谷物农田食物网的动态本质：高频采样揭示生态系统服务评估新视角

《Scientific Reports》：The dynamic nature of cereal food webs challenges the suitability of snapshot sampling for assessing ecosystem services

　　本研究针对当前食物网动态研究缺乏短期时间尺度数据的瓶颈，通过每两周一次的高频采样，结合分子食性分析技术，系统揭示了欧洲大麦田无脊椎动物食物网在作物生长季节内的快速动态变化。研究发现食物网连接度、物种专一性(d′)和营养链重构等参数均呈现显著短期波动，表明传统静态采样会系统性高估或低估生态系统功能，为农业生态系统管理和生物防治策略优化提供了重要科学依据。

　　

在农业生产高度依赖化学农药的今天，生物防治作为可持续发展的关键途径备受关注。然而，农业生态系统中复杂的食物网相互作用如同一个"黑箱"，科学家们对其短期动态变化知之甚少。传统食物网动态理论主要基于中长期数据，但由于技术限制和研究方法局限，我们对几天或几周内食物网如何响应环境变化的认知存在巨大空白。这种认知缺口直接影响了生物防治效果的准确评估和精准管理。

奥地利因斯布鲁克大学的Pedro Nuno Branco Leote、Michael Traugott和Oskar Ragnar Rennstam Rubbmark在《Scientific Reports》上发表的研究，通过创新性的高频采样策略揭开了这一谜题。研究团队在两年时间内，每两周对欧洲大麦田中的无脊椎动物食物网进行一次全面"体检"，追踪了从普通捕食者（步甲、隐翅虫和蜘蛛）到专性捕食者（草蛉、瓢虫和食蚜蝇幼虫），以及植食性（蚜虫和谷叶甲）和碎食性猎物（蚯蚓和弹尾虫）之间的复杂相互作用。

研究人员采用了多重技术手段开展这项系统性研究。在奥地利克马滕的六块有机管理大麦田中，通过设置施肥与不施肥的对比试验区，利用湿式陷阱连续四天收集土壤表层群落，干式陷阱活捉捕食者进行分子食性分析，同时通过样线调查统计蚜虫数量。分子分析采用三种多重PCR检测方法，分别针对不同类群的猎物DNA进行检测，通过计算加权连接度、Blüthgen's d′专一性指数、营养链重构相异性和群落组成相异性等指标，全面量化食物网的动态特征。

食物网结构

研究发现食物网中的营养连接数量随时间显著变化。在2020年和2021年，平均连接密度分别为2.30和1.50，随后在第一年第五次采样时达到峰值4.00，第二年第四次采样时为3.44。弹尾虫在整个季节都保持核心地位，特征向量中心性在0.931-1.000之间。蚜虫在两次研究的中间采样期重要性显著增加，而谷叶甲在第三轮采样时中心性达到峰值。

食物网复杂性

加权连接度（weighted connectance）在两个研究年中均与采样期显著相关，但不受施肥处理影响。2020年，加权连接度在茎伸长后期（第四采样期）前上升，随后下降；而2021年则从开始下降至第四采样期，然后缓慢上升。这一发现挑战了传统认为食物网复杂性应在生产力高峰期达到最高的理论预期。

专一性水平

物种水平专一性（Blüthgen's d′）对不同猎物的响应存在差异。弹尾虫在两年中均被广泛取食，95%以上的d′值为零，表明它们是捕食者的"主食"资源。蚜虫的专一性在2020年受施肥和采样期的交互影响，而2021年仅受施肥影响。谷叶甲的专一性在两年中均随时间变化，呈现不同的季节模式。

营养链重构和群落组成相异性

营养链重构相异性和群落组成相异性均不受施肥处理影响，但在两个研究年中均随季节显著变化。2020年，营养链重构在季节初期增加，中期（第四、五采样期）下降，后期再次上升；而2021年变化模式不同。群落组成相异性在两年中均先下降后变化，但具体模式存在年度差异。

研究结论强调，农业生态系统中的食物网相互作用具有高度动态性，即使在极短时间内也会发生持续重组。这种短期动态性导致基于单次或低频采样的生态系统功能评估存在系统性偏差。弹尾虫作为稳定的食物资源，在整个季节维持着食物网的基本结构，而蚜虫等害虫仅在爆发期成为核心资源。食物网重构主要源于物种行为变化而非群落组成更替，这一发现对生物防治策略具有重要启示：维持多样化的捕食者群落和稳定的替代猎物资源，可能比依赖单一专性天敌更能保障持续的害虫控制效果。

该研究通过高频采样和分子食性分析技术的创新应用，为理解农业生态系统中复杂的营养相互作用提供了新视角。研究结果表明，未来生态系统服务评估必须考虑时间动态性，避免因采样时间选择不当而高估或低估生物防治效果。这一认识对促进农业可持续发展、减少化学农药依赖具有重要理论与实践意义。