人为引起的栖息地改变影响了巴西新热带草原中昆虫群落的结构以及植物-食草动物网络的拓扑结构

《Global Pediatrics》：Human-induced habitat modification affects the structure of insect communities and the topology of plant-herbivore networks in Brazilian Neotropical savannas

植物-昆虫网络结构及多样性在巴西萨瓦纳不同生境中的变化研究。通过分析16个野外观测点，发现城市化导致昆虫多样性下降，网络连接度提高，模块性降低，鲁棒性增强。研究采用网络拓扑分析方法，结合物种丰富度和生境干扰梯度，揭示了人类活动对生态网络结构的影响机制。

　　人类活动对自然栖息地的改变已成为全球范围内生物多样性变化的主要驱动因素之一。这种改变不仅影响物种的数量和分布，还可能对生态系统的结构和功能产生深远的影响。植物与植食性昆虫之间的相互作用构成了生态系统中重要的营养关系网络，这些网络的结构和动态在人类干扰下可能发生显著变化。本文通过研究巴西塞拉多（Cerrado）地区的不同栖息地类型——野生、乡村和城市片段——中植物与植食性昆虫的相互作用，探讨了栖息地改变如何影响昆虫多样性以及这些相互作用网络的结构。

研究团队在2018年至2019年间，对巴西北部米纳斯吉拉斯州的16个塞拉多栖息地进行了调查，涵盖了从低干扰到高干扰的栖息地梯度。研究覆盖了多种土地利用类型，包括城市、乡村和完全保护的野生区域。在这些区域中，共记录了312种昆虫、94种植物以及503种种间相互作用，构建了16个植物-植食性昆虫相互作用网络。通过模型选择方法，研究人员发现栖息地的保护状况（野生、乡村和城市）是所有最佳模型中的关键变量，表明栖息地改变对这些网络的结构和功能具有显著影响。

研究结果表明，城市和乡村区域的植食性昆虫种类丰富度、种群数量以及植物宿主种类的比例均低于野生区域。这表明，随着人类活动的加剧，昆虫多样性逐渐减少，而这些变化可能进一步影响植物-昆虫相互作用网络的复杂性和稳定性。此外，研究还发现，城市区域的网络表现出更高的连接性、更强的稳定性以及更低的模块性。连接性反映了网络中实际存在的相互作用比例，而模块性则衡量了网络中是否存在明显的功能模块或子群。城市区域的网络连接性增强可能与一般性物种的增加有关，这些物种能够适应多种环境条件，从而在栖息地改变后占据优势地位。而网络模块性的降低则可能表明，原本在野生区域中较为稳定的植物-昆虫关系在城市区域中变得更为分散和通用。

在生态网络分析中，连接性、模块性和稳定性是衡量生态系统结构和功能的重要指标。连接性高的网络通常意味着物种之间的相互作用更为紧密，而模块性低的网络则可能表明生态系统的功能更加分散。稳定性则反映了网络在物种丧失后维持其结构和功能的能力。研究结果支持了这些假设，即随着人类干扰的增加，植物-昆虫网络的结构趋于简单化和通用化，这可能对生态系统的稳定性和功能产生不利影响。

塞拉多生态系统是世界上最大的热带草原生态系统之一，近年来因农业、畜牧业和城市化等人类活动的影响而遭受严重破坏。据估计，超过50%的原始塞拉多面积已被转化为其他类型的景观。这种土地利用的变化不仅导致了植物种类的减少，还可能改变昆虫种群的组成和相互作用模式。因此，理解栖息地改变对植物-昆虫网络的影响，对于保护和恢复这些生态系统至关重要。

研究还发现，植物的丰富度和数量对昆虫多样性有显著影响。植物丰富度较高的区域通常能够支持更多的昆虫种群，而植物数量的减少可能导致昆虫种群的减少。然而，植物种类的多样性对昆虫种群的影响则更为复杂。在某些情况下，植物种类的增加可能促进昆虫多样性的提升，而在其他情况下，特别是当昆虫偏好低多样性植物时，植物种类的增加可能反而限制了昆虫的分布。这种现象可能与昆虫的生态位特异性有关，即某些昆虫种类可能更依赖于特定的植物种类，而另一些昆虫则具有更广泛的宿主适应能力。

此外，研究还探讨了不同土地利用类型对植物-昆虫网络拓扑结构的影响。城市区域由于受到更多的环境压力，如空气污染、噪音污染、垃圾堆积、火灾等，导致植物和昆虫的多样性下降。而乡村区域虽然受到一定的人类活动影响，但其栖息地结构和植物组成仍较为接近自然状态，因此其植物-昆虫网络的结构可能与野生区域更为相似。这种相似性可能表明，乡村区域在一定程度上仍然能够维持较高的生态功能和稳定性。

在分析网络结构时，研究人员采用了多种统计方法，包括广义线性模型（GLMs）和信息论模型选择方法（基于AICc准则）。这些方法帮助识别了哪些变量对昆虫多样性和网络结构具有显著影响。例如，植物丰富度和数量对昆虫多样性具有积极影响，而栖息地的保护状况则对昆虫种类和数量具有决定性作用。这种统计分析的结果表明，栖息地的保护状况是影响昆虫多样性和网络结构的关键因素。

从生态功能的角度来看，植物-昆虫网络的结构变化可能对生态系统的服务产生影响。例如，网络连接性的增加可能导致更多的能量流动和物质循环，而模块性的降低可能意味着生态系统的功能更加分散，从而影响其整体稳定性。这些变化可能进一步加剧当前的生物多样性危机，因为生态系统的复杂性和稳定性是维持其功能的重要基础。

研究还指出，城市化是影响植物-昆虫网络结构的重要因素。随着城市化的推进，栖息地的异质性降低，物种之间的相互作用变得更加通用。这种变化可能导致生态系统功能的简化，从而影响其长期的可持续性。因此，保护和恢复自然栖息地，减少人类活动对生态系统的干扰，是维持生态系统功能和稳定性的关键措施。

综上所述，本文的研究结果揭示了人类活动对植物-昆虫网络结构和功能的深远影响。城市和乡村区域的昆虫多样性显著低于野生区域，而这些区域的网络表现出更高的连接性和稳定性，但更低的模块性。这些变化可能反映了生态系统的功能简化和稳定性降低，从而影响其生态服务的提供。因此，未来的研究需要进一步关注不同土地利用类型对生态网络结构的影响，以及如何通过生态管理措施来缓解这些变化。此外，研究还建议未来的工作应考虑在不同昆虫食性群体（如咀嚼型、刺吸型和刮食型）的层面上进行分析，以更深入地理解人类活动对生态网络的影响。