热带岛屿农业生态系统中多营养级途径调控害虫的生态与管理驱动因素

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Ecological and management drivers of pest regulation via multitrophic pathways in tropical insular agroecosystems

本研究针对热带小农户农业生态系统中害虫自然调控机制不清的问题，通过调查留尼汪岛22个露天菜园，采用多营养级分段结构方程模型(PSEM)分析了当地和景观因素对节肢动物群落结构和害虫调控服务的直接与间接级联效应。结果表明，非作物植被丰富度通过促进植食性昆虫多样性，进而增加天敌丰富度，最终在干旱季节显著降低害虫数量和作物损害；而杀虫剂使用会抑制天敌多样性，削弱自然调控效果。该研究为热带地区通过植被多样化和减少农药使用以增强生态系统服务提供了关键策略依据。

　　

在热带岛屿留尼汪的蔬菜种植园中，农民们常年面临着严峻的生态挑战——没有冬季的天然屏障，害虫和病原体全年肆虐，加上强降雨季节性变化、土壤营养流失以及高度异质化的小农种植模式，使得传统化学农药防治手段既昂贵又不可持续。这些现实困境背后，隐藏着一个更深层的科学问题：在如此复杂的生态系统中，究竟哪些因素真正决定着害虫的自然调控效果？植被多样化、农田管理措施和周边景观特征之间，如何相互作用并最终影响作物健康？

为解开这一谜团，由Thibault Nève de Mévergnies领导的研究团队在《Agriculture, Ecosystems & Environment》上发表了他们的最新研究成果。研究人员选择了22个露天蔬菜种植田块作为研究对象，这些田块分布在留尼汪岛南部，海拔从71米到1362米不等，涵盖了从常规到有机的不同管理方式，为研究提供了理想的自然实验场。

研究团队采用了分段结构方程建模(PSEM)这一先进统计方法，构建了一个包含四个层次的分析框架：植食性昆虫模型、天敌模型、害虫模型和作物损害模型。这种方法能够同时考察多个变量之间的直接和间接因果关系，就像解开一团纠缠的线球，清晰地展示出生态系统中各要素之间的复杂联系。

在技术方法上，研究人员在两个季节（冷干季和热湿季）对每个田块进行了全面调查。他们使用单向拦截式网笼陷阱收集空中节肢动物，设置陷阱杯收集地表节肢动物，并通过田间直接观察记录害虫数量和作物损害程度。同时，他们还详细记录了每个田块的管理实践、非作物植被多样性、景观特征和气候参数，建立了完整的生态数据库。

3.1. 总节肢动物多样性

研究共鉴定出1220个形态种，捕获个体总数达403,404只。其中94%的个体来自地表陷阱，主要以弹尾目、螨类和蚁科昆虫为主。热湿季节的形态种数量显著高于冷干季节，特别是在空中群落中这一差异更为明显。

3.2. 空中群落结构分析

研究发现非作物植被丰富度对空中植食性昆虫形态种丰富度具有显著正向影响，特别是在冷干季节效果更为突出。温度升高也会促进植食性昆虫多样性，而田间作物物种数增加反而会降低植食性昆虫丰富度。更重要的是，植食性昆虫丰富度的增加会显著促进天敌形态种丰富度，形成明显的自下而上的营养级联效应。这种级联效应最终转化为实际的害虫控制效果——天敌丰富度越高，田间观察到的害虫数量就越少，作物损害也相应减轻。

3.3. 地表群落结构分析

与空中群落不同，地表植食性昆虫丰富度主要受温度和景观破碎化程度的影响。温度升高会降低地表植食性昆虫多样性，而景观破碎化（以100米范围内的斑块数量衡量）在冷干季节对地表植食性昆虫有负向影响。虽然地表天敌丰富度也与植食性昆虫丰富度正相关，但这种关系比空中群落弱，且没有检测到完整的营养级联效应。

研究的讨论部分揭示了这些发现背后的生态学机制。在冷干季节，由于自然栖息地植被生长受水分限制，灌溉农田中的非作物植被成为重要的生物多样性"汇"，吸引周边景观中的植食性昆虫聚集。这种跨栖息地的溢出效应为天敌提供了充足的食物资源，从而强化了自然控害效果。而杀虫剂使用虽然能直接减少害虫数量，但其对天敌的负面影响可能削弱长期的生态系统服务功能。

景观因素的作用同样不可忽视。较大面积的半自然植被覆盖有助于降低害虫数量，支持了"资源集中假说"——即复杂系统能够稀释专性害虫的为害效应。而景观破碎化对地表群落的影响则提示我们，不同生态位的物种对栖息地变化的响应存在显著差异，飞行能力较强的空中群落受景观破碎化影响较小，而活动能力有限的地表物种则更为敏感。

这项研究的意义远不止于学术层面。它首次在热带岛屿农业生态系统中证实了非作物植被通过多营养级联效应增强害虫自然调控的重要作用，为可持续农业管理提供了科学依据。研究结果提示，农民可以通过保留田间杂草、种植多功能植被带等方式，在不增加化学农药投入的情况下提升生态系统服务。同时，政策制定者也应关注景观尺度的生态规划，保护半自然栖息地的连通性，为区域尺度的生态功能维持提供保障。

未来研究可以进一步识别关键植物物种，优化植被配置方案，并开发简易的生态指标帮助农民监测和管理自然控害效果。在气候变化和农业可持续发展的双重挑战下，这项研究为热带地区探索生态集约化道路提供了重要启示。