基本介紹
- 中文名：生態閾值
- 外文名：Ecological threshold
- 含義：人類活動造成的影響的最大容納量
- 範圍：某一環境區域內
- 研究區域：森林、湖泊、牧場等
定義,生態閾值的類型,生態閾值的套用,1、國外生態閾值的套用,2、國內生態閾值的套用,重要性,
定義
生態系統可以承受一定的外界壓力，通過自我調控機制來恢復平衡，當外界壓力超出生態系統自我調控機制調控的最大限度時，生態系統的自我調控機制將會降低或者消失，這種相對平衡將會遭到破壞，從而導致系統崩潰，這種限度就叫生態閾值。
閾值為某系統或物質狀態發生劇烈改變的那一點或區域，是事物發展進程中出現質變狀態(或臨界狀態)的表征。在排除人為干擾後，退化的群落是能依靠自身調節恢復能力的，但是恢復的時間較長，並且生態系統的自我恢復功能並不是無限度的，當外界干擾過於強烈，超出了生態系統能承受的範圍時，生態系統的結構發生改變，生態系統原有功能可能會被破壞甚至喪失，在缺乏外來支持的情況下，生態環境狀況只能每況愈下，最後崩潰。生態系統不同的狀態之間存在著閾值或者斷點，當受到外界環境的干擾導致生態群落內的各種資源產生強烈的變化時，生態群落的結構特徵也會隨之發生急劇變化，這就是生態閾值變化。同時，生態閾值作為一個界限值，其既可以以點的形式存在，也可以以線、面的形式存在，出現的形式是多樣的。在退化的土地管理中，閾值反映了土壤與植被的複雜關係，了解不同生態系統的生態閾值，可以因地制宜地進行生態修復。
生態閾值的類型
在生態系統中，系統在兩個不同的狀態之間轉變可以是躍遷實現，也可以是逐漸過渡實現。因此生態閾值存在兩種主要類型：生態閾值點和生態閾值帶。
生態閾值點是一個臨界點，它代表著當生態系統的特徵、結構或者功能受到環境的微小變化可以引發整個生態系統發生劇烈的改變。在這個臨界點的前後呈現的是兩個不同的系統狀態，而且這種改變即使環境脅迫已經停止也無法使系統恢復到初始狀態。
生態閾值帶指的是生態系統在兩種狀態之間進行逐漸轉換的過程，這個過程不像閾值點那樣發生突然的轉變。生態閾值帶普遍存在於自然界的生態系統中。生態閾值帶內的點具有較為一致的變化速率，並且這種變化速率明顯高於閾值帶之外的點，這種現象的產生可能與生態系統彈性有關。生態系統的彈性是指生態系統從干擾中恢復能力或系統吸收外來干擾並保持其原有狀態的能力。也即是當一個生態系統受到外界的干擾後，其彈性越大，對應的生態閾值帶也就越大，其恢復到原始狀態的可能性也就越大。
生態閾值的套用
1、國外生態閾值的套用
在國外，森林、濕地等生態系統的研究發現生態閾值的意義是在低成本、低投入的經營條件下，充分利用生態系統自身的調節機制，以達到可持續的經營目的，進而獲得最大的生態、社會和經濟收益。另外，一些學者研究得出，處於退化狀態的生態系統是極不穩定的，如果採取不當的修複方式會導致生態系統狀態更加惡化甚至崩潰。因此，找出退化生態系統的生態閾值，對科學、有目的的開展修復工作有著重要的指導作用。
生態閾值在每一個生態系統中都是普遍存在的，已有大量的學者對森林、牧場、濕地等生態系統進行了相關的生態閾值研究。研究表明，只有當森林的覆蓋度維持在 30%以上時，已經處於退化狀態的森林才能進行自我恢復。在河流底棲動物群落結構變化研究中，根據水生生物群落結構對水體營養鹽脅迫的回響，採用非參數變點回歸分析方法，確定氮素和磷素的生態閾值分別為1.409、0.033mg/L，充分發揮了生物監測在控制水環境管理中的作用。對熱帶草原預防火災閾值研究發現，當單株的樹木積累了足夠的樹皮來避免乾死，達到耐火閾值，此時樹皮的厚度為5.9mm，當生態系統有足夠的樹冠覆蓋抑制火災的發生，達到滅火閾值，此時樹冠覆蓋度達到40%。
2、國內生態閾值的套用
在國內，生態閾值的套用研究還處於起始階段，相關的閾值研究集中於森林的退化管理、牧場的載畜量、湖泊富養化水平等方面。可以用定量和定性分析法來界定生態閾值的大小，其中最常用的是經驗總結法和模型分析法。
在毛烏素沙地典型牧場的可持續性管理研究中，通過建立數學模型，定量計算得出草地生態系統最佳化管理的載畜量閾值為121 頭羊/hm2。建立防治蝗蟲的生態閾值模型，並增加乾旱因子對模型進行完善，依據白音錫勒牧場的氣候狀況，計算出在乾旱因子為0.5 時，確保牧場可持續利用的蝗蟲的閾值為 30 頭/m2。在濕地生態系統中，採用系統動力學模型仿真模擬，按照多年平均降雨量計算出三江平原沼澤安全面積閾值約為1458hm2。研究人員利用高斯模型回歸分析了黃河三角洲翅鹼蓬種群生態閾值，得出翅鹼蓬最適水深為 0.42m，最適土壤鹽分為 12.71g/kg 左右。用高斯模型求解出大凌河口濕地翅鹼蓬隨土壤水鹽變化的生態閾值，翅鹼蓬的土壤鹽分含量閾值為 12.14g/kg，翅鹼蓬的土壤含水率閾值為 59.82%。採用逐步回歸方法，分別建立了水質指標與葉綠素的多元線性關係式，以此確定了白洋淀濕地水體水華暴發閾值，根據葉綠素a為 30μg/L 為水華暴發臨界值，水域內磷素控制在 0.12g/L 水平。
在森林生態系統中，研究人員認為福建長汀紅壤丘陵區植被蓋度 20%為具有自然修復能力的臨界值，植被蓋度低於20%的退化林地最適合採用人工修復的方式，植被蓋度高於 20%的退化林地具備採用自然修複方式的條件。學者對城市森林的景觀連線度距離閾值進行研究，得出 200m 的長度是森林景觀連線度開始變小的距離閾值，據此可以利用距離閾值提高城市森林系統的美化水平。
生態閾值研究還涉及蟲害、火災以及鼠害等方面。在研究楊樹天牛的危害時，發現病害的楊樹幹上的羽化孔可以作為楊樹病害閾值的特徵指標值，運用回歸分析法，建立回歸模型，得出楊樹受危害的天牛閾值為 4.8 個羽化孔。在研究哨齒動物在飛播林的閾值大小時，在飛播造林中地面鼠閾值為 45 只/hm2，另外鼠類的閾值不僅取決於地面鼠的總密度，而且還取決於群落中各物種的構成情況，尤其是松鼠和田鼠的種群密度。
生態閾值在湖泊生態系統的管理與恢復中具有重要意義。譬如，通過對長江流域97個淺水湖泊的調查，以及測量常見沉水植物地上組織和沉積物中的氮（N）、磷（P）濃度發現，沉水植物存在顯著的磷化學計量內穩性P (HP)而非氮N (HN)，閾值檢測（Threshold detection）表明，高內穩性種類（微齒眼子菜、苦草和馬來眼子菜）占優勢的沉水植物群落髮生穩態轉化的臨界磷濃度較高（0.08 mg/L），而低內穩性種類（金魚藻、穗狀狐尾藻和輪葉黑藻）占優勢的沉水植物群落出現穩態轉化的臨界磷濃度較低（0.06 mg/L），表明高內穩性沉水植物對富營養化的可塑性更強（圖1）。隨著富營養化的發展，低內穩性植物先行崩潰，這可作為湖泊生態系統從清水到濁水穩態轉化的早期預警信號。但低內穩性植物具有較快的恢復能力，因此可作為生態修復的先鋒物種。
圖1 高內穩性/低內穩性沉水植物生物量與水中總磷的關係
圖1 高內穩性/低內穩性沉水植物生物量與水中總磷的關係在對生態系統的恢復進行評估時，生態閾值的界定是關鍵點，也是難點，特別是閾值的定量化研究是提高整體套用水平的重要保證，也是未來生態閾值研究中的重要方向。綜上，生態閾值的套用首先篩選建立生態系統恢復的評價指標體系，明確各個指標參數獲取方法，建立生態恢複評估模型，然後計算出各指標生態閾值，判定生態系統的退化程度，並採取相關措施進行補救。
重要性
生態閾值在自然資源保護、生態系統管理和可持續性發展中都起著至關重要的作用。
1 、注重生態系統的生態閾值系統性研究
生態閾值的研究僅僅局限於生態系統中某個因子的閾值，而未對生態系統其它因子閾值進行綜合分析。由於生態系統是一個綜合體，擁有複雜性的結構，因此研究生態系統的生態閾值我們要進行系統性和全面性的開展研究，只有這樣才能更好的了解生態系統的狀態，便於因地制宜的管理。
2 、加強生態閾值的定量化研究
生態閾值應加強定量性研究，生態閾值的特點決定著生態系統的臨界值或者拐點的不確定性，但是要讓生態閾值理論套用於實踐中，就必須加強定量化研究，強化大、中、小尺度下生態監測體系，建立充分的資料庫來支撐生態閾值理論體系。比如隨著森林滅火閾值的提出，我們可以得到防治森林火災發生的覆蓋度臨界值，這樣就可以幫助我們更好地經營管理森林生態系統。
3 、關注生態閾值研究的尺度及強化野外監測生態閾值具有複雜的時空效應，同一生態系統在不同的尺度範圍內，其生態閾值表現出不同的大小。大尺度上躍遷點的出現是基於小尺度或者微尺度上的量變累積，因此在確定生態閾值時應充分考慮小尺度效應。尤其是在地形破碎的石質山區，小尺度效應會更加明顯。比如:河北片麻岩山區由於大量微地形的存在，導致該區域內植被特徵和養分含量產生顯著的斑塊性，其生態閾值的界定也充分考慮了微地形的異質性。另外要加強不同尺度的野外監測，為生態閾值的界定提供有力可信的數據支撐。
