农林复合系统中直翅目昆虫声学监测与保护管理策略研究

《Journal of Insect Conservation》：Listening to orthoptera in agroforestry: methodological and management insights for conservation

本刊推荐：为应对集约化农业对生物多样性的威胁，研究人员在瑞士西部20个农林复合系统中，结合样线法和被动声学监测(PAM)评估直翅目(Orthoptera)多样性。研究发现PAM能有效检测隐蔽物种，植物物种丰富度(PSR)和有机管理分别对物种丰富度和多度有积极影响，为农业景观中昆虫保护提供了新方法。

　　

在全球人口增长驱动下，粮食需求持续增加导致农业实践不断强化，农药和化肥的过度使用不仅加剧全球变暖和地下水污染，更成为生物多样性丧失的主要驱动因素。现代农业集约化实践通过移除半自然景观要素降低景观复杂性，对包括直翅目昆虫(Orthoptera)在内的许多动物类群造成严重威胁。数据显示，德国31.3%的直翅目物种面临生存威胁，而瑞士105种本土物种中更有39.2%被列为受威胁物种。这种生物多样性的急剧下降不仅影响生态系统功能，更危及农业可持续发展。

农林复合系统(Agroforestry Systems, AFS)作为一种将多年生木本植物(树木和灌木)与农作物或牲畜整合在同一土地管理单元中的农业实践，被认为是缓解这一危机的有效途径。这类系统通过增加景观异质性和提供多样化栖息地，有望促进生物多样性保护。在瑞士，传统农林复合系统如汝拉州的"Wytweiden"和提契诺州的"Selven"已被证明对生物多样性有积极影响，但由于经济和管理限制，这些传统系统正急剧减少。现代农林复合系统应运而生，通过行状种植( alley cropping)树木以适应机械化作业需求，其中林耕系统(silvoarable systems)作为主要形式，将间距较宽的树木与一年生或多年生作物间作。

直翅目昆虫在草地生态系统中贡献超过一半的节肢动物生物量，是食物网中的重要环节，为多种蜘蛛和鸟类提供关键食物来源。然而，现代农林复合系统对直翅目种群的影响尚不明确，特别是林下植被带(Understory Vegetation Strips, UVS)作为潜在栖息地的质量影响因素需要深入探究。同时，传统直翅目监测方法如样线法(transect)虽能提供丰富数据，但耗时耗力且具有侵入性，亟需开发更高效的监测技术。

为解决这些问题，来自瑞士Agroscope研究所的研究团队在《Journal of Insect Conservation》上发表了一项创新性研究，通过结合被动声学监测(Passive Acoustic Monitoring, PAM)和传统样线法，系统评估了瑞士西部20个林耕系统中直翅目昆虫的多样性和多度，并深入分析了管理措施和生境特征对种群的影响。

研究方法上，研究团队在20个建立于2020年的林耕系统中开展野外调查，结合样线法和被动声学监测技术。样线调查在7月和8月各进行一次，每次记录物种丰富度和个体数量。被动声学监测使用AudioMoth录音设备，在8月1日至10日期间每天录制两小时(12:00-14:00和22:00-00:00)，共分析2586个音频片段。研究人员还收集了植物物种丰富度(PSR)、管理方式(有机/常规)、林下植被带宽度等环境因子数据，通过多元线性回归模型分析这些因素对直翅目物种丰富度(Orthopteran Species Richness, OSR)和多度(Orthopteran Abundance, OA)的影响。

研究方法比较：声学监测与传统样线法的优劣

研究结果显示，被动声学监测(PAM)在检测直翅目物种丰富度方面表现出与传统样线法相当的效果。日间PAM平均检测到4.0种(±1.3)，而样线法平均检测到4.6种(±1.5)。虽然Wilcoxon检验显示两种方法存在显著差异(p=0.044)，但简化主轴回归(Reduced Major Axis regression)分析表明两种方法的估计值沿1:1线呈正相关，斜率0.74(95% CI: 0.26-1.62)和截距0.53(95% CI: -3.51-2.73)均与1:1线无显著差异。

在物种检测能力上，PAM展现出独特优势，成功检测到一些在样线调查中易被忽略的物种，如具有隐蔽行为的罗氏蠡蟖(Roese^′lii)和分布密度较低的线斑蟖(Stenobothrus lineatus)。这表明PAM的非侵入性特性对于检测稀有或隐蔽物种具有明显优势。然而，PAM也存在局限性，无法检测不通过摩擦发声的物种如飞蝗(Mecostethus parapleurus)，且对夜间活动的物种如绿丛蟖(Tettigonia viridissima)在日间录音中无法检测。此外，PAM无法提供个体数量估计，且对物种确切位置的判断存在不确定性，特别是对于鸣声传播距离远的物种。

环境因子对直翅目多样性的影响

研究发现在影响直翅目物种丰富度(OSR)的所有环境因子中，植物物种丰富度(PSR)是最重要的解释变量。模型显示PSR与OSR存在正相关关系(Estimate=0.106, SE=0.052, t(18)=2.06, p=0.055)，尽管这一趋势仅接近统计显著性。该模型解释了OSR变异的19%(R²=0.19)，表明林下植被带内植物多样性的增加有助于支持更多直翅目物种。这种正相关可能源于植物多样性增加了植被结构异质性，为不同生态需求的直翅目物种提供了多样化栖息地，同时也可能提供了更多产卵基质和食物资源。

管理方式对直翅目多度的作用

对于直翅目多度(OA)，模型选择显示管理方式(M)和林下植被带数量(NOU)是最有影响力的因子。分析表明，常规管理系统的直翅目多度低于有机管理系统(Estimate=-0.56, SE=0.29, t(17)=-1.95, p=0.069)，相当于平均减少约56%。这种差异可能源于常规农业中农药的飘移污染和化肥使用对直翅目的负面影响。杀虫剂可能通过接触、摄食和污染产卵基质等途径影响直翅目种群，而矿物肥料则可能改变土壤温度和氮含量，影响卵的孵化和产卵选择。林下植被带数量对多度的负面影响虽不显著，但可能反映了年轻农林复合系统中种群尚未完全建立的现状。

研究结论强调，被动声学监测(PAM)作为传统监测方法的有效补充，特别适用于检测隐蔽和低密度的直翅目物种。农林复合系统通过增加林下植被带的植物多样性和采用有机管理措施，可以有效促进直翅目昆虫的多样性和多度，进而支持农业景观中的生物多样性保护。这一研究为农业生态系统中昆虫多样性监测提供了方法学创新，同时为可持续农业管理提供了实践指导，表明通过适当的生境管理和减少化学投入，农林复合系统有望成为集约化农业景观中生物多样性保护的重要策略。

研究还记录到包括脆弱物种如双色蟖(Bicolorana bicolor)、褐蟖(Chorthippus fuscus)和镰蟖(Pholidoptera falcata)在内的多种受威胁直翅目物种，进一步证实了农林复合系统作为生物多样性保护工具的潜力。未来研究可结合植被结构参数和更长期的监测数据，深入探讨管理措施对直翅目种群动态的影响机制，为农业生态环境保护提供更全面的科学依据。