农田、草原、森林，1+1=多

上海郊区桃园下长满了草(图片来源:万年峰)

天敌、植食性昆虫和植物相互作用的通径分析(照片来源:常青峰)

农业和林业的集约化代表了从自然栖息地向单一农业区的转变。随着杀虫剂的过度使用，我们赖以生存的环境遭到了破坏。

为了减少这些负面影响，生态学家提出了“生态集约化”的思想，即在农业和林业生产中利用自然生态过程来更有效地利用资源。

增加植物物种多样性已被证明是有效的方法之一。

5月4日，《自然-植物》发表了中外科学家合作研究的成果。通过分析全球2900多组植物种植系统的数据，他们发现在农业、草地和森林系统中，增加植物物种多样性可以减少害虫，保护害虫的天敌，并提高作物产量和质量。

这为减少农药消费、防止农药污染和在食品网络层面保护生态环境提供了理论依据。

谁对植物、害虫和天敌拥有最终决定权？

众所周知，生物多样性可以促进生态系统的服务功能。

该论文第一作者、上海农业科学院研究员冯万年在接受《中国科学报》采访时表示，以往的研究往往局限于某一点或某一地区的小规模实验，植物多样性的增加对食物网中不同营养水平的影响以及它们在不同生态系统和生物群落中的相互作用尚未在全球范围内得到全面考虑。

营养水平是指生态系统食物链中生物体的水平。作为生产者的绿色植物和所有自养生物都处于食物链的起点，共同构成第一个营养级。以绿色植物为食的植食性动物处于第二营养级。第三个营养级包括所有以植食性动物为食的食肉动物，如捕食性天敌和寄生性天敌。

“我们正在研究植物物种多样性。农业系统中的主要作物，以及草原和森林系统中的植物属于第一营养级。植食性昆虫是第二营养级，包括害虫。植食性昆虫的天敌属于第三营养级万年峰解释道。

目前，不同作物间作和果园种草可以增加农业系统的物种多样性。“种植者和管理者更喜欢这些技术，因为它们可以提高土地利用效率，增加额外的经济收入，并提高天敌对害虫的控制效果。”万念峰说道。

虽然有许多案例分析植物物种多样性对作物、植食性昆虫及其天敌的影响，但从全球角度来看，关于这三个营养功能群之间相互作用的报道很少。

"作为生态学家，我们对上述问题非常感兴趣."冯万年说，“从全球范围来分析上述问题，研究结果将更具说服力和普遍性，为生产者和管理部门完善植物物种多样性种植体系提供更大范围的理论依据。”

多样性增加，营养水平联动

为了得到可靠的答案，来自上海农业科学院、复旦大学、浙江农林大学、丹麦哥本哈根大学、德国康斯坦茨大学、美国斯坦福大学、意大利高山环境研究所、美国匹兹堡大学和美国明尼苏达大学的研究人员联合收集并分析了世界各地的数据。

该论文的合著者、上海农业科学院研究员蔡友明表示，在收集和分析的2900组数据中，包括多种或单一植物栽培系统，95%以上的数据来自农业和草地系统等人工管理的环境。

他们的研究结果表明，在农业、草地和森林系统中，添加其他植物物种可以提高捕食性天敌的丰度和捕食率，以及寄生天敌的丰度和寄生率。

为什么第一营养级的结构变化直接影响第三营养级？

“科学家们提出了许多假说来解释这一现象。其中一个经典假设是天敌假设。”冯万年向《中国科学日报》解释说，在农田系统中，植物物种多样性的增加可以表现为作物间作或在农田周围种植其他经济植物。这为天敌昆虫提供了一个很好的躲避恶劣天气的庇护所，也为它们提供了花蜜和其他食物。

因此，第三营养级的天敌数量增加，它们的捕食或寄生能力增加。这降低了第二营养级害虫的数量和危害程度，并提高了第一营养级作物的产量和质量。

论文合著者、上海市农业科学院研究员蒋洁先指出，陆地生态系统中植物物种多样性的增加有促进植物、植食性昆虫和天敌三个营养层次之间联系的趋势。特别是在多样化的农业系统中，营养功能群之间的连锁效应更加明显。

“+1”，效果完全不同

“有趣的是，我们发现添加一种植物和多种植物并不会显著影响农业生态系统中天敌的数量。”蔡友明说，因此，在农业生态系统中，主要农作物上的天敌数量和多样性只有通过在主要农作物上增加一种植物，通过种植诱捕植物、间作、果园种草等措施才能明显增加。

“这些发现清楚地表明，植物物种多样性可以帮助农民和决策者利用有益昆虫提供的重要生态系统服务。”蒋洁先说道。

参与这项研究的浙江农林大学副研究员邓说，这鼓励充分利用植物多样性来增加天敌数量，促进对有害生物的自然控制，并减少化学农药的使用。

简而言之，增加物种多样性有利于加强农业的生态集约化，这表现在有益的生物和植物特性(生长、繁殖和质量)的增加，害虫和杀虫剂的减少，以及经济利润的增加万年峰说，这表明种植者和管理决策者可以通过使植物种类多样化和充分利用天敌提供的生态服务来减少化学农药，提高作物产量和质量。

“*管理部门应制定相关政策，在生产实践中广泛应用和推广植物物种多样性种植制度，以更好地造福全人类和他们生活的地球。”蔡友明说道。

除了植物物种多样性之外，亚洲独特的稻鱼共生和菜鱼共育也被证明能够促进农业生态集约化。

例如，万年峰说，捕食鱼类减少了害虫和杂草，这反过来有助于减少化学杀虫剂的使用，这有利于保护天敌昆虫。此外，鱼粪改善了土壤，增加了土壤肥力，提高了水稻产量和质量。更值得注意的是，稻鱼共生的经济效益高于传统的水稻单作。

“鉴于物种多样性的多重效益，我们将与上海市农业委员会、林业局和农林促进局合作，在上海推广这些技术，并为农村振兴提供切实可行的技术支持。”蔡友明对这种技术的应用前景充满信心。

这些结论表明，关于物种多样性对营养水平影响的研究不仅在学术界具有重要的理论意义，而且在服务社会和满足国家主要需求方面具有应用价值。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41477-020-0654-y