局地-景观过滤效应揭示干旱区城市昆虫多样性分布格局

《Landscape Ecology》：Local-landscape filtering explains insect diversity patterns across a dryland urban landscape

本研究针对城市化进程中昆虫多样性呈现矛盾格局的问题，在干旱区城市乌鲁木齐开展了昼夜昆虫群落调查。通过整合局地生境因子与景观属性构建"局地-景观过滤"框架，发现该框架可解释68-77%的昆虫多样性变异，显著优于传统城乡梯度模型。研究证实植物多样性和土壤性质等局地因子主导昆虫群落构建，揭示了小微生境在维持干旱区城市生物多样性的关键作用，为城市生态规划提供了多尺度管理依据。

　　

当夜幕降临城市，路灯下飞舞的昆虫们正在演绎着不为人知的生态故事。在全球城市化浪潮中，昆虫作为生态系统功能的关键执行者，其生存状况牵动着生态平衡的神经。传统研究常采用"城乡梯度"方法来分析城市化对昆虫多样性的影响，但不同研究却得出了相互矛盾的结论：有些发现城市中心昆虫种类最少，有些却报道相反的结果。这种科学争议背后，究竟隐藏着怎样的生态学奥秘？

在干旱区城市乌鲁木齐开展的这项研究给出了全新视角。科研团队意识到，单纯用城市化强度来解释昆虫多样性可能过于简化，就像只通过人口密度来预测整个城市的活力一样片面。他们创新性地提出了"局地-景观过滤"分析框架，同时考察昆虫栖息地的局部环境特征和周边景观格局的协同影响。这项发表于《Landscape Ecology》的研究，通过对73个昼间采样点和20个夜间采样点的系统调查，揭示了城市昆虫多样性维持的新机制。

研究团队综合运用了多尺度景观格局分析、昼夜昆虫群落调查、环境因子监测等关键技术方法。基于ESA WorldCover和Luojia 1-01等遥感数据，在100-1600米半径范围内计算了10类景观指数；通过标准化样方调查记录了580种昼行性昆虫和357种夜行性昆虫；同步测定了土壤理化性质、微气候条件和植被特征等26个局地生境指标。采用广义线性混合模型(GLMM)和方差分解分析，量化了不同尺度因子的相对贡献率。

研究方法创新点

本研究的技术路线体现了多尺度融合的特点。通过设置五级空间缓冲区(100/200/400/800/1600米)，精准捕捉了景观效应的尺度特征；昼夜协同调查方案弥补了夜间昆虫数据的空白；而所有子站环境因子的同步监测，则保证了局地生境数据的可比性。特别值得注意的是，研究对土壤因子的全面测定（包括土壤有机质、全氮磷钾、速效养分等12个指标），为揭示地下-地上生态系统联动提供了数据基础。

城乡梯度模式的失效

研究发现，无论是昼行性还是夜行性昆虫，其物种丰富度均未呈现显著的城乡梯度规律。按照不透水表面覆盖率划分的 urban≥30%、suburban 5-30%、rural≤5% 三类区域中，昆虫多样性差异均未达到统计学显著水平。这一结果对传统认知提出了挑战，暗示着单纯依靠城市化强度指标可能无法准确预测干旱区城市的昆虫分布格局。

局地-景观过滤框架的优势

广义线性混合模型(GLMM)分析显示，局地生境因子和景观属性共同解释了35%（昼行昆虫）和54%（夜行昆虫）的多样性变异。其中局地生境因素的贡献占主导地位（68%和77%），景观属性的补充解释力分别为32%和23%。这一发现证实了多尺度过滤机制的存在，同时明确了局地因子的优先重要性。

关键环境驱动因子

植物丰富度(VR)被证明是最重要的正影响因子，显著促进9个昆虫类群的多样性。土壤特性也表现出显著调控作用：土壤含水量(SW)和电导率(SEC)共同影响地下栖息类群；而地表温度(LT)和湿度(LH)则调控着活动性昆虫的分布。在景观层面，平均斑块形状指数(FRAC_MN)和最大斑块指数(LPI)等形态指标通过影响物种扩散能力间接塑造群落结构。

类群特异性响应规律

研究揭示了不同昆虫类群的环境响应差异：昼行性蚂蚁和夜行性蚊蝇类对景观属性依赖较强（45-55%解释度），而昼行性叶蝉、蛾蝶类以及夜行性蓟马则完全由局地生境决定。特别有趣的是，不同类群对人工夜间光照(ALAN)表现出截然不同的反应：蚂蚁呈现正趋光性，而甲虫类则明显回避光照强烈区域。

尺度效应的确认

通过多缓冲区比较，研究确定了100米为昼行昆虫、400米为夜行昆虫的最优作用尺度。这一尺度差异反映了昼夜活动类群在移动能力上的生态学差异，为后续研究提供了空间分析的重要参考。

本研究通过创新性的多尺度分析框架，成功揭示了干旱区城市昆虫多样性的形成机制。研究发现，相比传统的城乡梯度模型，整合局地生境条件和景观格局的过滤框架能更有效地解释多样性分布 pattern（68-77%的解释力）。这一结论不仅解决了以往研究中矛盾结论的争议，更指明了城市生态管理的重点方向：保护和完善小微生境（尤其是非正式城市绿地）可能比单纯扩大绿地面积更能促进昆虫多样性。

研究结果对干旱区城市生态规划具有重要启示。在水资源受限背景下，通过优化灌溉维持植物多样性，通过土壤改良提升栖息地质量，通过景观连通性设计促进物种交流，可以形成多尺度协同的生物多样性保护网络。特别是对夜行昆虫保护需求的确认，提醒我们需要将夜间生态因素纳入城市灯光管理规范。

这项研究的科学价值在于建立了从环境因子到生态功能的多级递进认知路径：城市化通过改变局地生境特征和景观格局，形成选择性过滤机制，最终影响昆虫群落组成和生态系统功能。这种机制性理解使得我们能够预测特定管理措施可能产生的生态后果，为基于自然解决方案的城市可持续发展提供了理论支撑和实践路径。