生态安全阈值研究述评与展望

王世金，魏彦强

(1.中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；2.中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省遥感重点实验室，甘肃 兰州 730000)

生态安全阈值研究述评与展望

王世金1，魏彦强2

(1.中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；2.中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省遥感重点实验室，甘肃 兰州 730000)

随着全球变化的加剧，生态环境不断受到干扰和损害，生态安全问题日益突出。21世纪以来，生态系统风险或安全评估已成为全球变化和生态学研究的国际前沿和热点，其不同尺度不同类型生态安全阈值的判别和认知是生态系统风险或安全评估的关键和核心，更是全球变化胁迫下生态系统适应性管理的基础。本研究以生态系统不同胁迫要素为切入点，对生态安全阈值研究理论与实践发展进行了综述，大量文献显示通过提高生态安全阈值的判别和预估水平，不仅可揭示生态系统稳态转化与气候变化、碳氮循环、土地和草地利用、区域政策制度等胁迫因子的相互作用关系，而且对于退化生态系统修复及其生态环境保护与管理意义重大。当然，鉴于不同胁迫因子及其不同类型生态系统结构健康性及服务功能可持续性判别的复杂性，生态安全阈值厘定和预测能力极为有限，仍存在很大不确定性。

生态系统；安全阈值；述评与展望

生态安全一般有广义和狭义的两种理解。狭义生态安全是指生态系统自身安全，包括生态系统初级生产力、结构与功能、生物多样性、生态承载力等。广义生态安全是除自身安全外的生态系统服务功能可持续状况，包括气候及水文调节、养分循环、水源净化、水土保持、水源涵养、防风固沙、光合固碳氮、食物及资源供给、环境净化、生态旅游及文化娱乐功能及作用等[1]。总体上，生态安全与生态系统结构健康状态及其服务功能可持续性之间存在内在联系。生态系统结构的健康、完整性是生态系统自身安全的关键，更是生态系统为人类提供服务的基础，生态系统服务功能的可持续性则在很大程度上由生态系统自身结构得以表征。

随着全球生态环境的恶化和可持续发展问题的日益突出，21世纪以来，生态系统风险或安全评估已成为全球变化和生态学研究的国际前沿和热点。特别地，近期“未来地球”国际计划将地球生命承载力极限与临界点研究作为其重要的研究问题之一，强调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[2]。国内外许多学者从不同角度对生态安全基本概念及内涵进行了系统阐述，并基于不同尺度对其不同生态系统安全风险进行了评估[3-5]。为维护国家或区域生态安全，我国已将“生态红线”制度和“生态文明”建设上升为国家战略[6-7]。生态系统面临风险强度及时空格局的系统评估是全球变化背景下生态系统风险适应性管理的基础，而生态安全阈值的判别和厘定则是生态系统风险或安全评估的关键和核心[8]。目前，国内外生态安全阈值研究方兴未艾[9-13]。20世纪70年代以来，随着生态安全内涵及外延的扩展，生态安全阈值理论也不断受到生态学和经济学界与政界的广泛关注，其研究已经在不同尺度、不同生态系统类型广泛开展，其概念、研究方法及实践应用也在不断完善之中。通过提高生态系统安全阈值的判别水平，不仅可揭示生态系统安全阈值与气候变化及土地利用、放牧活动和政策制度等影响因子间的相互作用关系，而且对于发展和完善生态系统科学管理体系也具有一定理论意义。

1 生态安全阈值内涵

20世纪70年代，May[14]对生态系统多稳态转换与阈值的描述，首次提出生态阈值概念，认为阈值反应生态系统可能发生状态变化的临界点。Westoby等[15]亦认为生态系统存在多个不平衡状态, 而这些状态之间具有一定阈值。Friedel[16]认为生态阈值是生态系统两种不同状态在时空上的界限。在没有管理干预背景下，在实际时间尺度上，两种生态系统状态的时空界限是不可逆转的。Schaeffer等[17]提出生态系统功能阈值，认为人类对环境资源的开发利用和社会经济的发展不能超过此阈值。Brown等[18]认为生态阈值的确定旨在低投入条件下能够可持续性地管理森林、灌木和草地，从而获得最大生态和经济收益。Muradian[19]定义生态阈值为独立生态变量的关键值，在此关键值前后生态系统发生一种状态向另一种状态的转变。Wiens等[20]认为生态阈值是生态系统的转变带，而非一系列的离散点。国际性学术组织“恢复力联盟”(Resilience Alliance)定义生态阈值为生态系统的不同生态特性、功能状态之间的分歧点[21]。Larsson[22]在研究草地水资源的分配时指出，生态阈值决定环境质量和生物的数量与物种数目。Bennett等[23]认为生态阈值是生态系统从一种状态快速转变为另一状态的某个点或一段区间，推动这种转变的动力来自某个或多个关键生态因子微弱的附加改变。Kinzig等[24]认为持续的外来胁迫会降低生态系统的恢复力，从而使其超过阈值的范围并发生稳态转换。李和平等[25]认为生态阈值是一个生物或生态系统与环境相对应的一系列质变点和由此发生的质变轨迹，而不只是死亡或存活的临界点，可以是“点”、“线”或“面”。Scheffer等[26]认为生态阈值是复杂生态系统中生态系统发生崩溃或者积极方向改变的临界点。Larsen等[27]认为生态阈值代表了生态过程或参数发生突变的一个点，此突变点响应于一个驱动力相对较小的变化。生态系统状态变化与环境压力(驱动力)之间存在3种假定关系，前一种为线性关系(图1a)，后二者为非线性(突变)关系，且后二者过程为可逆过程(图1b，c)。

图1 在环境变化或人为干扰条件下生态系统状态变化的假设轨迹[27]Fig.1 Hypothetical trajectories of change in the ecosystem state as a function of changes in environmental conditions or anthropogenic disturbance 生态状态反映了一种生态系统的特性，如物种多样性、生物量产量及其一些所需的生态系统服务。其中，a显示了一种线性响应，且无阈值发生。b显示仅当一个特定环境阈值(向下的粗箭头)到达时生态系统将产生一个戏剧性变化，且这个变化是可逆的，并且将伴随同一路径。c显示生态系统变化轨迹(实线)和恢复轨迹(虚线)具有不同路径，即具有滞后效应。 Ecological state indicates an ecosystems’ properties such as species diversity, biomass production, or some desired ecosystem service. In a the response is linear and shows no threshold behaviour. In b the ecosystem shows a dramatic response only when a specific threshold is reached (thick downward arrow). In this model the change is reversible and will follow the same path. In c the ecosystem shows a hysteretic response, where the trajectories of change (continuous line) and recovery (dashed line) follow different paths.

国内外生态阈值概念描述不同，缺乏统一定义，其主要原因是不同尺度不同类型生态系统平衡状态很难确定, 同时涉及生态系统自身结构、功能以及外界胁迫因素过多，其安全阈值呈动态变化特征。然而，多数学者公认的是，生态系统具有一定自我调节和恢复性能，生态破坏一旦超过其自身恢复的“生态阈限”,生态系统则发生稳态转换[28]，其系统结构功能和稳定性则难以恢复至退化前的原始状态，其长期的恢复或修复将付出高昂代价。按划分标准的不同，其生态安全阈值类型各异。按生态系统突变和渐变转化原则，可将生态安全阈值划分为生态安全阈值点和生态安全阈值带。按评估对象的不同尺度和规模特征，可分为个体生态阈值、种群生态安全阈值、群落生态安全阈值、景观生态安全阈值、区域(流域)生态安全阈值及复合生态系统安全阈值等。按胁迫因子类型，可分为生态系统自身要素胁迫阈值、气候变化胁迫阈值、人类活动胁迫阈值、生源要素胁迫阈值以及多源要素胁迫阈值等。生态安全阈值大小取决于生态系统本身的结构(系统物种的多样性、等级层次、营养结构和联结方式)、功能(生产功能如第一性生产力、碳蓄积能力等)和成熟程度等。

2 生态安全阈值研究进展

以往生态阈值研究在草原、森林、湖泊、沼泽、湿地、河流、海洋等不同生态系统以及在个体、群落、景观、生态系统、区域(流域)等不同尺度开展了广泛研究，同时在物种保护、生态修复、生物多样性保护、生态管理等方面也做了大量研究，其进展显著，且通过建立不同的数学模型求解出系统中某一因子的生态安全阈值，从而判定相关系统的安全状态[29-34]。不同类型、不同尺度生态系统各胁迫因子相互作用、相互制约，各胁迫因子随时空变化而变化，当生态系统自身要素或环境胁迫因子变化(主要控制变量)超过一定阈限，将导致整个生态系统状态变量的巨大变化，这个阈限便是“胁迫阈限”(stress threshold)。本研究从生态阈值的胁迫对象出发，对生态安全阈值研究进行系统述评。

2.1 自身要素胁迫阈值

生态系统群落特征、物种丰富度、生物多样性、生物量等结构与系统服务功能安全之间相互作用，相互影响，共同构成生态系统安全体系。生态系统自身结构越完善，系统安全程度就越高，受外界胁迫影响就越小[35]。例如，Andre’n[36]认为在低于10%～30%的栖息地盖度下，鸟类和哺乳动物的物种丰富度会急剧下降。Hanski等[37]指出，栖息地丧失过程中存在一个阈值点，到达这一点时，种群灭绝概率将迅速升高，此“灭绝阈值”取决于有机体的繁殖率、离开栖息地的迁移率以及栖息地的环境状况等。在生态系统尺度上，大量实验已经证明了栖息地大小影响生物多样性的生态阈值的存在。当植被覆盖率下降到10%～30%范围内，会发生物种不呈比例的消失，其30%就是生境破坏的底线[38-39]。例如，外蒙古荒漠草原植被覆盖度低于30%[40]、福建红壤林地植被覆盖度低于20%时[41]，生态系统就会持续退化，自然状态下无法实现自我修复。Twardochleb等[42]认为，入侵种和捕食者之间的关系也受到各自种群密度的影响，新西兰蜗牛(Potamopyrgusantipodarum)入侵过程与其天敌小龙虾(Pacifastacusleniusculus)密度密切相关，在小龙虾密度较小(<0.2个/m2)环境下，蜗牛可以成功入侵，而当小龙虾密度超过0.2个/m2时，蜗牛则很难建群。同时，生态系统结构改变影响其生态服务功能。Tilman等[43]田间试验表明，提高生物多样性可以显著增加植物生产力和资源利用率。王秋生[44]通过植被控制土壤侵蚀模型得出乔木郁闭度大于0.3，灌草覆盖度大于40%可达到最佳水土保持效果。郭忠升[45]通过植被盖度与土壤流失量的关系式计算得出植被群落最大水土保持作用的临界盖度为80%。焦菊英等[46]认为黄土高原地区林草措施要发挥水土保持作用，林地有效覆盖度在最大坡度(35°)下为75.5%，相应的草地有效覆盖度为82.6%。另外，生态系统虫(鼠)等胁迫阈值的确定对其生态系统管理意义也很重大。生态阈值对于生态系统虫(鼠)害防御也具有重要作用。骆有庆等[47]研究表明，森林生态系统中杨树天牛的防治生态阈值为4.8个羽化孔，并指出对于以生态防护效益为主的防护林来说经济阈值具有局限性，而应以生态阈值作为害虫防治的参考依据。美国农业部及动植物健康检验局[48]对美国西部每年蝗虫成虫种群调查，认为蝗虫种群大于等于9.6头/m2时蝗虫暴发。廉振民等[49]对甘肃省祁连山东段草地蝗虫复合防治指标进行研究，指出在牧草受损量达到28头/m2时进行防治。韩崇选等[50]通过实验证实，啮齿动物主要危害10年以下幼树。徐满厚等[51]对单株梭梭(Haloxylonammodendron)整株危害程度与其冠下鼠洞总数进行数据拟合，得出二者呈指数函数关系，进而得到梭梭鼠害防治生态阈值鼠洞总数为5个/株。

2.2 气候变化胁迫阈值

未来50～100年，全球气候将继续向增暖的方向发展[52]，在未来气候变化情景下，全球变化对生态系统风险将进一步加剧。气温、降水和干旱对生态系统胁迫影响最为重要，这3个关键要素是确定生态安全阈值的重要指标，直接或间接影响着生态系统结构、功能及其植被群落的分布与组分[53-54]。温度变化直接影响植物光合、呼吸、蒸腾等生理作用。Bachelet等[55]采用生物地理模型(MAPSS)和动态全球植被模型(MC1)相结合模拟，结果表明，若温度升高4.5 ℃，将使美国主要生态系统面临干旱的威胁，并将此值定为温度影响生态系统的安全阈值。Scholze等[5]将16种不同GCM模式输入动态植被模型LPJ，对气候变化影响全球生态系统的风险评估表明：即使大气成分保持不变，在全球增暖情景下未来200年的生态风险将持续增加，尤其是增温>3 ℃时，21世纪全球碳汇转化为碳源的风险为44%，径流增加的风险(80%)大于减少。Scheffera等[56]揭示在不同气候状态下寒带(45°-70° N)森林覆盖频率分布存在明显的替代模式。在寒带北端和在干燥的大陆南端，无树苔原和干草原分别是该区唯一可能存在状态。当温度超过一个显著的中间范围，这些无树状态则与寒区森林(大约75%的森林覆盖率)和两个以上稀疏林地(大约20%和45%的森林覆盖率)共存。然而，中间森林覆盖率(大约10%、30%、60%的森利覆盖率)则比较少见，表明这3种状态可能是瞬时存在的不稳定状态。假如该推断正确，气候变化将引起寒带生物群落巨大的非线性变化。Cavanaugh等[57]利用1984-2011年多年遥感影像和气象数据证实，沿美国佛罗里达州东北海岸的红树林面积呈增加态势，在这个区域红树林面积的增加对应于极端冷事件频率的降低，并且确定-4 ℃为与温度相关的生态阈值，该结论暗示红树林区域景观规模的增加也许会在气温胁迫阈值超过-4 ℃的其他区域出现。气温直接影响水体温度，不同浮游植物其最适温度各不相同，大多数浮游植物最适生长温度在18～25 ℃之间，藻类优势种群随着温度的变化而改变[58]。Baker等[59]证实，区域海水表面温度0.1 ℃的上升已导致有记录以来珊瑚漂白区域数量35%的增加，而大规模珊瑚漂白事件即发生在0.2 ℃及以上温度海域。Li等[60]对干旱区生物土壤结皮中隐花植物多样性的维持机制进行了探讨，认为在区域尺度上，降水梯度决定着其种类的分布和盖度，如降水大于300 mm 的科尔沁和毛乌素沙区发育以藓类为优势的结皮，而在降水小于200 mm 的稳定沙丘发育以地衣为优势的结皮。Li等[61]研究发现：5和30 mm降水事件是荒漠区植被NDVI开始响应和发生较大响应的阈值。其中，>30 mm降水事件后NDVI的增长率是<30 mm降水事件的3～6倍。Phillips等[62]通过研究极端干旱气候事件影响亚马逊热带雨林生态系统固碳服务功能，结果表明：2005年夏天爆发严重干旱，林冠层发生巨幅改变、生物量大幅降低，碳损失达到1.2 Pg，对干旱胁迫非常敏感，碳截获能力降低。Wang等[63]对太湖地区氮磷湿沉降动态进行了研究，结果显示，太湖地区每年湿沉降输入全氮(TN)、全磷(TP)分别为30.2和1.1 kg/hm2，且所有降雨中溶解氮浓度均大于水体富营养化阈值，92.5%的降雨中溶解磷大于水体富营养化阈值。

2.3 生源要素胁迫阈值

生态系统生源要素包括水、光、风、氮、二氧化碳、磷、钾、钙、镁、硫、微量金属及其他资源。根据生境和物种的不同，其生源要素限制各异，其中陆地生境最普通的限制性生源要素为水分、盐分、养分[64]。对于生源要素胁迫阈值，国内外学者已在细胞、组织、器官和个体等不同尺度上开展大量研究。研究表明：水分对净初级生产力的调控是驱动生态系统功能的重要因素。李新荣等[65]认为干旱区植物细根季节动态明显受到土壤水分影响，如果土壤含水量低于2.75%(油蒿，Artemisiaordosica)和2.60%(柠条，Caraganakorshinskii)左右时，油蒿或柠条根系将在一个月后出现生长高峰，然而高于该值时，根系均不会出现高峰值，说明这一含水量可能是细根生长采取不同生态策略的阈值。崔保山等[66]分析了黄河三角洲盐地碱蓬(Suaedaglauca)对水埋深和土壤盐分环境梯度变化的响应，结果显示，盐地碱蓬生长的最佳水位埋深约为-0.42 m，其最适生态阈值区间在-0.67～-0.17 m。王摆等[67]利用高斯模型定量，计算辽河三角洲大凌河口湿地生态系统翅碱蓬种群沿土壤水分和盐分的生态阈值，认为翅碱蓬最适土壤盐分生态阈值区间为8.58～15.70 g/kg，最适土壤水分生态阈值区间为40.92%～78.72%。张华兵等[68]以江苏省盐城海滨湿地典型区域为案例，确定了海滨湿地芦苇(Phragmitescommunis)沼泽、碱蓬、米草(Spartina)、光滩景观土壤水分和盐度的阈值分别为<42.33%和<0.75%、38.84%～46.60%和0.40%～1.31%、>39.48%和>0.40%、>41.55%和>0.66%。

除水分、养分、盐分外，碳氮磷也是影响自然生态系统稳定性和物种多样性的关键要素。一般认为，大气CO2浓度上升及由此而引起的全球变化被认为将促进植物生产力和生物量的增加，CO2浓度上升对植物将起着“肥效”作用，但增幅超过一定阈值，固碳功能将随之减小。Taub等[69]实验研究表明，CO2浓度的提高在一定程度上增强了植物对高温的适应性，提高了其引起生理活性衰变的阈值。氮沉降的增加能在短期内提高植物地上部生物量，但其长期效应却是引起生物多样性下降和生态系统功能的退化[70-71]。在欧洲，基于量化阈值相关的生态系统功能的具体变化，氮沉降临界载荷已被设定在了不同生态系统。例如，基于地面植物变化的考虑，石灰岩区森林(calcareous forests)氮沉降阈值基本上被设定为15～20 kg N/(hm2·年)，而基于植物多样性损失考虑的中等营养沼泽氮沉降阈值则基本上被设定为20～30 kg N/(hm2·年)[72]。研究表明，不同区域不同类型生态系统氮沉降对生物多样性产生显著影响的阈值。目前，氮沉降对各种生态系统产生显著影响的临界值或阈值成为国际关注热点[73]。Clark等[74]发现，北美温带草原氮沉降对生物多样性产生显著影响的阈值更低，即氮沉降升高10 kg N/(hm2·年)会导致草原物种数减少17%。Bai等[75]通过长期氮素添加实验，研究不同组织水平(植物种、功能群、群落)上氮素添加对内蒙古典型草原成熟和退化草地群落生物多样性和生态系统功能的影响，发现我国内蒙古温带草原氮素升高引起草原物种数显著下降的临界值为17.5 kg N/(hm2·年)，达到饱和的氮素添加量105 kg N/(hm2·年)。李艾芬等[76]对浙江省茶叶主产区159个样点土壤分析表明，土壤有效磷超过55 mg/kg时，土壤水溶性磷和磷的释放潜力迅速增强，建议把该值作为茶园土壤磷肥施用限制的参考指标。

2.4 人类活动胁迫阈值

生态系统结构及功能的稳定性需要人类活动进行适当调控。然而，人类活动干扰强度过大时，生态系统安全将受到很大影响[77-78]。人类活动包括土地利用、草地利用、重大工程(如交通干线、输油管道、大坝、退田还湖等)、农林牧副渔产业、旅游活动、污染等。Reid[79]曾开展全球生态系统健康调查，结果显示，人类活动对地球生态系统构成了潜在威胁。特别是在人为活动占优势的景观内，不同土地、草地利用方式和强度产生的生态影响具有区域性和累计性特征，并可直观地反映在生态系统的结构和组成上。Noy-Meir[80]、Schwinning等[81]利用生态阈值确定了草原生态系统自我维持、保持相对平衡状态时供应反刍动物取食的阈值是可利用草地面积的5%，这为人类活动干预下草原退化与恢复演替的研究，特别为确定天然草原放牧强度的生态阈值提供了依据。Westman[82]通过利用原油对沼泽草地做多次处理，发现原油对草地胁迫时间越长，会出现一个使得草地无法恢复的阈值。Cooper等[29]以草地生态系统生态因子及社会经济因素相互作用为关联基础，用数学模型评价了草地生态系统在连续放牧条件下得以维持基本生态功能的生态阈值。Newman等[83]、Hose等[84]利用累积概率分布函数拟合污染物的毒理学数据，建立其物种敏感性分布曲线(即，物种敏感性分布法，SSD)，依据不同的保护程度(风险水平)获取曲线上不同百分点所对应的浓度值作为基准值(即生态安全阈值)。Hughes等[85]研究发现，因受人类过度捕捞，水质下降，大量食草性鱼类消失，导致大量海藻的剧烈产生，严重抑制珊瑚的发育、补充和生存，从而使世界范围内珊瑚礁经历了相移交替和退化组合过程。另外，生态阈值及其相关景观稳定性总体上由社会经济生态系统(SES)共同决定，特别是制度变迁对生态安全阈值强迫巨大[86]。因此，生态系统利益相关者(人类活动)在预防生态系统恢复力和稳态转变中起着重要的作用。

2.5 多源要素胁迫阈值

一个处于稳定状态的生态系统到另一个状态会存在一个明显的变化，这个变化出现的阈值不一定是单个影响因素造成，而是多个因素综合的结果。例如，增温同时减少降水能显著增加生态系统CO2的排放，增加碳的丢失，而增温和增加降水之间存在非叠加的耦合效应且对生态系统结构和过程影响显著[87]。温度的升高对N2O产生和排放的生物学过程也有着重要影响，增温显著增加了森林土壤N2O的排放，强度甚至达到了两倍[88]。增温能减少积雪覆盖影响土壤冻融过程进而影响N2O排放，尤其是冻土生态系统。氮沉降促进土壤硝化和反硝化过程，向陆地表面输入1000 kg活性氮，就能产生10～50 kg N2O[89]。李和平等[25]针对内蒙古毛乌素沙地典型荒漠化草原区，基于水资源-草地生态-社会经济复合系统耦合机理，综合考虑水资源对地区人口、资源、环境和经济协调发展的支撑能力，应用目标规划法建立区域性“水-草-畜”系统平衡优化决策数学模型，提出了研究区草地生态系统管理的阈值水平。梁铭忠等[90]对广西都安瑶族自治县的6个乡镇石漠化程度演变进行研究，运用回归统计原理和数学拟合方法建立胁迫阈值模型，结果显示，人均GDP阈限值最大，其次为植物群落结构、社会综合指标、土壤综合指标、植被综合指标以及植被覆盖率，说明这些胁迫因子使石漠化程度类型从量变到质变的过程相对较长。

3 研究述评

总体上，国内外生态安全阈值理论在生物多样性与生态系统功能、全球变化与生态系统响应，以及在生态建设、生态恢复与保护、环境管理、物种保护、栖息地管理、生态系统适应性管理等应用方面取得了很大进展[91-95]。生态阈值的判别方法，主要有个体与群落小尺度上单要素观测与实验、对比分析、回归统计，以及基于景观、生态系统、区域及其全球大尺度多要素的生态过程模型、综合评价方法、景观格局模型、系统动力学模型等[96-98]。纵观国内外研究进展，生态系统干扰因素频度高、外界环境变化快，其时空动态趋势具有复杂性、非线性、多稳态性，动态预测难度较大，其生态安全阈值的确定始终都是一个难点，至今无一有效评价方法和模型。已有生态安全阈值多参照已有相关标准值或直接依据现状值进行估算，忽略了阈值时空动态性特征，且以此为参考标准确定阈值存在一定主观性。以往生态系统安全阈值研究多针对小尺度单一要素展开，且多关注于特定生物种群或者特定监测指标，而利用生态过程模型与景观格局、气候模型、碳氮磷模型耦合或嵌套方法对大尺度生态系统多要素安全阈值的判定相对较少，且未得到足够重视。同时，基于关键物种、群落、生态系统、区域多尺度生态安全阈值判别的综合集成研究仍处于空白状态。特别地，目前大部分生态阈值的实验观测都局限于对已发生稳态转换的分析，无法对预期发生的生态系统稳态转换进一步变化做出判定、预测和预警。

4 展望

不同生态系统不同生态因子相互作用复杂，气候及人类活动胁迫因子同样复杂，加之多种因子间的相互作用和制约，生态安全阈值的性质及其在不同空间尺度上的表现等方面仍存在很大不确定性。当然，不管当时气候变化是否能导致阈值转变，以及外界环境驱动因子异常组合怎样能影响这些阈值转变的可能性，但生态安全阈值研究对于理解外界环境胁迫怎样影响生态系统结构、恢复力、服务功能方面具有重要作用。

随着气候变化、碳氮循环、人类活动等环境因子的改变，我国生态系统植被分布格局和稳定性等正发生急剧变化，生态系统物种、生长形态组成、空间植被分布、入侵物种现状等的改变，以及生态阈值发生后优势种的消失均将逆转其生态阈值。如何厘定气候变化及人类活动双重胁迫下不同尺度生态系统的动态安全阈值，如何将小尺度生态安全阈值转换至大尺度区域生态系统风险评估，是正确评估区域生态系统风险及其时空格局的关键环节。

总体而言，生态管理者必须同时考虑在稳定状态内两个连续性植被动态以及在多状态内不连续性的植被变化(安全阈值)。在稳定状态内，植被管理可使资源健康，以更改阈值的发生。特别地，完全由偶发事件驱动的植被动态变化，人们往往忽视，从而降低了对其适应性管理的动机。因此，不仅加强小尺度生态系统单要素胁迫因子和生态因子的长期监(观)测，还要加强偶发事件驱动的不同尺度不同时空生态系统稳态变化态势的监(观)测、预警以及模拟研究。在模拟过程中，要加强外界胁迫因子对不同尺度生态系统的影响机制研究，以及生态系统状态对这些胁迫因子的响应机理，以提高模拟模型的结果精度与普适性。另外，生态安全主要围绕区域和国家乃至全球宏观生态问题的产生而提出。因此，生态安全阈值的研究必须立足于大尺度生态问题。通过加强各站点单要素监测或观测力度，力求使站点单要素生态阈值精确化，通过尺度转换方法，以宏观生态学理论为指导，将站点生态阈值与区域生态安全阈值结合起来，强调不同尺度生态安全阈值的综合集成。

References:

[1] Fu B J, Lv Y H, Gao G Y. Major research progresses on the ecosystem service and ecological safety of main terrestrial ecosystems in China. Chinese Journal of Nature, 2012, 34(5): 261-272. 傅伯杰, 吕一河, 高光耀. 中国主要陆地生态系统服务与生态安全研究的重要进展. 自然杂志, 2012, 34(5): 261-272.

[2] Future Earth. Future Earth initial design: Report of the transition team. Paris, FRA: International Council for Science (ICSU)[EB/OL]. (2014-12-26). http://www.icsu.org/future-earth/mediacentre/relevant_publications.

[3] Xiao D N, Chen W B, Guo F L. On the basic concepts and contents of ecological security. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002, 13(3): 355-358. 肖笃宁, 陈文波, 郭福良. 论生态安全的基本概念和研究内容. 应用生态学报, 2002, 13(3): 355-358.

[4] Li W H. Ecological Ecurity and Ecological Construction[M]. Beijing: China Meteorological Press, 2002. 李文华. 生态安全与生态建设[M]. 北京: 气象出版社, 2002.

[5] Scholze M, Knorr W, Arnell N,etal. A climate-change risk analysis for world ecosystems. PNAS, 2006, 103: 13116-13120.

[6] Gao J X. Ecological protection red line: “Lifeline” of maintain ecological safety. Environment Protection, 2014, (6): 18-21. 高吉喜. 生态保护红线：维护国家生态安全的“生命线”. 环境保护, 2014, (6): 18-21.

[7] Zhang X S. Ecological restoration is the core of ecological civilization construction. Chinese Science: Life Sciences, 2014, 44(3): 221-222. 张新时. 生态重建是生态文明建设的核心. 中国科学: 生命科学, 2014, 44(3): 221-222.

[8] Andersen T, Carstensen J, Hernandez-Garcia E,etal. Ecological thresholds and regime shifts: approaches to identification. Trends in Ecology and Evolution, 2009, 24: 49-57.

[9] Soltania A, Khooieb F R, Ghassemi-Golezanib K,etal. Thresholds for chickpea leaf expansion and transpiration response to soil water. Field Crops Research, 2000, 68: 205-210.

[10] Mitchell R A C, Mitchell V J, Lawlor D W. Response of wheat canopy CO2and water gas exchange to soil water content under ambient and elevated CO2. Global Change Biology, 2001, 7: 599-611.

[11] Toms J D, Lesperance M L. Piecewise regression: a tool for identifying ecological thresholds. Ecology, 2003, 84: 2034-2041.

[12] Huggett A J. The concept and utility of ecological thresholds in biodiversity conservation. Biological Conservation, 2005, 124: 301-310.

[13] Haffmann W A, Geiger E L, Gotsch S Q,etal. Ecological thresholds at the savanna-forest boundary: how plant traits, resources and fire govern the distribution of tropical biomes. Ecological Letters, 2012, 15: 759-768.

[14] May R M. Thresholds and breakpoints in ecosystems with a multiplicity of stable states. Nature, 1977, 269: 471-477.

[15] Westoby M, Walker B, Noy-Meir I. Opportunistic management for rangelands not at equilibrium. Journal of Range Management, 1989, 42: 266-274.

[16] Friedel M H. Range condition assessment and the concept of thresholds: a view point. Journal of Range Management, 1991, 44(5): 422-426.

[17] Schaeffer D J, Cox D K. Establishing ecosystem threshold criteria[M]//Norton B G, Costanza R, Haskell B. Ecosystem Health: New Goals for Environmental Management. Washington D.C.: Island Press, 1992: 157-169.

[18] Brown J R, Herrick J. Managing low output agro-ecosystems sustainably: the importance of ecological thresholds. Canadian Journal of Forest Research, 1999, 29(7): 1112-1119.

[19] Muradian R. Ecological thresholds: a survey. Ecological Economics, 2001, 38: 7-24.

[20] Wiens J A, Van Horne B, Noon B R. Integrating landscape structure and scale into natural resource management[M]//Liu J, Taylor W W, Eugene P,etal. Integrating Landscape Ecology into Natural Resource Management.UK: Cambridge University Press, 2002: 23-67.

[21] Walker B H and Meyers J A. Thresholds in ecological and social-ecological systems: a developing database. Ecology and Society, 2004, 9(2): 3.

[22] Larsson H. Water distribution, grazing intensity and alterations in vegetation around different water points, in Ombuga Grassland, Northern Namibia. Minor Field Studies International Office, Swedish University of Agricultural Sciences, 2003, (225): 540.

[23] Bennett A, Radford J. Know your ecological thresholds. Thinking Bush, 2003, 2: 3.

[24] Kinzig A P, Ryan P, Etienne M,etal. Resilience and regime shifts: assessing cascading effects. Ecology and Society, 2006, 11(1): 20.

[25] Li H P, Shi H B, Guo Y Y,etal. Study on sustainable utilization of water-grass resources and ecological threshold of pastoral area. Journal of Hydraulic Engineering, 2005, 36(6): 693-699. 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): 693-699.

[26] Scheffer M, Carpenter S R, Lenton T M,etal. Anticipating critical transitions. Science, 2012, 338(6105): 344-348.

[27] Larsen S, Alp M. Ecological thresholds and riparian wetlands: an overview for environmental managers. Limnology, 2015, 16:1-9.

[28] Hastings A, Wysham D B. Regime shifts in ecological systems can occur with no warning. Ecology Letters, 2010, 13(4): 464-472.

[29] Cooper K D, Huffaker R, LoFaro T. The resilience of grassland ecosystems. The UMAP Journal, 1999, 20: 29-46.

[30] Liu Z K, Wang J W, Luo S M,etal. On the safety threshold of wetlands based on water ecological element-Taking wetlands in Sanjiang Plain as an example. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002, 13(12): 845-851. 刘振乾, 王建武, 骆世明, 等. 基于水生态因子的沼泽安全阈值研究——以三江平原沼泽为例. 应用生态学报, 2002, 13(12): 845-851.

[31] Groffman P M, Baron J S, Blett T. Ecological thresholds: The key to successful environmental management or an important. Ecosystems, 2006, 9: 1-13.

[32] Wang C L, Ning F G, Zhang J Q,etal. Determination of drought disaster risk threshold value of various growth stages of maize in northwestern Liaoning Province. Journal of Catastrophology, 2011, 26(1): 43-47. 王翠玲, 宁方贵, 张继权, 等. 辽西北玉米不同生长阶段干旱灾害风险阈值的确定. 灾害学, 2011, 26(1): 43-47.

[33] Hou D. Study on Succession and Ecological Thresholds of Natural Ecosystem in Yellow River Delta[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2011: 37. 侯栋. 黄河三角洲天然湿地生态系统演替及生态阈值研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2011: 37.

[34] Daily J P, Hitt N P, Smith D R,etal. Experimental and environmental factors affect spurious detection of ecological thresholds. Ecological, 2012, 93(1): 17-23.

[35] Maestre F T, Quero J L, Gotelli N J,etal. Plant species richness and ecosystem multifunctionality in global drylands. Science, 2012, 335: 214-217.

[36] Andre’n H. Effects of habitat fragmentation on birds and mammals in landscapes with different proportions of suitable habitat: a review. Oikos, 1994, 71: 355-366.

[37] Hanski I, Moilanen A, Gyllenberg M. Minimum viablemeta population size. American Naturalist, 1996, 147: 527-541.

[38] Lindenmayer D B, Luck G. Synthesis: Thresholds in conservation and management. Biological Conservation, 2005, 124: 351-354.

[39] Radford J Q, Bennett A F, Cheers G J. Landscape-level thresholds of habitat cover for woodland-dependent birds. Biological Conservation, 2005, 124: 317-337.

[40] Gao Y, Zhong B, Yue H,etal. 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: 1145-1154.

[41] Sasaki T, Kudoh J, Ebihara T,etal. Sequence analysis of filaggrin gene by novel shotgun method in Japanese atopic dermatitis. Journal of Dermatological Science, 2008, 51: 113-120.

[42] Twardochleb L A, Novak M, Moore J W. Using the functional response of a consumer to predict biotic resistance to invasive prey. Ecological Applications, 2012, 22: 1162-1171.

[43] Tilman D, Reich P B, Knops J M H. Biodiversity and ecosystem stability in a decade-long grassland experiment. Nature, 2006, 441(7093): 629-632.

[44] Wang Q S. Mathematical model for controlling soil erosion by vegetation and its application. Journal of Soil and Water Conservation, 1991, 5(4): 68-70. 王秋生. 植被控制土壤侵蚀的数学模型及其应用. 水土保持学报, 1991, 5(4): 68-70.

[45] Guo Z S. Research on effective cover rate and its determining method for soil and water conservation forest. Journal of Soil Erosion and Soil and Water Conservation, 1996, 2(3): 68-71. 郭忠升. 水土保持林有效覆盖率及其确定方法的研究. 土壤侵蚀与水土保持学报, 1996, 2(3): 68-71.

[46] Jiao J Y, Wang W Z, Li J. Effective cover rate of woodland and grassland for soil and water conservation. Acta Phytoecologica Sinica, 2000, 24(5): 608-612. 焦菊英, 王万中, 李靖. 黄土高原林草水土保持有效盖度分析. 植物生态学报, 2000, 24(5): 608-612.

[47] Luo Y Q, Zhu G W, Liu R G,etal. Preliminary study on ecological threshold of poplar longicorn beetle. Journal of Beijing Forestry University, 1999, 21(6): 45-51. 骆有庆, 朱广巍, 刘荣光, 等. 杨树大牛生态阈值的初步研究. 北京林业大学学报, 1999, 21(6): 45-51.

[48] USDA-APHIS (Animal and Plant Health Inspection Service-United States Department of Agriculture). Introduction of organisms and products altered or produced through genetic engineering which are plant pests or which there is reason to believe are plant pests. Federal Register, 1987, 52: 22892-22915.

[49] Lian Z M, Su X H. Research on integrated control index of pasture locusts. Journal of Plant Protection, 1995, 22(2): 171-175. 廉振民, 苏晓红. 牧场蝗虫复合防治指标的研究. 植物保护学报, 1995, 22(2): 171-175.

[50] Han C X, Yang X J, Wang M C,etal. A study on the ecological threshold in the forest bandicoot community management. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 20(1): 156-161. 韩崇选, 杨学军, 王明春, 等. 林区啮齿动物群落管理中的生态阈值研究. 西北林学院学报, 2005, 20(1): 156-161.

[51] Xu M H, Liu T, Jiang L. Study on the harm characteristics of rodents toHaloxylonammodendromand its control for ecological threshold value in the south of Gurbantonggut Desert. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2012, 26(60): 126-132. 徐满厚, 刘彤, 姜莉. 古尔班通古特沙漠南部梭梭鼠害特征及防治生态阈值研究. 干旱区资源与环境, 2012, 26(60): 126-132.

[52] IPCC. Summary for policymakers[M]//Stocker T F,Qin D, Plattner G K,etal. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2013: 5.

[53] Rebetez M, Dobbertin M. Climate change may already threaten scots pine stands in the Swiss Alps. Theoretical and Applied Climatology, 2004, 79(1/2): 1-9.

[54] Rutherford T A, Webster J M. Distribution of pine wilt disease with respect to temperature in North America, Japan, and Europe. Canadian Journal of Forest Research, 1987, 17: 1050-1059.

[55] Bachelet D, Neilson R P, Lenihan J M,etal. Climate change effects on vegetation distribution and carbon budget in the United States. Ecosystems, 2001, 4: 164-185.

[56] Scheffera M, Hirota M, Holmgren M,etal. Thresholds for boreal biome transitions. Pnas, 2012, 109(52): 21384-21389. doi:10.1073/pnas.1219844110/-/DCSupplemental.

[57] Cavanaugh K C, Kellner J R, Forde A J,etal. Poleward expansion of mangroves is a threshold response to decreased frequency of extreme cold events. PNAS, 2014, 111(2): 723-727.

[58] Su J Q, Wang Y X, Yang Z F. Lake eutrophication modeling in considering climatic factors change: A review. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(11): 3119-3201. 苏洁琼, 王摇烜, 杨志峰. 考虑气候因子变化的湖泊富营养化模型研究进展. 应用生态学报, 2012, 23(11): 3119-3201.

[59] Baker A C, Glynn P W, Riegl B. Climate change and coral reef bleaching: An ecological assessment of long-term impacts, recovery trends and future outlook. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2008, 80: 435-471.

[60] Li X R, He M Z, Zerbe S,etal. Micro-geomorphology determines community structure of biological soil crusts at small scales. Earth Surface Processes and Landforms, 2010, 35: 932-940.

[61] Li F, Zhao W, Liu H. The response of aboveground net primary productivity of desert vegetation to rainfall pulse in the temperate desert region of Northwest China. PLoS ONE, 2013, 8(9): e73003. doi:10.1371/journal.pone.0073003.

[62] Phillips O L, Aragão L E O C, Lewis S L,etal. Drought sensitivity of the Amazon Rainforest. Science, 2009, 323: 1344.

[63] Wang X Z, Yin W Q, Shan Y H,etal. Nitrogen and phosphorus input from wet deposition in Taihu Lake region: a case study in Changshu Agro-ecological Experimental Station. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(10): 2487-2492.

[64] Tilman D, Lehman C. Human-caused environmental change: Impacts on plant diversity and evolution. Pnas, 2001, 98(10): 5433-5440.

[65] Li X R, Zhang Z S, Huang L,etal. The artificial vegetation economic in desert of China—study on hydrological process and mutual feedback model. Chinese Science Bulletin, 2013, 58: 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: 397-410.

[66] Cui B S, He Q, Zhao X S. Ecological thresholds ofSuaedasalsato the environmental gradients of water table depth and soil salinity. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(4): 1408-1418. 崔保山, 贺强, 赵欣胜. 水盐环境梯度下翅碱蓬(Suaedasalsa)的生态阈值. 生态学报, 2008, 28(4): 1408-1418.

[67] Wang B, Han J B, Zhou Z C,etal. Ecological thresholds ofSuadeaheteropteraunder gradients of soil salinity and moisture in Daling River estuarine wetland. Chinese Journal of Ecology, 2014, 33(1): 71-75. 王摆, 韩家波, 周遵春, 等. 大凌河口湿地水盐梯度下翅碱蓬的生态阈值. 生态学杂志, 2014, 33(1): 71-75.

[68] Zhang H B, Liu H Y, LI Y F,etal. The studying of key ecological factors and threshold of landscape evolution in Yancheng Coastal wetland. Acta Ecologica 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.

[69] Taub D R, Seemann J R, Coleman J S,etal. Growth in elevated CO2protects photosyn thesis against high temperature damage. Plant, Cell and Environment, 2000, 23: 649-656.

[70] Dupre C, Stevens C J, Ranke T,etal. Changes in species richness and composition in European acidic grasslands over the past 70 years: the contribution of cumulative atmospheric nitrogen deposition. Global Change Biology, 2010, 16: 344-357.

[71] Song L, Bao X, Liu X,etal. Nitrogen enrichment enhances the dominance of grasses over forbs in a temperate steppe ecosystem. Biogeosciences, 2011, 8: 2341-2350.

[72] Emmett B A, Reynolds B. The role of models in addressing critical N loading to ecosystems[M]//Canham C D, Cole J J, Lauenroth W K. Models in Ecosystem Science. Princeton (NJ): Princeton University Press, 2003: 308-326.

[73] Payne R J, Dise N B, Stevens C J,etal. Impact of nitrogen deposition at the species level: implications for pollution policy. Pnas, 2013, 110(3): 984-987.

[74] Clark C M, Tilman D. Loss of plant species after chronic low-level nitrogen deposition to prairie grasslands. Nature, 2008, 451: 712-715.

[75] Bai Y F, Wu J G, Clark C M,etal. Tradeoffs and thresholds in the effects of nitrogen addition on biodiversity and ecosystem functioning: evidence from Inner Mongolia grasslands. Global Change Biology, 2010, 16: 358-372.

[76] Li A F, Tao G C, Zhang M K. Accumulation and threshold values leaching of phosphorus in vegetable soils in major tea producing areas of Zhejiang province. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2014, (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): 31-33.

[77] Chapin F S, Robards M D, Huntington H P,etal. Directional changes in ecological communities and social-ecological systems: a framework for prediction based on Alaskan examples. American Naturalist, 2006, 168(Suppl 6): 36-49.

[78] Liu J G, Dietz T, Carpenter S R,etal. Complexity of coupled human and natural systems. Science, 2007, 317: 1513-1516.

[79] Reid W. The state of the planet. Nature, 2002, 417: 112-113.

[80] Noy-Meir I. Stability of grazing systems: an application of predator-prey graphs. Journal of Ecology, 1975, 63(2): 459-481.

[81] Schwinning S, Parsons A J. The stability of grazing systems revisited: spatial models and the role of heterogeneity. Functional Ecology, 1999, 13: 737-747.

[82] Westman W E. Ecology, Impact Assessment, and Environmental Planning[M]. New York: John Wiley and Sons, 1985: 532.

[83] Newman M C, Ownby D, Mezin L C A,etal. Applying species-sensitivity distributions in ecological risk assessment: Assumptions of distribution type and sufficient numbers of species. Environmental Toxicology and Chemistry, 2000, 19: 508-515.

[84] Hose G C, Vandenbrink P J. Confirming the species-sensitivity distribution concept for Endosulfan using laboratory, mescom, and field data. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2004, 47: 511-520.

[85] Hughes T P, Rodrigues M J, Bellwood D R,etal. Phase shifts, herbivory, and the resilience of coral reefs to climate change. Current Biology, 2007, 17: 360-365.

[86] Horan R D, Fenichel E P, Drury K L S,etal. Managing ecological thresholds in coupled environmental-human systems. Pnas, 2011, 108(18): 7333-7338.

[87] Ciais P, Reichstein M, Viovy N. Europe-wide reduction in primary productivity caused by the heat and drought in 2003. Nature, 2005, 437: 529-533.

[88] Groffman P M, Hardy J P, Driscoll C T,etal. Snow depth, soil freezing, and fluxes of carbon dioxide, nitrous oxide and methane in a northern hardwood forest. Global Change Biology, 2006, 12: 1748-1760.

[89] Crutzen P J, Mosier A R, Smith K A,etal. N2O release from agro-biofuel production negates global warming reduction by replacing fossil fuels. Atmospheric Chemistry and Physics, 2007, 7(4): 11191-11205.

[90] Liang M Z, Hu B Q, Liao C M,etal. Study on relation between evolution and its stress factors of karst rocky desertification and its stress threshold value model—Taking du’an of Guangxi as an example. Research of Agricultural Modernization, 2011, 32(4): 492-497. 梁铭忠, 胡宝清, 廖赤眉, 等. 喀斯特石漠化演变胁迫变化关系及胁迫阈值模型研究——以广西都安为例. 农业现代化研究, 2011, 32(4): 492-497.

[91] Liu J, Taylor W W. Integrating Landscape Ecology into Natural Resource Management[M]. UK: Cambridge University Press, 2002: 23-67.

[92] Drinnan I N. The search for fragmentation thresholds in a southern Sydney suburb. Biological Conservation, 2005, 124: 339-349.

[93] Suding K N, Hobbs R J. Threshold models in restoration and conservation: a developing framework. Trends in Ecology and Evolution, 2009, 24(5): 271-277.

[94] Samhouri J F, Levin P S, Ainsworth C H. Identifying thresholds for ecosystem-based management. PLoS ONE, 2010, 5(1): doi:10.1371/journal.pone.0008907.

[95] Zhao H X, Wu S H, Jiang L G. Review on recent advances in ecological threshold research. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27(1): 338-345. 赵慧霞, 吴绍洪, 姜鲁光. 生态阈值研究进展. 生态学报, 2007, 27(1): 338-345.

[96] Wang Y J, Zhang X P. Pilot study of the theory of ecological threshold. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(12): 282-286. 王永杰, 张雪萍. 生态阈值理论的初步探究. 中国农学通报, 2010, 26(12): 282-286.

[97] Fragoso C R, Marques D M L, Ferreira T F,etal. Potential effects of climate change and eutrophication on a large subtropical shallow lake. Environmental Modelling & Software, 2011, 26: 1337-1348.

[98] Afshar A, Saadatpour M, Marino M A. Development of a complex system dynamic eutrophication model: application to Karkheh Reservoir. Environmental Engineering Science, 2012, 29: 373-385.

Overview and prospects for ecological safety threshold research

WANG Shi-Jin1, WEI Yan-Qiang2

1.StateKeyLaboratoryofCryosphericSciences,NorthwestInstituteofEco-EnvironmentandResources,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,China; 2.KeyLaboratoryofRemoteSensingofGansuProvince,NorthwestInstituteofEco-EnvironmentandResources,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,China

With global change intensifying, the ecological environment has been disturbed and damaged, resulting in increasingly evident ecological security problems. During the 21st century, ecosystem risk (or safety) assessment has become an internationally recognized discipline at the forefront of global change and ecology research. A key object of ecological safety research is to identify and understand the tolerance threshold of the different types of ecosystems at various scales and the processes of adaptive management of ecosystems under global change stress. This paper takes the different elements affecting ecosystems as the starting point to review the theory and application of the ecological safety threshold concept. The literature reveals the interrelationship between ecological steady-state processes and perturbations of climate change, impacting on carbon and nitrogen cycles, with a consequent need for changes to land and grassland use, and regional policy regimes, among others. Furthermore, improving detection of ecological safety thresholds in major ecosystems and the precision of forecasts about their behavior is pivotal to restoration of degraded ecosystems and the protection and management of the ecological environment. Because of the complexity of the changes to ecosystem processes induced by the various stress factors, and gaps in knowledge about the processes themselves, especially in relation to defining health and sustainability in different types of ecosystem, the determination and predictive capability pertaining to the ecological safety threshold is currently very limited, and there is still great uncertainty.

ecosystem; safety threshold; overview and prospects

10.11686/cyxb2016075

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-03-03；改回日期：2016-04-07

国家自然科学基金委重大项目“中国冰冻圈服务功能形成过程及其综合区划研究”第三课题“中国冰冻圈过程与人文服务功能评估”(41690143)，国家自然科学基金委面上项目(41671058)，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所科技服务网络计划(HHS-TSS-STS-1501)资助。

王世金(1975-)，男，甘肃金昌人，副研究员。E-mail: xiaohanjin@126.com

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.

WANG Shi-Jin, WEI Yan-Qiang. Overview and prospects for ecological safety threshold research. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(1): 195-205.