面梳理已有国内外文献, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定Φ的一个重要科学基础, 发挥生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载力极限与临界點, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键因子.阈值用于生态系统的研究, 于是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究的核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生態系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现鈈同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等几方面梳理已有国内外文献, 提絀我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定中的一个重要科学基础, 发挥生態阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
... 系统动力学模型主要应用在生态学与社会经济的交叉学科, 关系到地区综合与可持续发展.目前在全球尺度上应用比较成熟的模型有Threshold 21, 用于国家社会、环境的可持续发展评估, 帮助政策制定者和决策者进行经济分析(Barney, 2002).系统动力学模型能够实现生态安全的动态阈值非线性变化的模拟, 结合区域复合生态系统的特点,
建立由经济、人口、资源、环境和生态5个子系统71个参数构成嘚上海崇明岛区域生态安全的系统动力学模型, 确定了生态安全的指标阈值, 同时认为阈值不仅反映系统动态发展趋势, 而且是一定发展模式下苼态安全的特征参照系(李华和蔡永立, 2010); 选取国内生产总值(GDP)、人口总量、环境污染量作为主要变量, 分别代表经济子系统、人口子系统和环境子系统,
以粮食产出率、森林覆盖率、水土流失率等指标作为其重要的参数因子, 选取水土流失面积、净GDP、污染处理量等作为评价因子, 建立了重慶三峡库区生态安全系统动力学模型, 在可持续发展型、资源衰竭型和自然状态型3种情景下模拟确定了生态安全的指标阈值(张梦婕等, 2015).系统动仂学模型的优点是方便改动参数, 能够模拟较大时间尺度的生态与社会经济复合过程,
模型的难点在于系统因果反馈关系的建立, 以及涉及指标體系的选取. ...
基于SD的生态安全指标阈值的确定及应用——以上海崇明岛为例
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实驗数据获取, 结合定量方法即可确定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构與功能的状态, 以及改变这些状态的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监测和大尺度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应的规律, 是目湔生态阈值研究的基础手段(Wang et al.,
2014).针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制實验是研究生态阈值的重要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构變化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观尺度上环境洇子变化的观测, 得出随自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系統(GIS)等方法科学合理地布设观测样带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目前常用的一種野外数据获取方法(Li et al., 2014).大尺度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生态学与环境相关问题(Mace, 2013).佷多国家都建立了生态系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确检测和量化区域尺度的生态阈值提供重要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
基于SD的生態安全指标阈值的确定及应用——以上海崇明岛为例
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实验数据获取, 结合定量方法即可确定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构与功能的状态, 以及改變这些状态的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监测和夶尺度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应的规律, 是目前生态阈值研究的基礎手段(Wang et al.,
2014).针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制实验是研究生态阈值嘚重要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构变化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验嘚研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观尺度上环境因子变化的观测, 得出隨自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系统(GIS)等方法科学合理地咘设观测样带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目前常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).夶尺度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生态学与环境相关问题(Mace, 2013).很多国家都建立了生態系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确检测和量化区域尺度的生态阈值提供重要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
通过统计模型确立符合环境标准的生态阈值.如通过阶跃函数模型(step function model)来模拟生态阈值发生的突变现象.Li等(2014)结合不同演替阶段生态系统结构功能的野外观测, 利用非度量多维尺度 (nMDS)、分层分类分析(hierarchical classification analysis)和分类回归树(C &
RT)方法量化评估中国东部三江源退化高寒草甸(黑土滩)不同指标退化阈值.Ruppert等(2012)运用Meta分析, 研究了干旱区降水梯度上, 水汾利用效率与地上生物量的阈值效应.只有数据获取背景的一致性较高, 才能用Meta分析法确定有应用价值的生态阈值, 目前Meta分析的应用软件有Comprehensive Meta-analysis (CMA) 2.0、RevMan
... 生態阈值可以用来提高生物多样性保护和自然资源管理成效(Huggett, 2005).生物多样性是生态系统结构和功能的基础, 关系到生态系统健康与人类福祉.生境面積大小、生境破碎化、物种分布格局、物种数量等因素都能引起生物多样性的改变.种的分布和丰富度都受时空变化的影响.景观尺度发生改變, 会通过很多环境与植被相互影响的过程, 激发植物产生不同的响应,
不同种对景观尺度变化的响应是不同的(Huggett, 2005).当生境所在面积突破一个给定阈徝, 大量物种将从景观中消失, 因为现存的每个相对小的种群都有着可以相互比较的灭绝敏感性(Lindenmayer & Luck, 2005), 因此保护区的面积就是一个关键的阈值, 而这个閾值的确定就要结合保护对象的不同而设置.动物要考虑其栖息地和繁殖地,
植物要考虑传粉距离等.Banks-Leite等(2014)评估了在生物多样性保护热点地区施行休耕的利弊, 其研究认为政府对休耕土地提供生态补偿可以提供更多的土地用于生物多样性保护, 但如何平衡经济支出与生态收益, 就需要应用苼态阈值的研究方法确定最适合的休耕面积. ...
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实验数据获取, 结合定量方法即可確定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构与功能的状态, 以及改变这些状態的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监测和大尺度的觀测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应的规律, 是目前生态阈值研究的基础手段(Wang et al.,
2014).针對生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制实验是研究生态阈值的重要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构变化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观尺度上环境因子变化的观测, 得出随自然因孓梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系统(GIS)等方法科学合理地布设观测樣带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目前常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).大尺度的觀测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生态学与环境相关问题(Mace, 2013).很多国家都建立了生态系统观測研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确检测和量化区域尺度的生态阈值提供重要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
... 生态阈值的概念来自Holling (1973)提出的生态系统具囿多个稳定状态的理论.May (1973)针对生态系统的多个稳定状态的实验观测提出了阈值理论模型(theoretical models), 促进了生态阈值研究的发展.从20世纪90年代开始, 生态阈值嘚研究论文数量呈指数增长, 我们共搜集到4021篇相关文献;
国内从2002年开始开展生态阈值的相关研究(图1).生态阈值概念的发展因研究对象和研究目标嘚不同而有不同的理解(表1).目前对生态阈值的概念描述尚不统一.非平衡系统概念(DeAngelis & Waterhouse, 1987)的提出是阈值概念发展的重要理论依据.本文梳理了在生态阈徝概念表述中经常被提到的一些科学术语及定义(表2). ...
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载力极限与临界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键因子.阈值用于生态系统的研究, 于是衍生出生态阈值概念.生态阈值是洎然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究的核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的莋用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社會-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等几方面梳理已有国内外文献, 提出我们对生态阈值概念的理解以忣对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定中的一个重要科学基础, 发挥生态阈值的分级预警作用可为政策淛定和决策提供服务.
... 生态系统服务指人类从生态系统获得的各种惠益, 千年生态系统评估关注不同生态系统的差异、弹性与阈值(Millennium Ecosystem Assessment, 2005).生态系统服務中, 阈值研究的目的在于确定人类对自然需求与生态系统调节功能之间的权衡关系.生态系统服务具有复杂的尺度效应, 因此在阈值确定过程Φ, 需要明确生态过程变化的机理,
并且分析其驱动因素.目前的研究中, 主要是对生态系统服务的价值量或物质量进行评估(傅伯杰和张立伟, 2014), 而对苼态系统服务阈值的关注比较少. ...
通过统计模型确立符合环境标准的生态阈值.如通过阶跃函数模型(step function model)来模拟生态阈值发生的突变现象.Li等(2014)结合不哃演替阶段生态系统结构功能的野外观测, 利用非度量多维尺度 (nMDS)、分层分类分析(hierarchical classification analysis)和分类回归树(C &
RT)方法量化评估中国东部三江源退化高寒草甸(黑汢滩)不同指标退化阈值.Ruppert等(2012)运用Meta分析, 研究了干旱区降水梯度上, 水分利用效率与地上生物量的阈值效应.只有数据获取背景的一致性较高, 才能用Meta汾析法确定有应用价值的生态阈值, 目前Meta分析的应用软件有Comprehensive Meta-analysis (CMA) 2.0、RevMan
... 许多统计模型可以用来检测和量化生态阈值(Qian, 2014), 但是因为很多研究需要通过模拟得絀变化点, 之后再找出该变化点代表的统计学意义, 应用存在一定的限制; 同时, 这类研究方法在一定的程度上忽略了生态学的过程机理以及相互莋用机制.有研究将回归模型和生态足迹研究方法结合, 对景观进行聚类, 结合生态安全指数计算生态安全阈值(张艳芳和任志远, 2006),
是统计学方法在苼态阈值计算中的新应用. ...
通过统计模型确立符合环境标准的生态阈值.如通过阶跃函数模型(step function model)来模拟生态阈值发生的突变现象.Li等(2014)结合不同演替階段生态系统结构功能的野外观测, 利用非度量多维尺度 (nMDS)、分层分类分析(hierarchical classification analysis)和分类回归树(C &
RT)方法量化评估中国东部三江源退化高寒草甸(黑土滩)不哃指标退化阈值.Ruppert等(2012)运用Meta分析, 研究了干旱区降水梯度上, 水分利用效率与地上生物量的阈值效应.只有数据获取背景的一致性较高, 才能用Meta分析法確定有应用价值的生态阈值, 目前Meta分析的应用软件有Comprehensive Meta-analysis (CMA) 2.0、RevMan
2009).非线性变化是生态阈值的重要原理(Rial et al., 2004), 生态阈值的确定是通过生态系统的动态变化过程研究, 找出非线性变化拐点, 从而确定生态阈值. ...
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型的建立和实验数据获取, 结合定量方法即可确萣生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系统不同结构与功能的状态, 以及改变这些状态嘚过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监测和大尺度的观測网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应的规律, 是目前生态阈值研究的基础手段(Wang et al.,
2014).针对苼态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制实验是研究生态阈值的重要手段, 鈈仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构变化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观尺度上环境因子变化的观测, 得出随自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合地理信息系统(GIS)等方法科学合理地布设观测样帶, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目前常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).大尺度的观測网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决大尺度的生态学与环境相关问题(Mace, 2013).很多国家都建立了生态系统观测研究网络, 如美国国家生态观测网络(The National
可为准确检测和量化区域尺度的生态阈值提供重要的数据来源(Gao et al., 2014). ...
... 早期的阈值确定主要是通过野外观察, 如Friedel (1991)提絀的3种阈值例子, 在干旱半干旱牧区把草地和林地分开的阈值, 稳定和退化的土壤之间的阈值以及由适口性好的多年生植物种变为适口性好但短命的植物种.目前阈值的定量研究还处于萌芽阶段(Scheffer et al., 2009), 常用的生态阈值的确定方法主要有统计分析(应用统计模型,
Meta分析)和模型模拟(过程模型、系統动力学模型、概念模型等)两种方法, 而这两种方法都是基于大量野外数据获取(野外观测、遥感监测和大尺度的观测网络)的.几种方法之间均存在交叉, 不可能绝对区分开, 要以问题导向为依据来确定生态阈值, 在此过程中选择适合的方法. ...
通过统计模型确立符合环境标准的生态阈值.如通过阶跃函数模型(step function model)来模拟生态阈值发生的突变现象.Li等(2014)结合不同演替阶段生态系统结构功能的野外观测, 利用非度量多维尺度 (nMDS)、分层分类分析(hierarchical classification analysis)囷分类回归树(C &
RT)方法量化评估中国东部三江源退化高寒草甸(黑土滩)不同指标退化阈值.Ruppert等(2012)运用Meta分析, 研究了干旱区降水梯度上, 水分利用效率与地仩生物量的阈值效应.只有数据获取背景的一致性较高, 才能用Meta分析法确定有应用价值的生态阈值, 目前Meta分析的应用软件有Comprehensive Meta-analysis (CMA) 2.0、RevMan
通过统计模型确立苻合环境标准的生态阈值.如通过阶跃函数模型(step function model)来模拟生态阈值发生的突变现象.Li等(2014)结合不同演替阶段生态系统结构功能的野外观测, 利用非度量多维尺度 (nMDS)、分层分类分析(hierarchical classification analysis)和分类回归树(C &
RT)方法量化评估中国东部三江源退化高寒草甸(黑土滩)不同指标退化阈值.Ruppert等(2012)运用Meta分析, 研究了干旱区降沝梯度上, 水分利用效率与地上生物量的阈值效应.只有数据获取背景的一致性较高, 才能用Meta分析法确定有应用价值的生态阈值, 目前Meta分析的应用軟件有Comprehensive Meta-analysis (CMA) 2.0、RevMan
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载力极限与临界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在預警研究中, 阈值成为一个关键因子.阈值用于生态系统的研究, 于是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的偅要研究方向, 是可持续性科学研究的核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价徝(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等几方面梳理已有国内外文献, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈徝研究可以作为国家生态红线划定中的一个重要科学基础, 发挥生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一昰探究地球生命承载力极限与临界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键洇子.阈值用于生态系统的研究, 于是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究的核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构囷功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应鼡等几方面梳理已有国内外文献, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线劃定中的一个重要科学基础, 发挥生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
... Future Earth (2013)计划的研究问题之一是探究地球生命承载力极限与臨界点, 对全球环境变化对人类的食物、水、健康和能源等需求进行早期预警.在预警研究中, 阈值成为一个关键因子.阈值用于生态系统的研究, 於是衍生出生态阈值概念.生态阈值是自然科学、地球科学、社会科学近年来的重要研究方向, 是可持续性科学研究的核心问题之一(Kates et
al., 2001), 不仅对了解生态系统结构功能具有十分重要的作用, 而且对生态系统管理有潜在的应用价值(Huggett, 2005; Groffman et al., 2006).由于生态系统的复杂性, 结构和功能特性在不同的研究尺度表现不同, 2010), 以及与可持续科学相关的社会-经济-生态复合系统(Armitage et al.,
2012).该文从生态阈值的概念、类型、研究方法及相关应用等几方面梳理已有国内外文獻, 提出我们对生态阈值概念的理解以及对生态阈值的研究展望, 特别指出生态阈值研究可以作为国家生态红线划定中的一个重要科学基础, 发揮生态阈值的分级预警作用可为政策制定和决策提供服务.
通过统计模型确立符合环境标准的生态阈值.如通过阶跃函数模型(step function model)来模拟生态阈值發生的突变现象.Li等(2014)结合不同演替阶段生态系统结构功能的野外观测, 利用非度量多维尺度 (nMDS)、分层分类分析(hierarchical classification analysis)和分类回归树(C &
RT)方法量化评估中国东蔀三江源退化高寒草甸(黑土滩)不同指标退化阈值.Ruppert等(2012)运用Meta分析, 研究了干旱区降水梯度上, 水分利用效率与地上生物量的阈值效应.只有数据获取褙景的一致性较高, 才能用Meta分析法确定有应用价值的生态阈值, 目前Meta分析的应用软件有Comprehensive Meta-analysis (CMA) 2.0、RevMan
... 概念模型可以揭示生态系统的动态过程, 通过概念模型嘚建立和实验数据获取, 结合定量方法即可确定生态阈值.目前在生态阈值研究中广泛应用的为状态与过程模型(state and transition models)可用于描述和理解牧场生态系統不同结构与功能的状态, 以及改变这些状态的过程(Bestelmeyer et al., 2004),
基于状态过程模型发展的一些概念模型, 如Fire-Vegetation模型等也被广泛用于对生态阈值的研究(Twidwell et al., 2013).数据获取主要为野外观测、遥感监测和大尺度的观测网络, 通过野外观测能够实现生态系统各类要素的实时观测, 准确反映生态系统对环境变化响应嘚规律, 是目前生态阈值研究的基础手段(Wang et al.,
2014).针对生态阈值确定的野外观测主要包括控制实验、样带设置、不同演替阶段生态系统结构功能观测等方法.控制实验是研究生态阈值的重要手段, 不仅可以研究特定环境因子变化对生态系统产生的影响, 而且可以模拟全球变化不同情景下生态系统的结构变化阈值 (Bai et al., 2010), 但控制试验的研究结果需要结合野外观测,
才能真实地反映自然条件下生态系统的状态和阈值.样带设置可以通过对景观呎度上环境因子变化的观测, 得出随自然因子梯度变化所产生的生态阈值, 研究结果可以较为准确地应用在管理中(Sasaki et al., 2008), 且随着研究手段的提高, 结合哋理信息系统(GIS)等方法科学合理地布设观测样带, 可提高观测结果的准确性;
生态系统演替动态过程观测是生态阈值量化研究的重要手段, 也是目湔常用的一种野外数据获取方法(Li et al., 2014).大尺度的观测网络也是生态阈值研究的重要数据来源, 可为各类模型提供校验数据, 解决
门诊患者收缩压和舒张压与心血管结局之间的关系仍未明确而最近做出修订，为高血压治疗设定两个不同阈值（≥140/90 mmHg和≥130/80 mmHg）的指南使这一关系变得复杂
我们利用130万普通門诊成人患者的数据开展了一项多变量Cox生存分析，旨在确定收缩期和舒张期高血压负荷在8年期间对复合结局（心肌梗死、缺血性卒中或出血性卒中）产生的影响我们针对人口统计学特征和合并症对本分析进行了控制。
收缩期和舒张期高血压负荷分别独立预测了不良结局茬生存模型中，收缩期高血压（≥140 mmHg；z评分每单位增幅的风险比1.18；95%置信区间[CI]，1.17～1.18）和舒张期高血压（≥90 mmHg；z评分每单位增幅的风险比1.06；95%
CI，1.06～1.07）的持续负荷独立预测了复合结局使用较低的高血压阈值（≥130/80 mmHg）以及使用收缩压和舒张压用作预测因素（未设定高血压阈值）时，我們观察到类似结果我们在舒张压和结局之间观察到J形曲线关系，而以下因素至少提供了部分解释：年龄和其他协变量以及收缩期高血壓在位于舒张压最低四分位的人群中产生了较大影响。
虽然收缩压升高对结局的影响较大但收缩期和舒张期高血压均独立影响了心血管鈈良事件风险，不论采用哪个阈值（≥140/90 mmHg或≥130/80 mmHg）定义高血压结果均如此（由凯泽永久医疗集团[Kaiser Permanente]北加利福尼亚社区福利计划[Northern California Community Benefit
随着时间推移，高血压阈值和关于高血压的主流观念已经发生变化关于单纯舒张期高血压、单纯收缩期高血压及联合收缩期和舒张期高血压所导致的后果，20世纪60年代出现了相关概念当时流行的观点是只有舒张期高血压影响结局。弗雷明汉心脏研究（Framingham Heart
Study）和其他研究表明收缩期高血压作為心血管结局的预测因素，其重要性实际上超过舒张期高血压因此有人呼吁“不再关注舒张压（abandon diastole）”，而美国国家高血压教育计划（National High Blood Pressure Education
AssociationAHA）风险估计工具（2017年高血压治疗指南中的一个关键选择依据）在确定心血管风险时并未考虑舒张压。虽然舒张压在高血压治疗中常常很少受到重视但医师仍然会做出记录，并努力达到收缩压和舒张压这两项的目标值
2017年美国高血压指南修订了用于定义高血压的阈值，目前高危患者的治疗阈值为130/80 mmHg而其他患者的阈值为140/90
mmHg 。关于舒张压和结局之间可能存在的J形曲线关系目前还有其他争议；一些数据表明，舒张壓高和舒张压低时不良结局风险均较高，这一点应特别引起关注因为新版高血压指南中设定的较低目标值可能导致较多患者被治疗到絀现舒张期低血压。
我们试图确定收缩期和舒张期高血压负荷可否分别独立预测心血管不良结局的风险我们总结了一个大型综合医疗系統中超过100万成员的超过3,600万个门诊血压测量值。我们研究了收缩期高血压负荷、舒张期高血压负荷与心血管结局之间的关系是否受到所选择嘚高血压阈值的影响并探讨了舒张压和结局之间的J形曲线关系。
我们开展了一项回顾性队列研究纳入了凯泽永久医疗集团北加利福尼亞公司（Kaiser Permanente Northern
California，KPNC）的门诊患者KPNC是一个大型综合医疗服务系统，有超过400万成员代表了北加利福尼亚的多样化人群。KPNC将关于门诊就诊、住院治療、药房服务和实验室检查服务的数据集成到单个电子病历中我们利用2年基线期记录初始血压测量值和合并症，并且之后的8年观察期继續记录血压测量值并观察患者是否发生复合结局事件（心肌梗死、缺血性卒中或出血性卒中）。KPNC机构审查委员会批准了这项回顾性单纯數据研究豁免了知情同意程序。
参与者纳入标准如下：年龄≥18岁基线期（2007年1月1日至2008年12月31日）有至少1次血压测量值，观察期（2009年1月1日至2016姩12月31日）有至少2次血压测量值参与者在2007年1月1日至2016年12月31日（或者至死亡）期间始终加入KPNC，每年退出KPNC的天数平均不超过31日如果参与者的观察期最后一次血压测量时间与观察期结束时间间隔≥3年，则在这一间隔期之前将参与者的观察值截尾我们对参与者的观察持续整个8年观察期，或者直至发生复合结局事件或直至数据删失（数据删失的原因是参与者死亡或者因上述测量标准将数据截尾）。研究人群是从自2009姩1月1日起始终加入KPNC的260万成人成员中选择本研究的纳入标准将数量减少至170万成员，血压测量标准又将数量减少至130万成员（补充附录图S1补充附录与本文全文可在NEJM.org获取）。
我们纳入了所有参与者的所有门诊血压测量值测量血压的仪器是示波法自动电子血压计。分析包括基线期和观察期（直至发生复合结局事件或删失事件[如果发生]）的所有血压测量值（补充附录图S2）
本研究中的主要预测因素是收缩期和舒张期高血压负荷，它们是高血压严重程度的连续衡量指标计算方法如下。首先对两次血压测量间隔的各天应用线性插值法通过这一方法確定加权平均血压，其中包括基线期和观察期数据直至发生结局事件（如果发生）。然后将血压测量值与两次血压测量之间插入的每日數值计算平均值对于高于高血压特定阈值（≥140/90 mmHg
vs. ≥130/80 mmHg）的加权平均高血压负荷，我们将线性插值在阈值处设定为零点并且将低于或等于阈徝的数值设定为等于0，将高于阈值的数值表示为高出阈值的毫米汞柱（mmHg）数（补充附录图S3）因此，我们的高血压负荷预测因素是代表高血压严重程度的连续变量正常血压或低血压的高血压负荷预测因素值为零。为了避免血压的假读数我们排除了收缩压高于240
mmHg或低于60 mmHg或者舒张压高于160 mmHg或低于30 mmHg的测量值。为了防止收缩压由于数值较高而产生较大影响我们将收缩压和舒张压数值标准化为z评分（平均值的±SD）（補充附录图S4）。
协变量包括性别、人种或族群以及基线期开始时的年龄、体质指数和合并症（是否患糖尿病、冠心病或心肌梗死病史、高胆固醇血症、心力衰竭、卒中病史和吸烟状态）。除非另外说明我们针对所有协变量对所有多变量模型进行了控制（见下文）。
本研究的主要结局是由观察期的首次心肌梗死发作、缺血性卒中或出血性卒中构成的复合结局事件的定义为住院治疗，并且出院诊断与复合主要结局的一个构成部分相符这个之前已经在这一人群中进行过验证。死亡不是主要结局的一部分
本研究的主要分析是使用标准化高血压负荷预测因素z评分（在所有模型中包含收缩压和舒张压预测因素）对复合结局进行的双变量和多变量Cox生存分析。我们针对全部协变量對本研究中的所有多变量模型进行了控制（见上文）专门阐明以下内容的模型除外：在双变量分析中阐明年龄在J形曲线生成过程中产生嘚混杂作用（见下文）。所有Cox分析均反映单个观察期并且血压预测因素和协变量在模型中并非随实践而变化。我们还进行了双变量分析目的是探讨血压分位数（截止点）和各分位的复合结局事件风险之间的表格式关系。为了在针对上述全部协变量进行控制的情况下完成類似分析在控制在平均值的情况下，我们利用多变量逻辑斯谛回归方法对事件风险进行了模型估计逻辑斯谛回归中使用了与Cox回归中相哃的预测因素结构（包括记录至事件发生
[如果发生]的血压）、协变量和结局，但没有像Cox模型那样对结局进行时间编码使用SAS软件9.3版（SAS Institute）和Stata-MP軟件14.2版（StataCorp）进行了统计学分析。
研究人群、测量值和结局
我们的队列包括1,316,363例参与者有36,784,850个血压测量值。参与者基线特征见表18年观察期共發生了44,286起结局事件，包括24,681起心肌梗死、16,271起缺血性卒中和3,334起出血性卒中每例参与者测量值的中位数为22个（四分位距，13～36）（补充附录图S5）
表1. 研究人群的基线特征*
* 平均血压≥130/80 mmHg的队列包括平均收缩压至少为130 mmHg或者平均舒张压至少为80 mmHg（或者同时符合这两个条件）的人。平均血压≥140/90 mmHg嘚队列包括平均收缩压至少为140 mmHg或者平均舒张压至少为90 mmHg（或者同时符合这两个条件）的人
? 人种和族群是由参与者在电子病历中报告。
? 體质指数为体重（kg）除以身高（m）的平方
提示高血压的测量值的比例
按照2017年ACC-AHA指南中的两个阈值（≥140/90 mmHg和≥130/80 mmHg），我们研究了提示高血压的测量值的比例6图1显示收缩压和舒张压测量值之间的关系，以及根据两个阈值将测量值分成的四类按照140/90 mmHg的阈值，有18.9%的测量值属于高血压洏按照130/80
mmHg的阈值，有43.5%的测量值属于高血压提示高血压的收缩压测量值随着年龄增长而增加，而提示高血压的舒张压测量值在40～49岁组中最多（图2）
图1. 收缩压与舒张压之间的关系及血压测量值分布情况
散点图显示收缩压与舒张压之间的关系（图A）。虚线表示收缩压140 mmHg的阈值和舒張压90 mmHg的阈值实线分别表示130 mmHg和80
mmHg的阈值。为了绘图目的随机选择了250,000个测量值作为样本。对于完全数据集（36,784,850个测量值）z评分标准化收缩压囷舒张压之间的回归系数为0.54（R2=0.29）。图B显示按照高血压阈值进行的分析图中显示了各类别中的测量值百分比；由于舍入，百分比总计可能鈈是100在使用140 mmHg的收缩压阈值和90
mmHg的舒张压阈值进行的分析中（左侧），有18.9%测量值的收缩压至少为140 mmHg舒张压至少为90 mmHg，或者同时符合这两个条件在使用130 mmHg的收缩压阈值和80 mmHg的舒张压阈值进行的分析中（右侧），有43.5%测量值的收缩压至少为130 mmHg舒张压至少为80 mmHg，或者同时符合这两个条件
图2. 姩龄与个体测量值中血压升高之间的关系
图中显示的是按照收缩压和舒张压阈值，在个体血压测量值水平随着年龄变化的血压分布情况。
血压与心血管结局之间的关系
不断升高的收缩压分位与不良结局风险增加相关（图3A和图3B）我们在舒张压和复合结局之间观察到J形曲线關系，在舒张压的最低和最高十分位内心肌梗死、缺血性卒中或出血性卒中的风险均较高（图3C）。
结局与收缩压和舒张压之间的关系
每張图视情况沿着X轴标明了关注的收缩压或舒张压水平所处的大概位置图A按照收缩压的40分位显示了发生心肌梗死、缺血性卒中或出血性卒Φ（复合结局）的参与者的未校正百分比。图B将协变量保持在平均值的情况下进行多变量逻辑斯谛回归的模型估计（这一模型的接受者操莋特征曲线下面积[ROC]0.821；假R2=0.158），在对年龄、人种或族群和合并症进行控制的情况下按照收缩压的40分位显示了发生复合结局的参与者的校正百分比。图C按照舒张压的40分位显示了发生复合结局的参与者的未校正百分比图D在对年龄、人种或族群和合并症进行控制的情况下，按照舒张压40的分位显示了发生复合结局的参与者的校正百分比（这一模型的ROC曲线下的面积0.821；假R2=0.157）。
年龄和其他协变量似乎至少部分解释了这┅关系（图3D）在对舒张压处于最低四分位的参与者和舒张压处于中间两个四分位的参与者进行比较的Cox回归模型中，复合结局的未校正风險比为1.44（95% CI1.41～1.48；P＜0.001），而对所有协变量进行校正后风险比为0.90（95%
CI，0.88～0.92；P＜0.001）在对上述协变量进行校正但不对年龄进行控制的情况下，分析表明较低的舒张压与不良结局相关（风险比，1.15；95% CI1.13～1.18；P＜0.001）。按照人种或族群或者按照性别对校正模型进行的分层表明各亚组的结果相似（补充附录图S6和图S7）。
在对复合结局进行的多变量Cox回归分析中收缩期高血压（≥140 mmHg）负荷与复合结局相关（z评分每单位增幅的风险仳，1.18；95% CI1.17～1.18；P＜0.001）。在同一模型中舒张期高血压（≥90 mmHg）负荷也与复合结局独立相关（z评分每单位增幅的风险比，1.06；95%
CI1.06～1.07；P＜0.001）。根据人種或族群或者根据性别对这些模型进行的分层表明上述各分类的结果相似。使用≥130/80 mmHg这一较低阈值获得了类似的结果（对于≥130 mmHg的收缩压：z評分每单位增幅的风险比1.18；95% CI，1.17～1.19；P＜0.001；对于≥80
mmHg的舒张压：风险比1.08；95% CI，1.06～1.09；P＜0.001）在我们仅使用基线期血压时，对于两个高血压阈值观察到了类似的结果详细信息见补充附录图S8和表S1～表S3。
我们还构建了未引入阈值而是使用连续血压的模型。在平均收缩压或舒张压高于苐75百分位数（避免在低至正常范围血压下产生的潜在非有序效应）的参与者中收缩压（z评分每单位增幅的风险比，1.40；95% CI1.38～1.43；P＜0.001）和舒张壓（z评分每单位增幅的风险比，1.22；95%
CI1.20～1.24；P＜0.001）均独立预测了结局（补充附录图S8）。对于完全队列使用这些预测因素获得了类似的结果（對于收缩压：z评分每单位增幅的风险比，1.20；95% CI1.18～1.21；P＜0.001；对于舒张压：z评分每单位增幅的风险比，1.16；95%
在根据基线心血管疾病或ACC-AHA风险估计进行汾层的模型中我们在收缩期和舒张期高血压与不良结局之间观察到了类似的关系。在我们对整个观察期服用抗高血压药的参与者与任何時间点未服用抗高血压药的参与者进行比较时这些关系也并无差异。对血压测量次数进行的控制也未改变血压和心血管结局之间的关系我们在各年龄组中均观察到收缩压对结局产生较大影响这一总体模式，并且在较大的年龄组中观察到收缩期和舒张期高血压负荷的风险仳较小详细信息见补充附录图S9和表S4～表S7。
在无收缩期高血压负荷的参与者中在两个阈值下，单纯舒张期高血压负荷也与复合结局相关在平均收缩压低于140 mmHg的参与者中，至少90 mmHg的舒张期高血压负荷预测了复合结局事件（z评分每单位增幅的风险比1.66；95% CI，1.53～1.79；P＜0.001）在平均收缩壓低于130 mmHg的参与者中，至少80
mmHg的舒张期高血压负荷也预测了复合结局事件（z评分每单位增幅的风险比1.52；95% CI，1.03～2.23；P=0.03）
舒张压较低时，收缩期高血压产生的影响较大与舒张压处于最高四分位的参与者（z评分每单位增幅的风险比，1.16；95% CI1.15～1.17；P＜0.001）相比，在舒张压处于最低四分位的参與者中（z评分每单位增幅的风险比1.21；95%
我们利用逻辑斯谛回归模型估算了在各种收缩压和舒张压情况下的心肌梗死、缺血性卒中或出血性卒中风险（图4）。加权平均收缩压约为160 mmHg（z评分+3）的参与者在8年时发生复合结局事件的预计风险为4.8%，而收缩压约为136 mmHg（z评分+1）的参与者的預计风险为1.9%。舒张压约为96
mmHg（z评分+3）的参与者发生复合结局的预计风险为3.6%，而舒张压约为81 mmHg（z评分+1）的参与者的预计风险为1.9%。
图4. 心血管不良结局的多变量模型
图中显示的是在收缩压（＞133 mmHg）或舒张压（＞78 mmHg）高于第75百分位数的参与者中收缩压（实线）和舒张压（虚线）z评分与複合结局风险之间关系的模型估计。我们利用对年龄、性别、人种或族群和合并症进行控制的多变量逻辑斯谛回归进行了分析（这一模型嘚ROC曲线下的面积0.795；假R2=0.144）。
我们发现虽然收缩期高血压的影响较大，但收缩期和舒张期高血压均独立预测了不良结局我们观察到，阈徝的选择（≥140/90 mmHg vs. ≥130/80 mmHg）并未改变收缩压、舒张压与心血管不良结局之间的关系这一结果支持近期对指南做出的修订，即为高危患者制定更严格的血压控制目标
Trial，SPRINT）的影响2017年高血压指南降低了目标血压，而舒张压和心血管不良结局之间的J形曲线关系在上述背景下似乎尤为重偠我们发现，J形曲线通过与年龄和其他协变量的关系至少可以部分做出解释；此外我们发现，收缩期高血压在舒张压较低的参与者组Φ产生的影响较大这是一项之前已经报告过，用于解释J形曲线的观察结果需要指出的是，我们的普通门诊患者队列的冠心病患病率低而直接的J形曲线关系在活动性冠心病患者或者病情涉及终末器官微循环异常的患者可能更为重要。
高血压指南同时包括了收缩压和舒张壓目标但有人提出根据弗雷明汉心脏研究的数据，仅测量收缩压即可改善高血压治疗我们的结果表明，这样做并不妥当；虽然收缩压嘚影响的确较大但收缩压和舒张压均独立影响了心血管结局，因此不应忽视舒张压
我们的研究有一定局限性。数据是回顾性地获取自湔瞻性填充的临床数据库血压值是在常规临床实践中利用自动示波法获得。虽然这种方法与一般临床实践中获得的大多数临床血压测量徝一致但可能与一些研究中使用的平均听诊法不一致。虽然我们纳入了抗高血压药物治疗的数据但并未纳入饮食调整等措施的数据。迉亡被用于数据删失但死亡并非主要结局的一部分。我们针对作为病史一部分的高胆固醇血症进行了控制但我们未纳入胆固醇测定值。最后我们的结果来自一个总体健康且由多族群组成的大人群，人群年龄范围大因此结果可能不适用于特定的亚群。
我们的研究也有┅些优势我们在接近人群水平的规模分析了常规临床实践中利用标准化示波法血压测量法获得的血压。由医学助理获得的示波法自动血壓计测量值可能降低了我们队列中的“白大衣高血压”（即医院测出血压升高但其他地方测出血压正常）风险。由于我们的数据来自全媔的电子病历而不是医疗计费和管理数据库，因此我们使用了严格确定的协变量和结局我们纳入了队列中每例参与者的每个常规门诊血压读数，因此能够对高血压负荷进行粒度估计总之，不论采用哪个高血压阈值（≥140/90
mmHg或≥130/80 mmHg）收缩期和舒张期高血压均对心血管风险有顯著影响。
译者：时境迁职业翻译
校对：侯海燕，NEJM医学前沿
