50米分辨率泛欧景观自然害虫控制服务潜力图谱：基于形态空间格局分析与高分辨率遥感数据

《Scientific Data》：Mapping the potential of Natural Pest Control services in pan-European landscapes at 50?m resolution

　　本研究针对农药依赖与农业可持续性挑战，通过整合Copernicus高分辨率图层（HRL）与217个野外调查点数据，开发了50米分辨率的泛欧自然害虫控制（NPC）潜力指数图谱。研究采用形态空间格局分析（MSPA）区分线性与面状半自然栖息地（SNH）功能，结合CAPRI氮输入层识别粗放草地，揭示了SNH配置对天敌支持功能的关键影响。该成果为从大陆尺度到田间管理的精准生态调控提供了空间决策工具，相关数据和脚本已开源。

　　

在当今追求农业可持续发展的背景下，如何减少化学农药依赖已成为全球性挑战。自然害虫控制（NPC）作为关键的调节型生态系统服务，通过捕食性昆虫和寄生性蜂类等天敌（NE）抑制害虫，既能维持作物产量又可降低环境风险。然而，这项服务的有效性高度依赖于农业景观的复杂性——特别是半自然栖息地（SNH）的数量、质量及其空间配置。这些栖息地为天敌提供越冬场所、替代寄主和迁徙通道，是维持农田生态平衡的“生态基础设施”。尽管先前研究已认识到SNH的重要性，但大尺度、高精度的定量评估一直缺乏，制约了精准农业生态政策的制定。

早期泛欧尺度的NPC评估受限于百米级分辨率数据，难以捕捉田间尺度的生态过程。随着Copernicus计划发布5-10米高分辨率图层（HRL），精细化刻画SNH形态与分布成为可能。为此，欧盟联合研究中心的Rui Catarino团队在《Scientific Data》发表了题为“Mapping the potential of Natura Pest Control services in pan-European landscapes at 50m resolution”的研究，通过对2018年HRL数据的深度整合与形态空间格局分析（MSPA），将NPC潜力评估分辨率提升至50米，为多尺度生态管理提供了突破性工具。

研究团队创新性地融合了树冠密度（TCD）、木本植被掩膜（WVM）和草地（GL）三类HRL数据，并引入CAPRI模型的氮输入层作为草地管理强度的代理指标。通过MSPA算法，将木本SNH划分为线性（WL）与面状元素，后者进一步区分出边缘区（WAe）和内部区（WAi），精准量化了其生态功能差异：线性要素促进天敌迁移连通性，而面状斑块提供稳定庇护所。此外，通过设定氮输入阈值（<50 kg N ha^-1 yr^-1）筛选出具有生态价值的粗放管理草地，归类为草本面状栖息地（HA）。最终基于500米半径的距离衰减模型，综合计算每个50米栅格的NPC指数（NPCi）。

主要研究结果

半自然栖息地分类与分布

研究生成的SNH图层显示，泛欧农业区中WAi、WAe、WL和HA的面积分别为215,384 km2、139,492 km2、49,786 km2和228,593 km2，占农业总面积比例分别为8.9%、5.8%、2.1%和9.4%。国家间SNH构成差异显著：瑞士的SNH占比最高（65.4%），而荷兰最低（10.2%）。土耳其的SNH绝对面积最大（约135,296 km2），但其空间配置效率较低。

NPCi空间格局与土地利用关联

泛欧NPCi均值为24.5（标准差±21.4），中位值18.7，呈现出强烈的空间异质性。不同农业用地类型的NPCi差异显著：耕地NPCi最低（中位值10.0），永久作物（中位值37.8）和异质农业区（中位值47.9）较高，反映出土地利用强度与结构复杂性对天敌支持能力的直接影响。

国家尺度上，瑞士（NPCi中位值59.3）、挪威（53.6）和阿尔巴尼亚（48.6）位列前茅，而荷兰（8.9）、丹麦（11.1）和立陶宛（11.3）得分最低。大型农业国如德国（12.1）、法国（16.1）和西班牙（12.7）因集约化程度高、SNH配置不足，NPCi表现平平。

区域典型案例验证

通过NUTS-3级区域对比，研究揭示了景观配置对NPCi的深层影响。荷兰弗莱福兰（Flevoland）和西班牙巴利亚多利德（Valladolid）作为低值区代表，均以大面积单一耕地为主，SNH元素稀缺，NPCi中位值仅1.1和3.2。相反，意大利格罗塞托（Grosseto）和葡萄牙上阿连特茹（Alto Alentejo）虽同属地中海农业区，但因其破碎化景观中镶嵌橄榄园、灌丛等SNH斑块，NPCi中位值达35.4和32.9。

尤为值得注意的是，匈牙利贝凯什（Békés）与德国埃姆斯兰（Emsland）均以90%以上耕地为主，但后者因混合畜牧业带来的景观异质性，NPCi中位值（15.1）显著高于前者（3.5）。类似地，爱尔兰中西部与德国不来梅虽同属牧区，但后者因粗放草地（HA）占比达66.1%，NPCi高达69.4，凸显管理强度对生态功能的调控作用。

研究结论与意义

本研究通过高精度空间建模证实，自然害虫控制潜力不仅取决于SNH面积，更由其空间配置决定。线性要素（WL）与边缘生境（WAe）对天敌连通性的贡献尤为关键，而粗放草地（HA）则是集约化牧区提升生态功能的重要杠杆。该图谱首次实现了从大陆宏观策略到田间微观布局的无缝衔接，为欧盟“自然恢复条例”等政策提供了量化基准。开源的工作流设计允许用户基于更新数据或区域本地化应用，促进全球农业景观可持续管理的标准化与可比性。未来通过耦合作物类型、农药使用等本地化数据，可进一步优化服务流评估，推动生态功能与农业生产力的协同提升。