Ecological thresholds: Concept,Methods and research outlooks

The concept of ecological thresholds was raised in the 1970s. However, it was subsequently given different definitions and interpretations depending on research fields or disciplines. For most scientists, ecological thresholds refer to the points or zones that link abrupt changes between alternative stable states of an ecosystem. The measurement and quantification of ecological thresholds have great theoretical and practical significance in ecological research for clarifying the structure and function of ecosystems, for planning sustainable development modes, and for delimiting ecological red lines in managing the ecosystems of a region. By reviewing the existing concepts and classifications of ecological thresholds, we propose a new concept and definition at two different levels: the ecological threshold points, i.e. the turning points of quantitative changes to qualitative changes, which can be considered as ecological red lines; the ecological threshold zones, i.e. the regime shifts of the quantitative changes among different stable states, which can be considered as the yellow and/or orange warning boundaries of the gradual ecological changes. The yellow thresholds mean that an ecosystem can return to a stable state by its self-adjustment, the orange thresholds indicate that the ecosystem will stay in the equilibrium state after interference factors being removed, whereas the red thresholds, as the critical threshold points, indicate that the ecosystem will undergo irreversible degradation or even collapse beyond those points. We also summarizes two types of popular Methods in determining ecological thresholds: statistical analysis and modeling based on data of field observations. The applications of ecological thresholds in ecosystem service, biodiversity conservation and ecosystem management research are also reviewed. Future research on ecological thresholds should focus on the following aspects: (1) methodological development for measurement and quantification of ecological thresholds; (2) emphasizing the scaling effect of ecological thresholds and establishment of national-scale observation system and network; and (3) implementation of ecological thresholds as early warning tools in ecosystem management and delimiting ecological red lines.     

退耕还林还草工程对陕北地区生态系统服务价值时空演变的影响

基于陕北地区1990、2000、2015年土地利用数据，运用单位面积生态系统价值当量因子法、格网法、探索性空间数据法（ESDA），分析了退耕还林还草工程实施前后生态系统服务价值（ESV）的空间分布和演化规律，探讨了退耕还林还草工程对ESV的影响。结果表明：（1）陕北地区退耕还林还草工程实施效果显著，工程实施后共有297066.15 hm2耕地转化为林地和草地，林草覆盖率由57.33%增长至60.50%。（2）退耕还林还草工程使得陕北地区ESV得到了显著提升。25年间陕北地区ESV共增加了32.82亿元，ESV在工程实施后比工程实施前多增加了5.93亿元，增长主要源于退耕引起林地和草地面积的增加。（3）ESV空间分布上呈显著的“南高北低”分布格局，并表现出正向的集聚性和依存性，ESV热点区和冷点区集聚效果明显，热点区集聚与林地、草地的空间分布相吻合，冷点区集聚与未利用地、耕地和建设用地的空间分布相吻合。（4）受退耕还林还草工程影响，陕北地区中部中等等级和次高ESV分布区域逐渐增大、次热点区空间集聚性逐渐增强，北部次低等级和低等级ESV分布区域逐渐减少、冷点区空间集聚性逐渐减弱。整体而言，陕北地区土地利用类型转移和ESV的增减变化与推行退耕还林还草工程在时间上相呼应、在空间上相匹配，退耕还林还草工程实施使得陕北地区生态环境得到了有效改善，ESV得到了显著提升。     

简谈农田防护林土壤改良效益与胁地现象的克服

本文综述农田防护林对土壤物理性质、土壤肥力状况、土壤微生物分布、土壤酶的活性、保土效应等方面的改良效益,提出了农田防护林带胁地现象产生的原因以及克服的措施,以期引起人们对农田防护林在改善农田生态环境方面的重视。     

尼泊尔生态系统质量评估与时空格局变化——基于参照条件的评估方法

良好的生态系统质量是维持人类社会供给需求和可持续发展目标实现的重要保障。针对尼泊尔自然地理环境复杂多样，区域间气候差异明显的特点，结合基于参照条件的评估方法可以得到生态系统质量的相对水平值，其结果能够反映出不同的变化信息。植被是区域生态系统质量变化的重要指示器，利用尼泊尔五大地理区以及四种主要植被生态系统类型划分出20个生态评估区，从表征植被生态系统的水平结构、生产功能和垂直结构3个方面计算生态参数相对密度指标（RVI），结合主成分分析法构建植被生态系统质量指数（VEQI），并以其国家自然保护区为参照，构建基于参照条件的生态系统质量评估模型，计算了尼泊尔2016和2020年基于参照条件的植被生态系统质量指数（VEQI''）并分析其生态系统质量的时空格局变化。结果表明：（1）2016至2020年，尼泊尔生态系统质量现实值VEQI的平均值增加了3.49%，总体上，在参照生态系统质量（VEQI_ref）提高（约1.41%）的背景下，生态系统质量相对水平值VEQI''增加了1.42%；（2）对于尼泊尔地区，评估区89%分位数的VEQI与其对应的国家自然保护区的参照值具有很强的相关性，总体差异较小，可以代替作为参照值；（3）从空间格局变化趋势来看，尼泊尔生态系统质量变好、基本稳定和变差的面积分别占植被生态系统总面积的74.16%、14.25%和11.59%。与数量不足、较难收集利用的野外观测台站数据相比，国家自然保护区更接近理想参照生态系统的假设，通过有限的自然保护区确定生态评估区的参照值，实现生态系统质量的快速评估，其结果具有更好的时空可比性，可以为区域生态质量变化评估及量化分析等方面提供参考。     

科研设备推荐Ⅱ—理加联合科技有限公司

生态系统对于水的净化作用是有水量限制的。因此准确的水量收支数据和水运动状况，对于生态系统功能的评价，以及人工调控，有着至关重要的意义。在此，我们特别推荐三款常用水流速流量测量仪器。     

基于无人机影像的阿拉善东南部荒漠灌丛植被空间格局研究

干旱区灌丛植被空间格局受多种物理和生态过程影响，能够指示生态系统的状态。研究通过量化灌丛斑块大小的空间分布来评估阿拉善高原东南部覆沙荒漠植被生态系统的状态，采用点格局分析法分析灌木种群的相互关系，以阐明不同灌木种在斑块格局形成中的作用，并结合土壤条件及下垫面粗糙度等指标验证评估的准确性，探讨灌丛空间格局差异的内在机理。结果表明，研究区样方2灌丛斑块大小符合截尾幂律分布，其他样方符合对数正态分布，前者的空间结构及生境条件均优于后者，说明植被空间格局可以准确表征生态系统状态。在局地尺度上灌木种内和种间呈现不同的相互关系，以竞争关系为主导是导致斑块破碎化的主要驱动机制。小灌木（如猫头刺）的种内互利关系有利于促进多样化斑块形态的形成，而大灌木（如沙冬青和蒙古扁桃）种间的互利作用则有利于形成异质性更强的复杂空间格局。基于灌丛斑块的空间格局评估生态系统状态，可为保护和恢复生态脆弱区受损植被提供重要的借鉴。     

祁连山南麓高寒湿地生态系统呼吸季节、年际动态及影响因素

由于青藏高原高海拔、低温的特殊环境，使得生态系统呼吸(RE)对气候变化的响应极其敏感，然而对高寒湿地生态系统长时间尺度上的RE动态特征及驱动机制的研究相对薄弱。以青藏高原东北部高寒湿地为研究对象，分析了基于涡度相关系统观测的高寒湿地2004—2016年的CO₂通量排放动态及影响机制，对预测高寒湿地碳平衡对未来气候变化的响应具有重要意义。结果表明：高寒湿地在2004—2016年的月平均RE表现为单峰变化趋势，在8月达到峰值；年RE表现为逐年升高的趋势(P<0.05),年RE均值为(608.9±65.6) g C m^-2 a^-1;生长季RE约是非生长季RE的2.7倍，线性回归分析表明生长季RE(r~2=0.66,P=0.001)、非生长季RE(r~2=0.47,P=0.01)与全年RE呈极显著正相关。在月尺度上，分类回归树分析和线性回归分析表明土壤温度是月RE的最主要控制因素，暗示高寒湿地的土壤呼吸对整个生态系统的碳排放至关重要。在年际尺度上，生长季积温与生长季RE呈显著正相关(P<0.05),而生长季降水(PP...     

青藏高原草地承载力空间演变特征及其预警

为研究青藏高原草地承载力的空间演变特征并对其进行预警，以已有的青藏高原净初级生产力数据为基础，核算了该地区的草地理论载畜量及演变趋势，并结合县域实际存栏量，划定了草地承载力的预警等级。结果表明：（1）青藏高原草地承载力整体呈东高西低的格局，其中高寒草原和高寒草甸是该地区草地承载力的主要组成部分；（2）2000-2015年，青藏高原理论载畜量由8614.89万羊单位增至9451.53万羊单位；（3）青藏高原整体处于超载状态，2000-2010年超载状况加剧，至2015年超载状况稍有缓解，草畜平衡指数由67.88%增至79.90%，再降至67.91%。目前亟需优先控制72个红色预警县（超载状态正在加剧）的牲畜存栏量，避免超载状况进一步恶化。未来需要通过控制牲畜存栏量、调整畜牧区发展布局和提高草地生产力等多项措施的结合来改善青藏高原地区的草地承载状况，维持草地生态系统的可持续发展。     

接种丛枝菌根真菌对云南石漠化土壤呼吸的影响

为探明"丛枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）真菌-植物-土壤"耦合作用对石漠化土壤呼吸季节动态的影响，采用LI-6400-09土壤呼吸室和便携式光合作用测量系统，对圆柏（Sabina chinensis）接种摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae，FM）、根内根孢囊霉（Rhizophagus intraradices，RI）2种AM菌种处理下土壤呼吸季节动态进行野外连续定位观测，并探究AM真菌接种处理下石漠化土壤呼吸速率与植物生长、土壤理化性质之间的关系。结果表明：（1）相较于对照，接种AM真菌对石漠化生境土壤呼吸季节动态产生了显著影响（P<0.01）。AM真菌处理具有较高的土壤呼吸季节变化幅度，即根内根孢囊霉处理土壤呼吸速率（1.55-9.10 μmol m^-2 s^-1）显著高于摩西斗管囊霉（1.62-8.29 μmol m^-2 s^-1）和对照（1.23-4.46 μmol m^-2 s^-1）；（2） AM真菌接种处理下土壤温湿度变化对土壤呼吸的影响显著大于对照，即土壤温度与水分对土壤呼吸的平均解释量大小顺序为：RI （44.84%；52.35%）>FM （17.18%；41.65%）>CK （2.66%；16.55%）；（3）2种菌种处理下土壤呼吸速率均与土壤有机质、硝态氮、全氮、速效钾、树高、胸径及根系生物量呈显著或极显著正相关（P<0.01或0.05），而与pH呈极显著负相关（P<0.01），但对照处理土壤呼吸速率除与pH呈显著负相关（P<0.05）外，与其它土壤理化指标相关性不显著；（4）土壤温度和水分、硝态氮、铵态氮、有机质、易氧化有机碳、速效钾、全氮及全磷对土壤呼吸变化的贡献最大，而胸径、树高、有效磷、微生物生物量、根系生物量及pH的影响次之。因此，"AM真菌-寄主植物-土壤"相互作用对石漠化生境土壤呼吸季节动态的影响，主要取决于不同AM真菌接种处理对土壤微气候（如含水量）、碳素（有机质、易氧化有机碳）、无机氮库（铵态氮、硝态氮）、根系生物量及磷钾养分可利用性的调控。     

严重急性呼吸综合征冠状病毒2膜蛋白对宿主细胞pre-mRNA 3"UTR加工的影响

目的 研究严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）膜蛋白对宿主细胞mRNA前体（pre-mRNA）3"非翻译区（UTR）加工的影响。方法 本研究以人肺上皮细胞系A549为模型，利用瞬时转染在细胞内过表达SARS-CoV-2膜蛋白；利用RNA-Seq测序技术及生物信息学分析方法，系统性描绘宿主细胞选择性多聚腺苷酸化（alternative polyadenylation，APA）事件；Metascape数据库对发生显著APA变化的基因进行功能富集分析；RT-qPCR验证靶基因3"UTR长度变化；蛋白质免疫印迹（Western blot）检测目的蛋白表达水平。结果 SARS-CoV-2膜蛋白外源表达后宿主细胞内共813个基因发生显著APA变化。GO和KEGG分析显示，差异APA基因广泛参与有丝分裂细胞周期、调节细胞应激等生物过程，涉及病毒感染和蛋白质加工等。从中进一步筛选出AKT1基因，在IGV软件中显示3"UTR延长；RT-qPCR验证AKT1基因的3"UTR长度变化趋势；Western blot结果显示AKT1蛋白磷酸化水平增加。结论 SARS-CoV-2膜蛋白潜在影响宿主pre-mRNA的3"UTR加工，其中参与多种病毒性生物过程的AKT1基因 3"UTR延长，且其编码的蛋白质功能在细胞内被激活。