作物多样性与景观异质性之间的全球空间共变关系

《Global Change Biology》：The Global Spatial Co-Variation Between Crop Diversity and Landscape Heterogeneity

作物多样性（基于香农熵计算）与景观异质性（成分和配置）的全球关联性分析。结果显示，中等耕作面积（25%-75%）的景观中，非农业土地覆盖多样性和地形复杂度与作物多样性呈正相关，而大农田和小斑块面积则抑制多样性。结论强调景观异质性对农业多功能性的重要性，为可持续农业设计提供依据。

　　作物多样性在农业景观中的重要性日益受到关注，其与景观异质性的关系是理解农业生态系统功能与可持续性的重要方面。本研究通过分析全球范围内的农业景观，探讨了作物多样性与景观异质性之间的复杂关系，包括景观的组成异质性和配置异质性。研究覆盖了19,505个农业景观，采用独立的全球空间数据集，揭示了景观异质性对作物多样性的影响，并进一步分析了其他因素，如农田面积比例、主导农田大小、斑块面积和地形异质性对作物多样性的作用。

研究发现，景观异质性对作物多样性有显著的正向影响。全球范围内，每增加一个单位的景观异质性（即土地覆盖类型的多样性），作物多样性平均增加0.36至0.48个有效物种。这一关系在不同区域表现出一定的差异，特别是在那些拥有4到5种非农作物覆盖类型的景观中更为明显。然而，这种正向趋势并非普遍适用，而是依赖于具体的环境背景，例如在农田面积比例适中的景观（25%至75%）中，作物多样性与景观异质性的关联最为显著。

除了景观的组成异质性外，研究还关注了景观的配置异质性。结果表明，较小的主导农田面积与较高的作物多样性存在较强的正相关关系，尤其是在控制了农田面积和非农业土地覆盖多样性后。这说明农田的碎片化程度与作物种类的丰富度之间存在联系。而平均斑块面积则与作物多样性呈显著的负相关，直到斑块面积超过150平方公里，之后这种负相关关系逐渐减弱甚至逆转。地形异质性（如地形崎岖度）则与作物多样性保持一致的正向关系，表明复杂的地形结构有助于维持更多的作物种类。

研究结果表明，农业景观的多样性不仅受到土地覆盖类型的影响，还与农田布局和地形条件密切相关。在一些地区，如欧洲和亚洲，农业景观表现出较高的多样性，这与当地农业政策、土地利用方式以及生态条件等因素有关。相反，在一些美洲地区，由于农田面积比例较高且非农作物覆盖类型较少，作物多样性相对较低。这种差异反映了不同地区在农业实践、社会经济结构和自然条件上的异质性。

在探讨景观异质性对作物多样性的影响时，研究还考虑了农田面积比例和主导农田大小之间的相互作用。结果发现，农田面积比例较低的景观（如<25%）通常具有更高的作物多样性，而在农田面积比例较高的景观（如>75%）中，尽管非农作物覆盖类型可能较为丰富，但作物多样性反而较低。这种现象可能与农田集中化和大规模农业实践有关，这些实践往往减少了农田之间的生态异质性，从而影响了作物种类的多样性。

此外，研究还发现，地形异质性对作物多样性有重要影响。地形复杂的地区，如中南美洲、南欧、东非和南亚，往往具有较高的作物多样性。这表明，地形的多样性不仅为作物种植提供了不同的生态环境，还可能促进了生态过程的多样性，从而增强了农业景观的多功能性。

本研究的局限性在于，所使用的数据集可能无法完全反映农业景观的复杂性。例如，土地覆盖数据集（如CGLS-LC100）在某些地区可能高估了农田面积，特别是在巴西和巴拉圭等地区，将草地误判为农田。此外，研究仅使用了一种作物多样性指标（Shannon多样性指数），而其他多样性指标（如Simpson多样性指数）可能更能体现作物集中度和功能性多样性。因此，未来的研究需要进一步探讨不同多样性指标对农业景观的影响，并结合时间序列数据，分析作物多样性随时间的变化趋势。

研究还指出，农场规模与农田规模之间存在差异，不能简单地将两者等同。小规模农场往往能够支持更多的作物种类，而大规模农场可能由于集中化种植而减少了作物多样性。此外，灌溉面积、土地所有权、自给农业与市场农业之间的差异，以及文化因素对作物选择的影响，也可能是影响作物多样性的关键因素。

本研究的结论强调了农业景观异质性在提升作物多样性方面的重要性。通过理解景观结构与作物多样性的关系，可以为设计更加多功能的农业景观提供科学依据，包括通过景观尺度的农业多样化策略来提高生态服务和农业生产力。未来的研究可以进一步探讨景观异质性对作物多样性的影响机制，以及如何通过政策和技术手段来促进农业景观的多样化，从而增强农业系统的韧性和可持续性。