自然包容型农业提升节肢动物丰度且不影响马铃薯生产力的实证研究

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Nature-inclusive farming results in higher arthropod abundance, without compromising agricultural productivity

本研究针对现代农业对生物多样性的负面影响及农药过度使用问题，在荷兰西部对比研究了自然包容型农业与常规农业系统。研究人员通过调查20个马铃薯田的害虫、天敌等节肢动物群落，并结合叶片损伤、块茎损伤及产量评估，发现自然包容型农业能显著提高田间节肢动物总丰度（包括害虫和天敌），尽管害虫数量更高且叶片损伤更重，但马铃薯产量（kg ha-1）和品质（干物质含量）与常规农业无显著差异。结果表明，通过增加半自然生境和减少农药投入，可以在不牺牲单产的前提下提升农业生物多样性和生态系统功能，为可持续农业转型提供了重要科学依据。

　　

现代农业在满足全球粮食需求的同时，也带来了严峻的环境挑战，例如农药的过度使用导致生物多样性丧失、景观均质化以及非靶标生物受害。如何在保障农业生产力的前提下，实现环境可持续性，成为当前农业领域亟待解决的核心问题。自然包容型农业（Nature-inclusive farming）作为一种新兴的农业模式，旨在通过增加半自然生境（semi-natural areas）、减少农药使用等措施，将生物多样性管理融入作物生产，以期平衡产量与生态保护。然而，这种模式在实际景观尺度上的效果如何，能否有效促进天敌（natural enemies）控害并维持作物产量，尚缺乏充分的实证研究。为此，一项发表在《Agriculture, Ecosystems and Environment》上的研究，以马铃薯（Solanum tuberosum L.）这一重要作物为模型，对自然包容型农业和常规农业系统进行了深入的比较分析。

为了回答上述问题，研究人员在2023年夏季于荷兰西部两个相邻但管理方式迥异的区域——实施自然包容型农业的Buijtenland van Rhoon和常规集约化农业的Hoeksche Waard——选取了20个马铃薯田（自然包容型8块，常规型12块）作为研究对象。研究采用了多种关键技术方法：通过扫网法（sweep netting）在生长季早期（7月）和晚期（8月）对田间节肢动物（包括害虫和天敌）进行采样和鉴定；评估了马铃薯叶片损伤百分比和块茎损伤百分比；在收获期测定了马铃薯产量（kg ha^-1）和以干物质含量（dry matter content）为指标的品质；并分析了土壤总氮含量以及田间样点周围500米半径内的半自然生境比例。数据分析主要采用分段结构方程模型（Piecewise Structural Equation Modelling, SEM）来揭示农业系统、节肢动物、作物损伤与产量之间的复杂关系。

3. 结果

3.1. 节肢动物总丰度

研究共记录了51,100只节肢动物。结果表明，自然包容型农业区的马铃薯田节肢动物总丰度是常规农业区的2.5倍。随时间变化，常规农业区的节肢动物丰度在7月到8月间保持相对稳定，而自然包容型农业区则呈现显著上升趋势。此外，节肢动物丰度随着与田边距离的增加而减少。

3.2. 农业系统对害虫和天敌的影响

结构方程模型显示，自然包容型农业通过两条路径影响天敌丰度：一是对天敌有直接的负效应（尤其在7月）；二是通过显著提高害虫丰度，从而间接地正效应于天敌（因为天敌丰度与害虫丰度呈正相关）。综合效应是，自然包容型农业区的天敌丰度高于常规农业区，尤其是在8月份。在常规农业区，天敌丰度从7月到8月显著下降，而自然包容型农业区则保持稳定。害虫丰度在两个系统中均随时间推移而增加。

3.3. 叶片与块茎损伤

叶片损伤在生长季内增加，并且与害虫丰度呈正相关，但这种关系主要在自然包容型农业区内显著。块茎损伤在两个农业系统间无显著差异。

3.4. 产量与品质

尽管自然包容型农业区有更高的害虫丰度和叶片损伤，但其马铃薯产量（kg ha^-1）和干物质含量（%）与常规农业区相比均无统计学上的显著差异。产量数量随与田边距离的增加而增加，而干物质含量则随距离增加而减少。在自然包容型农业系统内，块茎损伤与产量呈负相关。

4. 讨论与结论

本研究首次在景观尺度上实证评估了自然包容型农业的效果。研究发现，自然包容型农业成功实现了其提升生物多样性的目标，显著提高了田间节肢动物的丰度。尽管该模式下害虫数量更高，并导致了更严重的叶片损伤，但天敌群落（尤其在生长季后期）保持得更好，并且最终的马铃薯产量和品质并未受到影响。这表明，自然包容型农业创建了一个与常规农业功能不同的农业生态系统，其依赖于增强的生物多样性和自然控害作用，减少了对化学农药的依赖。

然而，研究也指出，自然包容型农业需要将部分生产用地转化为半自然生境，这意味着在景观层面上可用于耕作的土地会减少，因此在推广时需要权衡单位面积产量与景观总产量之间的关系。此外，自然包容型农业的效果可能是多种管理措施（如减少杀虫剂、增加生境复杂性、作物多样化）共同作用的结果，未来研究可进一步解析各措施的具体贡献。

该研究为欧盟《2030年生物多样性战略》和《共同农业政策》中关于增加农业景观生态要素和减少农药使用的目标提供了有力的案例支持。研究表明，通过政策激励（如生态补偿）和社会引导（如农民间的知识交流），推广自然包容型农业实践，可以在不牺牲主要作物生产力的前提下，促进农业生态环境的改善，是实现农业可持续发展的一条可行路径。未来研究可在更多作物种类和不同地理区域验证这一模式的普适性。