优化修剪方式可以减轻修剪对昆虫多样性的短期负面影响

《Journal of Environmental Management》:Optimizing mowing practices can mitigate the short-term negative impacts of mowing on insect diversity

【字体: 时间:2026年09月09日 来源:Journal of Environmental Management 9.2

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  摘要城市草地是城市绿地的重要组成部分,具有巨大的生物多样性保护潜力。传统的修剪方式可以通过改变优势草本植物的生态位来增加植物多样性,但往往会对昆虫群落产生不利影响。因此,制定适当的修剪策略对于保护昆虫和维持多营养级生物多样性至关重要。在这项研究中,我们通过对照组实验评估了修剪过程

  

摘要

城市草地是城市绿地的重要组成部分,具有巨大的生物多样性保护潜力。传统的修剪方式可以通过改变优势草本植物的生态位来增加植物多样性,但往往会对昆虫群落产生不利影响。因此,制定适当的修剪策略对于保护昆虫和维持多营养级生物多样性至关重要。在这项研究中,我们通过对照组实验评估了修剪过程中保留开花植物对植物和昆虫多样性的短期影响。设置了四种处理方式:修剪组(M)、保留Medicago sativa L.的组(MS)、保留Carduus nutans的组(CN)以及对照组(CK)。使用聚类分析比较了这四种处理方式下的植物和昆虫群落组成,并进一步通过线性回归和冗余分析(RDA)研究了植物多样性和植物功能群对昆虫多样性的影响。与对照组相比,所有三种修剪处理方式都显著增加了植物多样性。然而,这些处理方式显著降低了昆虫的Shannon-Wiener多样性,主要是由于双翅目、鞘翅目和直翅目的数量减少所致。豆科植物的覆盖度和高度与昆虫的Shannon-Wiener多样性呈正相关。偏最小二乘结构方程建模(PLS-SEM)显示,修剪对昆虫多样性的影响是通过改变豆科植物的群落结构来实现的。这些发现表明,在修剪过程中保留优势开花植物可以在增加植物多样性的同时,减轻昆虫多样性的短期损失。

引言

城市草地被定义为近似自然的草坪,修剪频率较低,主要由多年生开花杂草物种组成(Norton et al., 2019)。它们提供的生态系统服务与传统草坪相当;然而,由于其更丰富的植物群落组成和结构,它们能够在较低的维护成本下支持更高的生物多样性水平(Hoyle et al., 2017)。城市草地植物群落通常以较高的双子叶植物和单子叶植物比例以及更多的植物物种为特征(Trémeau et al., 2024)。更多的植物多样性反过来又支持其他分类群(包括昆虫、鸟类和土壤微生物)的更高丰富度和数量(Horak et al., 2022; Paker et al., 2014)。然而,城市草地的生态效益正受到不适当城市管理实践的日益威胁(Aronson et al., 2017)。修剪是一种广泛使用的管理措施,旨在保持休闲功能和美观价值,但其对生物多样性的负面影响往往被忽视。因此,研究修剪对植物和昆虫多样性的影响可以为城市草地生物多样性保护提供实证基础。
许多研究表明,减少修剪强度可以通过增加植物物种丰富度、改变群落结构和提高本地物种比例来 benefit 植物群落(Gros et al., 2023; Rada et al., 2024; Wilson and Clark, 2001)。在法国的公园草地中,每年修剪一次的区域比每年修剪15-20次的区域植物多样性高出40%(Chollet et al., 2018)。在德国蒂宾根,每年修剪一次或两次的草地支持的植物物种数量比集约管理的草坪多30%。此外,修剪频率较低的草地的物种组成从耐修剪的常见种类转变为典型的草地物种(Sehrt et al., 2020)。这些发现表明,城市草地群落的组成受到当地修剪制度的影响很大(Bertoncini et al., 2012)。修剪主要通过直接改变物种的生态位以及释放之前被竞争物种占据的光、水和其他资源来影响植物多样性。这些变化改变了种间竞争,最终改变了群落组成(Zhang et al., 2011)。一项研究发现,每年修剪一次的草地有利于典型禾本科植物的生长,而每年修剪两到三次的草地则支持更多的菊科和车前科植物(Gros et al., 2023)。重要的是,修剪还可以抑制外来植物的入侵。在澳大利亚的草地保护区,每年修剪一次可以增加本地多年生草类的覆盖度,减少外来多年生草类的覆盖度和枯落物积累,并改变群落组成(Smith et al., 2018)。总体而言,修剪强度与植物多样性呈负相关,减少修剪频率越来越被认为是一种促进城市植物多样性的有效策略(Hu and Lima, 2024)。
频繁修剪通常会对植物和无脊椎动物群落产生不利影响,表现为数量、丰富度和多样性的减少(Proske et al., 2022)。研究人员比较了每年修剪12次的集约管理草地和每年修剪一次的较不集约管理的草地,发现植物多样性更高、管理强度更低的草地支持更多的昆虫物种丰富度和Shannon多样性(Smith et al., 2018)。一项元分析同样表明,减少修剪对节肢动物数量有适度积极影响,并对节肢动物分类多样性有显著累积积极影响(Proske et al., 2022)。除了植物多样性外,植物群落组成和区域物种库也会显著影响昆虫的数量和多样性。Christoph Scherber认为,特定的植物功能群对昆虫的影响大于物种丰富度本身(Scherber et al., 2006)。在对德国中部71块管理草地的研究中,节肢动物数量与植物物种丰富度无关,但与植物群落组成密切相关(Perner et al., 2005)。这一发现突显了植物群落组成在决定昆虫数量方面的重要作用。一般来说,开花植物物种的数量和总花量可能更好地解释草地中的节肢动物多样性(Noordijk et al., 2010)。尽管修剪可以改变植物多样性和群落结构,但目前尚不清楚这两个因素中的哪一个对昆虫多样性有更大的影响。
文献回顾显示,2004年至2024年间,关于中国草地管理中修剪对生物多样性影响的研究占全球相关研究的不到7%,且主要是观察性研究,对照组实验很少(Hu and Lima, 2024)。此外,在缺乏生产相关目标的情况下,关于修剪时间和频率的决定往往根据利益相关者的管理目标而变化,导致关于修剪对生物多样性影响的知识缺口较大。为了填补这些空白,我们在中国吉林省长春市的一个城市草地上进行了基于样地的实验,以评估不同修剪处理方式对植物和昆虫群落组成及多样性的影响。我们假设:(1)不同修剪处理方式下的植物群落结构和多样性会有所不同;(2)昆虫对修剪的反应会在不同分类群中有所不同;(3)修剪处理方式会通过改变植物群落结构间接影响昆虫多样性。

章节摘录

研究区域

实验在中国吉林省长春市的中国科学院东北地理与农业生态研究所的绿地中进行。该地区具有温带大陆性气候,季节变化明显。2020年至2025年间,年平均降水量为567毫米,年平均气温为4.8摄氏度。11月至4月,平均月气温低于10摄氏度。该研究所占地约45公顷,其中

修剪对植物和昆虫群落结构及多样性的影响

在24个调查样地中鉴定出18种植物,并计算了它们的重要性值(表S1)。根据植物重要性值,将四种修剪处理组分为三类。Carduus nutans保留组和Medicago sativa L.保留组归为一类,而修剪组和对照组各自构成另一类(图2)。在Carduus nutans保留组和Medicago sativa L.

植物群落结构和多样性对修剪处理的响应

我们的研究结果表明,修剪显著改变了植物群落结构,这与先前的研究一致(Li et al., 2020)。修剪主要通过改变养分可用性、改变优势物种和重塑植物群落组成来影响城市草地生态系统的结构和功能(Chen et al., 2021)。其最直接的影响是降低植物高度,从而改变光照可用性(Antonsen and Olsson, 2005)。光照竞争

结论

作为常见的城市绿地管理措施,修剪显著提升了城市环境的美观性。然而,修剪对植物和昆虫多样性的影响机制仍不甚明了。我们的研究通过在城市草地设置24个实验样地,重点研究了不同修剪处理方式对植物和昆虫多样性的短期影响。结果表明,修剪可以增加豆科和禾本科植物的物种丰富度,

CRediT作者贡献声明

石金豪:撰写——原始草稿、可视化、验证、监督、软件使用、方法学、调查、正式分析、数据整理。郑海峰:撰写——审阅与编辑、监督、资源协调、项目管理和资金获取、概念构思。邱仁健:调查。李兆义:调查。曹亚卓:调查。陈天鹏:调查。高鑫:调查。赵阳:调查。张莉莉:调查。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益 PERSONAL 利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究由中国国家重点研发计划资助:城市生物多样性增强技术及示范2023YFF1304600)。
Jinhao Shi|Haifeng Zheng|Renjian Qiu|Zhaoyi Li|Yazhuo Cao|Tianpeng Chen|Xin Gao|Yang Zhao|Lili Zhang
中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生态与环境重点实验室,中国吉林省长春市,130102
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