《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Concrete field margins and insecticide use erode and restructure spider assemblages in subtropical smallholder landscapes
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摘要：异质性小农景观正在经历快速集约化以提高生产力。这些景观传统上由线性非作物生境网络构成，如草地田埂或树篱，它们富含节肢动物多样性。此类生境为许多有益节肢动物提供资源、庇护所和越冬场所，这些节肢动物可在邻近农田提供生态系统服务。尽管重要性显著，但在许多亚洲小
摘要：异质性小农景观正在经历快速集约化以提高生产力。这些景观传统上由线性非作物生境网络构成，如草地田埂或树篱，它们富含节肢动物多样性。此类生境为许多有益节肢动物提供资源、庇护所和越冬场所，这些节肢动物可在邻近农田提供生态系统服务。尽管重要性显著，但在许多亚洲小农农业生态系统中，植被田埂等非作物生境正日益被混凝土边界取代，以保障土地所有权、适应机械化和方便田间管理。然而，这种农田边缘硬化对节肢动物群落，尤其是有益生态系统服务提供者的影响尚不清楚。本研究在中国云南大理55块种植谷物（水稻或玉米）或经济作物（烟草）的农田中开展为期两年的野外调查，结合基于功能性状的分析，研究了农田边缘硬化和杀虫剂施用增加如何在不同景观尺度半自然生境覆盖度下影响蜘蛛群落。研究发现，农田边缘硬化使蜘蛛物种丰富度和功能分散度分别降低14.2%和21.7%，并将群落过滤为小型、被动捕食的物种，同时改变了分类和功能组成。每次杀虫剂施用使蜘蛛活动密度降低13.5%，但未显著影响物种丰富度；相反，杀虫剂将群落过滤为大型、主动捕食的物种，并降低了结网物种的比例，尤其是在烟草田中。增加景观尺度半自然生境覆盖度可缓冲边缘硬化对功能多样性的负面影响，但对物种丰富度无显著改善。研究表明，维持传统的植被田埂比依赖景观尺度补偿更能有效保护蜘蛛多样性，而减少杀虫剂投入对维持自然害虫调控至关重要。因此，保护传统植被田埂并结合减少杀虫剂施用的综合害虫管理，应成为亚热带小农系统可持续农业管理的优先策略。
研究背景与科学问题
在全球粮食需求持续增长的背景下，以小农经营为主体的农业景观正经历快速集约化转型。这类景观传统上由镶嵌分布的农田与线性非作物生境（如植被田埂、树篱）构成，后者为多种节肢动物提供资源、庇护和越冬场所，从而支撑农田生态系统中的生物控害服务。然而，近年来在亚洲许多地区，为了明确土地权属边界、适应机械化作业和便于田间管理，传统的植被田埂正被大规模替换为混凝土硬化边界。与此同时，农业集约化往往伴随杀虫剂施用频率的增加。尽管这两种实践均可能对农田有益节肢动物群落产生负面影响，但目前关于农田边缘硬化对节肢动物，尤其是作为重要天敌的蜘蛛群落的效应知之甚少，更缺乏将边缘硬化与杀虫剂施用相结合、从功能和分类两个维度系统评估其联合效应的研究。此外，景观尺度的半自然生境能否缓冲局部集约化实践的负面效应尚不明确。为此，研究人员提出三个假设：（1）边缘硬化和杀虫剂施用会降低蜘蛛的活动密度、物种丰富度和功能多样性；（2）蜘蛛群落会对两种胁迫产生基于功能性状的分异响应，弱扩散者和主动捕食者比强扩散者和被动捕食者更易受影响；（3）增加景观尺度半自然生境覆盖度可以缓解边缘硬化的不利影响。
研究方法概述
研究人员于2023—2024年在中国云南省大理市30个农业景观中的55块农田（种植玉米、水稻和烟草）内开展野外采样。每块农田设置8个陷阱杯收集地表活动的蜘蛛成虫，经分类学家鉴定至种水平。选取体长、气球飞行倾向性和捕食方式作为功能性状指标，计算群落加权均值（CWM）和功能分散度（FDis）。利用无人机航拍和ArcGIS量化各农田周边100~500 m半径范围内的半自然生境覆盖度，并通过农户访谈记录各农田的杀虫剂施用次数。采用广义线性混合模型分析边缘类型、杀虫剂次数和半自然生境覆盖度对蜘蛛活动密度、物种丰富度、功能多样性及群落加权均值的影响，同时考虑作物类型和年份的交互作用。
研究结果
3.1 农田边缘硬化的影响
农田边缘硬化显著降低了蜘蛛的物种丰富度和功能分散度，分别下降14.2%和21.7%，但活动密度在两类边缘间无显著差异。群落组成方面，植被边缘田块的蜘蛛群落以较大体型、主动捕食的狼蛛科物种（如Piratula piratoides、P. yaginumai、Pirata piraticus）为指示种，而混凝土边缘田块则以较小体型、被动捕食的皿蛛科物种（如Mermessus fradeorum、Gongylidium bifurcatum、Hylyphantes graminicola）占优。功能性状排序进一步表明，混凝土边缘田块的蜘蛛群落功能分化减弱，趋向于小型、被动捕食的物种组合，这一趋势在水稻田中尤为明显。
3.2 杀虫剂施用的影响
每次杀虫剂施用使蜘蛛活动密度平均降低13.5%，但对物种丰富度无显著影响。功能分散度仅在烟草田中随杀虫剂次数增加而上升11.5%。在功能性状层面，水稻和烟草田中群落加权均值的体长和主动捕食比例随杀虫剂次数增加而升高，而烟草田中气球飞行倾向性则显著下降。
3.3 景观尺度半自然生境覆盖度的影响
半自然生境覆盖度对蜘蛛活动密度和物种丰富度无显著影响，但可提升功能分散度：在400 m尺度上，半自然生境覆盖度每增加10%，混凝土边缘田块的功能分散度提高21.1%。在100 m尺度上，半自然生境覆盖度每增加10%，混凝土边缘田块的群落加权均值体长和主动捕食比例分别提高27.6%和22.1%。气球飞行倾向性则在300 m尺度上随半自然生境覆盖度增加略有下降。
讨论与结论
讨论部分指出，农田边缘硬化主要通过消除植被结构复杂性来降低蜘蛛的物种丰富度和功能多样性，并将群落过滤为小型、被动捕食的物种，这主要是由于主动捕食的狼蛛依赖异质性植被获取庇护和觅食空间。该过滤效应具有作物特异性，在水稻田中最为突出，因为许多狼蛛物种偏好湿润环境，而混凝土边界切断了它们与自然水缘的联系。相比之下，杀虫剂施用主要降低优势种的丰度而非稀有物种的丰富度，导致活动密度下降，这可能削弱自然天敌与害虫的相遇率，进而损害生物控害服务。值得注意的是，两种胁迫施加了相反的性状过滤——边缘硬化筛选出小型、被动捕食者，而杀虫剂筛选出大型、主动捕食者，二者的叠加效应可能共同导致蜘蛛群落功能组成严重失衡。虽然增加景观尺度半自然生境覆盖度可以在一定程度上缓冲边缘硬化对功能多样性的损失，但根据模型估算，弥补21.7%的功能分散度损失需要将400 m范围内半自然生境覆盖度提高29.2%，这在以小农为主、追求产量增长的景观中实施难度极大。因此，保留传统植被田埂比依赖景观尺度补偿更具成本效益和可行性。
结论部分翻译如下：通过整合基于性状的方法，本研究的发现推进了对集约化实践（如农田边缘硬化和杀虫剂施用增加）如何共同塑造和过滤不同结构小农系统中蜘蛛群落功能组成的理解。边缘硬化损害了蜘蛛的丰富度和功能多样性，将群落过滤为小型、被动捕食的物种；而杀虫剂施用增加降低了蜘蛛活动密度，将群落过滤为大型、主动捕食的物种，并在部分情况下降低了气球飞行物种的比例。这些效应很可能是加性的，可能严重威胁小农系统中自然害虫调控的韧性。虽然增加景观尺度半自然生境覆盖度可部分缓冲这些不利影响，但补偿成本高昂且无法涵盖蜘蛛群落的所有方面。维持传统植被田埂同样有利于蜘蛛群落的功能组成，同时还支持更高的物种丰富度，这很可能有利于自然害虫调控并确保其韧性。尽管研究结果显示了传统植被田埂的普遍正面效应，未来研究应确定能够支持蜘蛛群落的植物组成和管理制度。因此，保护传统农田边缘生境，配合通过持续实施综合害虫管理来减少杀虫剂投入，应成为热带和亚热带小农系统管理政策的优先事项。
