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.     

大型煤电基地开发生态累积效应及定量分析方法研究

大型煤电基地(CEBs)是我国煤基能源和材料集中开发区域和国家能源战略安全重要支撑，合理评价CEBs开发生态影响是CEBs可持续协调开发、科学管理中的难点问题。研究将CEBs开发视为系统工程，与自然生态系统(NES)相关联，深入研究大型煤电基地生态系统(CEBES)的驱动行为、内在结构及主要关系、生态影响途径、生态累积过程和生态累积效应及阈值分析方法。基于CEBs空间和功能定位提出CEBs的概念、内涵和特点，融合构建的CEBES涵盖到自然资源、能源开发行为(煤、电等)、其他人类活动(农、牧、城)和大气、水、土壤及生物域；研究表明CEBES的生态累积状态受三种行为驱动和影响(自然行为、能源开发行为和其他人类活动),通过融合、传导和辐射耦合作用，表现为生态要素损伤、系统结构变化和系统状态失衡三级状态，生态累积具有影响多态性、空间多尺度和过程渐变性特点；明确了生态累积过程、累积效应和阈值及其相互关系，引入反映生态影响累积程度的生态损伤系数，提出四类生态阈值(生态要素、内部结构、系统状态和行为调控);基于系统性和实用性筛选反映生态累积相对状态的60项指标，构建具有“三力”驱动、分区要素耦合和系...     

东方田鼠种群扩散及活动对外部因子的反应格局

在野外围栏条件下,采用2×2×2析因实验,测定外部因子食物、捕食,以及同域分布物种黑线姬鼠的种间竞争对东方田鼠扩散和活动距离的独立作用及其交互作用的效应。研究结果表明,在所有的扩散个体中,幼体扩散的比例为71.0%。雄体扩散的比例为80.5%。东方田鼠扩散的趋势与其种群密度及补充量的变动一致。食物对扩散具有显著独立作用;捕食对扩散的作用接近显著;种间竞争对扩散的直接效应不显著;食物、捕食与种间竞争交互作用对扩散的效应亦不显著。在诱捕期内雄性的长距离活动比例及其诱捕期间长距离活动比例均显著大于诱捕期内雌性及其诱捕期间的长距离活动比例。不同处理种群间,仅雄体在诱捕期间的长距离活动比例具有显著差异;食物对雄体的长距离活动具有直接和间接(通过密度)的效应;而预防捕食者和竞争物种对不同处理种群雄体的长距离活动则无一致的效应。     

水资源约束下西北干旱区城市经济发展与城市化阈值

城市化水平阈值是指在水资源硬约束下,在确保经济发展达到一定速度与规模、生态环境建设得到基本保障、并具备足以支撑城市接纳一定数量农民进城转为非农人口的经济能力时,能达到的“农转非”人口占总人口的最大比例。以干旱区河西走廊为例,分析了在水资源约束下城市经济发展总量及其对应的城市化阈值。采用阈值模型计算表明,未来30a在不跨区调水的前提下,河西走廊总需水量的上限阈值为7.81×109m3,其中生态需水、生产需水和生活需水比例调整为13.2:83.5:3.3,总需水量对应的国内生产总值为1.81×1011元,历年平均增长速度最快可达到6.91%,第一、二、三产业结构调整为18.99:47.20:33.81。在总需水量阈值、经济总量、需水结构与产业结构调整优化和经济增长速度不低于7%、农业需水按0.61%的速度退水9.12×108m3、生态需水比例不低于13%等多重条件约束下,求得河西走廊未来30a能够达到的总人口为5.82×106人,城镇非农业人口可达到2.05×106人,城市化水平可达到35.14%,这一水平仅相当于中国2001年的平均城市化水平。在跨区调水1.31×109m3的条件下,城市化水平可望达到47.17%。进而采用总人口人均拥有的GDP、非农业人口人均拥有的第二、三产业增加值、农业人口人均拥有的第一产业增加值3项经济指标对水资源约束下经济发展总量对城市化水平的保障程度进行了验证分析。由于各城市的缺水状况、取水条件、发展性质、发展阶段与经济发展实力与前景等各不相同,致使不同城市之间对应的总需水量、经济总量、经济增长速度和城市化水平等均表现出较大的差异性。     

遗传距离的错误观点和病毒进化踪迹的探索

通过对病毒基因序列的遗传距离(K)的演算,发现公式中的p和q应理解为转换率和颠换率;计算所得的K值是一个百分率,更适合于显示生物进化的时间概念。因此建议将遗传距离改名为进化率。并从进化率计算中的规律性变化,探索了病毒进化的信息。     

水稻亚种间杂种F1光合特性研究

用绵恢725、蜀恢527和蜀恢881三个籼型恢复系、1个美国稻Lemont和1个爪哇稻香大粒作母本,与1个日本特早熟粳稻Kitaake杂交,研究了5个杂种F1及其亲本的光合生理表现.结果表明,在高光通量密度(Photosynthetic flux density,PFD)条件下,5个杂种F1净光合速率(Pn)明显高于双亲或双亲之一,推测亲本与杂种F1之间不同的Pn同叶片中Rubsico活性有关.杂种F1的比较中,在表观量子效率(ψ)、羧化效率(CE)、CO2补偿点(T)等方面,籼粳亚种间杂种F1(绵恢725/Kitaake、蜀恢527/Kitaake、蜀恢881/Kitaake)对2个亚种内杂种F1香大粒/Kitaake(粳爪交)、Lemont/Kitaake(不同生态型的粳粳交,美国稻属于特殊粳稻)具有明显的优势,而蜀恢881含有粳型血缘,蜀恢881/Kitaake也比典型籼粳亚种间杂种F1绵恢725/Kitaake、蜀恢527/Kitaake优势稍逊一筹.5个杂种F1因为具有不同的遗传差异而表现出不同的光合优势,在这方面,典型籼粳亚种间杂交蜀恢527/Kitaake、绵恢725/Kitaake要优于其他杂交种,说明亲本间遗传差异越大,其杂种F1的光合优势越强.     

人为干扰对黑腹滨鹬觅食行为的影响

2003年11月至2004年3月,采用目标动物取样法和人为干扰实验法,于浙江省乐清湾滩涂进行人类活动对黑腹滨鹬(Calidrisalpina)觅食行为影响的研究。取样观察结果表明,在每天沿海堤可观察黑腹滨鹬持续觅食的1h里,96.6%的黑腹滨鹬在35m或更小的距离上通过奔跑或惊飞对人类的活动作出反应;黑腹滨鹬花费90%(人类较多的盐盆滩涂为85%,较少的乐成滩涂为94%)的时间觅食,10%的时间用于避免人类的干扰;人数、人类活动类型对觅食时间具有显著影响,人数、人离黑腹滨鹬的距离、人类活动类型对黑腹滨鹬移动的距离、移动的次数以及黑腹滨鹬对人类靠近的反应均具有显著效应。人为干扰最小接近距离实验结果表明,黑腹滨鹬对人类反应的距离在3～30m;干扰人数为1人时的最小接近距离显著大于2人;人类行走和奔跑的两种活动类型对黑腹滨鹬的最小接近距离没有显著影响。本研究验证了滨鸟觅食区内的人为活动严重影响黑腹滨鹬觅食行为的假设。     

散放麇鹿的警戒行为模式、警戒距离及其季节差异

警戒行为是动物对生存环境的风险或潜在风险的一种行为反应（Lima and Zollner,1996;Treves。2000）。近年来关于警戒行为的研究正在成为热点,内容涉及了警戒行为模式、警戒行为与反捕食策略的关系和群体警戒等诸多方面（Limaand Zollner,1996;Beauchamp,2001;Hassand Valenzuela,2002）,并形成了两个从不同侧面阐述警戒行为功能和影响因素的重要理论：“个体风险理论”和“群体大小效应理论”（Limaand Dill,1990;Quenette,1990;Roberts,1996;Burgerand Gochfeld,2000）。关于鹿类动物警戒行为的研究只见于狍（Capreolus pygargus,Rebyeta1．,1999）、白尾鹿（Odocoileus virginianus,Lingleand Wilson,2001）和黑尾鹿（Odocoileus hemionus,Lingleand Wilson,2001）。     

散放麋鹿的警戒行为模式、警戒距离及其季节差异

警戒行为是动物对生存环境的风险或潜在风险的一种行为反应(Li ma and Zollner,1996;Treves,2000)。近年来关于警戒行为的研究正在成为热点,内容涉及了警戒行为模式、警戒行为与反捕食策略的关系和群体警戒等诸多方面(Li maand Zollner,1996;Beauchamp,2001;Hass andValenzuela     

基于多源遥感数据的景观格局及预测研究

以TM、中巴资源卫星和环境与灾害监测预报小卫星等遥感影像为数据源,利用ENVI 4.7、ARCGIS 9.2、IDRISI 15等软件,研究了西安市辖区的景观特征与空间格局,预测了未来的景观变化,提出了景观格局预测的数据转化和多距离空间分析的精简步骤.结果表明:研究区的景观本底是一个由林地和耕地构成的复合景观基质,建设用地在研究时段内呈现持续增加趋势,且2004-2011年间的增加量高于2000-2004年间的增加量;林地面积略有降低,林地和草地总面积略呈增长趋势,水域和未利用地面积变化较小.研究时段内的景观破碎化程度在降低,林地景观的连通性增强了,耕地的降低了.各景观类型在所设定的最大预期研究尺度下均呈现显著的聚集空间格局;各年和各景观类型之间的聚集、随机和离散的临界阈值差别相对比较大;水域和未利用地的空间聚集强度明显高于耕地、林地、草地和城乡建设用地;耕地和草地空间分布存在一个异质性最大的特征尺度,且均出现了聚集分布、随机分布和离散分布3种分布格局,以2011年最为明显.利用景观指数法和多距离空间聚类分析方法研究景观格局特征的效果要比单一的景观指数法较理想.CA-Markov模型模拟的结果基本能够反映未来的景观格局状况.