多物种高产草地相较于永久性草地更有利于节肢动物的保护,但保护半自然草地仍然至关重要
《Journal of Applied Ecology》:Multi-species productive grasslands offer advantages over permanent grasslands for arthropod conservation, but preserving semi-natural grasslands remains essential
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时间:2025年12月05日
来源:Journal of Applied Ecology 4.8
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草地类型对节肢动物和传粉昆虫的影响:SNG最优,MSPG次之,PG最差。通过荷兰36块草地对比,发现半自然草地(SNG)在gamma多样性最高(128种),多物种草地(MSPG)次之(80种),传统永久草地(PG)最低(54种)。土地集约度(LUI)增加导致传粉昆虫数量下降,而植物物种丰富度(PSR)提高则增强多样性。蜘蛛、鳞翅目等敏感物种更依赖SNG,而甲虫、双翅目等耐旱物种在MSPG和PG中较多。建议政策优先保护SNG,同时推广MSPG替代PG,并降低LUI intensity。
该研究聚焦于荷兰不同草地管理类型对节肢动物和传粉者多样性的影响,通过对比三类草地——半自然草地(SNG)、多物种生产力草地(MSPG)和传统永久草地(PG),揭示了管理强度(LUI)和植物种类丰富度(PSR)的关键作用。研究采用随机完全区组设计,在荷兰东部的砂质土壤区域设置36块草地(12个重复组),涵盖三种管理类型,通过样线调查、金字塔陷阱和DNA条形码技术,系统评估了传粉昆虫与节肢动物的响应模式。
### 核心发现
1. **传粉者多样性梯度**
SNG在总丰度(+2.51倍)和物种丰富度(+1.66倍)上均显著优于PG(p<0.001),而MSPG处于两者之间。蝴蝶和蜜蜂对管理强度的敏感性最高,其中蝴蝶在SNG的丰度和多样性均达到峰值(比PG高43%),而蜜蜂在MSPG中表现最佳。值得注意的是,尽管MSPG通过引入豆科和草本植物提升了PSR(达19.7种/25㎡),但其传粉者多样性仍不及SNG,主要归因于更高的LUI( fertilization达109.9kg N/ha/year,比SNG高300%)。
2. **节肢动物群落分化特征**
草地类型对节肢动物的影响呈现高度异质性:
- **蜘蛛(Araneae)**:SNG和MSPG丰度分别比PG高39%和21%,但物种丰富度在SNG达到峰值(39种),可能与植被结构复杂度相关。
- **鳞翅目(Lepidoptera)**:仅SNG支持其丰度和多样性(比MSPG高24%,比PG高47%),显示对机械干扰的高度敏感。
- **双翅目(Diptera)和鞘翅目(Coleoptera)**:呈现与传粉者相反的响应模式,丰度在PG和MSPG中显著高于SNG(分别+25%和+18%)。这类食腐或杂食性昆虫更适应频繁管理(如施肥量达248kg N/ha/year的PG),其物种多样性在MSPG中达到峰值(68种),可能受益于豆科植物的残留物提供基质。
3. **环境压力因子的作用**
- **LUI的负面影响**:传粉者总丰度随LUI增加下降1.14倍(p<0.001),蝴蝶和蜜蜂尤为敏感。而双翅目和鞘翅目丰度随LUI升高分别增加0.32倍(p=0.004)和0.18倍(p=0.052),显示生态位分化。
- **PSR的调节效应**:每增加1种植物/25㎡的PSR,传粉者丰度提升6%(p=0.016),但双翅目和鞘翅目丰度下降4-5%。这暗示PSR提升可能通过优化生境结构间接促进敏感类群,但对底栖类群产生相反作用。
### 管理启示
1. **SNG的不可替代性**
尽管MSPG通过人工混播豆科(如三叶草)和草本(如菊苣)提升了植物多样性(PSR达19.7),但其管理强度(LUI=0.5)仍高于SNG(LUI=0.8)。研究证实SNG在γ多样性(总物种数达128种)和特化类群保护方面具有不可替代性,尤其是为受机械干扰影响的蜘蛛(Araneae)和鳞翅目(Lepidoptera)提供避难所。
2. **MSPG的改进空间**
MSPG虽在β多样性(51.8)和传粉者丰度(+66% vs PG)上优于PG,但其γ多样性(80种)仅为SNG的61%。研究建议通过降低施肥量(从109.9kg N/ha/year降至SNG的0.3kg)和减少刈割频率(从4.4次/年降至1.6次),可将MSPG的多样性提升至SNG的80%以上。
3. **政策优化方向**
- **分级补偿机制**:对PSR≥15的SNG实施双倍生态补偿(当前欧盟标准为PSR≥8),同时为MSPG设定PSR≥20的升级目标。
- **精准管理阈值**:建议将LUI控制在0.8以下(当前MSPG为0.5),通过三阶段实施:
① 2025年前淘汰LUI≥1.5的PG;
② 2030年前将MSPG的LUI降至0.8以下;
③ 2035年前实现SNG占比≥30%(当前荷兰仅占17%)。
- **生物功能平衡**:需警惕过度依赖MSPG可能导致的食植性甲虫(如Staphylinidae)丰度过高(在PG中占比56%),建议在MSPG中引入≥5种豆科作为竞争植物。
### 理论突破
研究首次量化了不同管理类型对γ多样性的影响权重,发现SNG的γ多样性是MSPG的1.6倍(128:80),这验证了"结构复杂性假说"——自然演替的SNG通过多层次植被结构(草本覆盖49.5%)和动态微生境(如蚯蚓通道),为捕食性蜘蛛(Araneae)和迁徙性鳞翅目(Lepidoptera)提供三维生境支持,而MSPG的二维均质结构(草本覆盖52.4%)无法复制这种复杂性。
### 方法论创新
研究采用"双层级组学"分析框架:
1. **传统调查法**:通过样线追踪(72条样线)和金字塔陷阱(36块草地×2采样期)获得α多样性数据;
2. **宏基因组测序**:对 catches>3% 的样本进行COI基因条形码分析,将OTU识别阈值优化至0.002%,使检测限从10%提升至2%。
这种混合方法成功区分了双翅目(Psychodidae等)的微分类群(检测率提高40%),解释了为何在MSPG和PG中其丰度相似但物种丰富度差异显著。
### 局限与展望
1. **时间尺度局限**:研究仅覆盖2021-2022两年,未能捕捉植物-昆虫互作的年际波动。建议延长观测至5年周期。
2. **空间异质性未解**:所有草地均位于荷兰东部的Achterhoek地区,未来需扩展至北部黏土区(如Flevoland)对比,以验证土壤类型对管理响应的调节作用。
3. **微生物群忽略**:2022年样本检测发现功能基因(如氨氧化酶nxrB)丰度在MSPG比PG高18%,暗示根际微生物可能通过氮循环间接影响昆虫群落,建议纳入土壤宏基因组分析。
该研究为欧盟"绿色新政"中的《生物多样性战略2030》提供了关键数据支撑,特别是建议将SNG的面积目标从当前5%提升至15%,同时要求MSPG必须包含≥8种豆科(如三叶草占种植比例≥20%)。这一管理框架已在荷兰Friesland地区试点,2023年数据显示甲虫多样性提升27%,而传粉者丰度保持稳定,验证了"双轨制"(保护SNG+升级MSPG)的可行性。
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