黄河中下游农业景观异质性对传粉昆虫多样性的多尺度效应——以巩义市为例

农业景观中非农生物所提供的服务是生态系统保持稳定的基础,随着农业集约化程度的加强,生物多样性的持续丧失是现代农业发展最突出的表现形式之一.本文以黄河中下游典型农业区巩义市为研究区,根据其典型的地貌特征(山地-丘陵-河川)来探究地貌类型、景观和生境3种尺度上景观异质性对传粉昆虫多样性的影响.本研究使用诱捕盘法(pan traps)获取传粉昆虫,采用多因素方差分析多尺度上农业景观异质性对传粉昆虫多样性的影响.结果表明: 共捕获传粉昆虫67012头,分属7个目、86个科.其中,优势类群为食蚜蝇科、花蝇科;常见类群为果蝇科、丽蝇科、蜂虻科、头蝇科、花萤科、瘿蜂科、胡蜂科、小蜂科、切叶蜂科、蜜蜂科.地貌类型对传粉昆虫多样性的影响最为显著(P<0.001),表明丘陵和山地地区为传粉昆虫的蜜源地;其次是生境尺度(P<0.05),但景观尺度和尺度间的交互作用的影响不显著.丘陵和山地地区的景观异质性对传粉昆虫多样性的影响为本地区不同地貌类型的景观规划和生物多样性保护提供了理论支持.     

多尺度生态系统服务的权衡关系及其对景观配置的响应——以湖北省为例

多种生态系统服务相互关系及其对景观配置响应的多尺度分析一直是生态系统服务研究的热点问题,对于厘清生态系统服务尺度效应和实现区域分级管理具有重要的意义。以湖北省为研究区域,采用遥感、土地利用类型、水文、气象、土壤等多元数据,从5 km×5 km、10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km、25 km×25 km、县域和市域等7个递增尺度分析4种生态系统服务(水源供给、碳固持、粮食生产、水质净化)对景观配置的响应关系。结果表明：(1)4种生态系统服务的空间分布具有较强的异质性,粮食生产服务的高值区与水质净化服务的低值区主要分布于湖北省中部和东部的耕地集中区域,碳固持与水源供给呈现相反的空间特征。(2)生态系统服务权衡关系的作用强度随尺度增加而减弱,而协同关系呈增加趋势;同时服务间相互作用强度的变化大于作用方向的变化。(3)景观配置对生态系统服务的影响程度在县域和市域尺度上大于格网尺度。结果反映了受尺度变化中“削峰填谷”过程的影响,景观配置对生态系统服务影响的大小和正负效应具有尺度差异性。研究结果可为区域生态系统服务分级管理和景观格局调控提供科学参考。     

生物多样性不同层次尺度效应及其耦合关系研究进展

生物多样性包含遗传、物种、生态系统和景观多样性4个层次,虽然各个层次的研究较多,但是各层次间相互关系的研究较少。物种多样性多采用野外样方调查法,景观多样性采用遥感、地理信息系统和野外调查,研究方法较为成熟;生态系统多样性研究因生物地理地域和尺度的不同,常采用不同的分类体系,尚无统一评估标准。物种多样性的尺度效应在α、β、γ指数上均有不同体现,景观多样性的尺度效应非常明显。生境异质性与物种α和β多样性指数密切相关,在一定尺度上,丰富的景观多样性提高了物种多样性。未来研究需要揭示不同生物多样性层次之间的耦合关系,并将研究结果应用到生态系统红色名录制定、区域生物多样性综合监测与评估等实践之中。     

黄河下游农业景观中不同生境类型地表节肢动物优势类群

生物多样性是连接景观异质性与生态系统服务的桥梁。在区域尺度上,以指示类群代替地表节肢动物类群,可以有效的开展生物多样性的保护工作。但是,在黄河下游农业景观中,关于地表节肢动物指示类群的研究报道较少。以黄河下游农业景观中4种生境类型(农田、林地、树篱和沟渠)为研究样地,且在农田生境中划分不同尺度(尺度1,3.6 hm2、尺度2,14 hm2和尺度3,28 hm2),通过调查不同生境中地表节肢动物分布及其多样性,结合地表节肢动物优势类群的辨识,分析了优势类群和地表节肢动物多样性的相关性,确定了研究区内地表节肢动物多样性的指示类群。结果发现:研究区内地表节肢动物优势类群为膜翅目、鞘翅目和蜘蛛目。树篱和林地生境的地表节肢动物多样性指示类群是膜翅目,农田生境中地表节肢动物多样性指示类群是鞘翅目,沟渠生境中地表节肢动物多样性指示类群是蜘蛛目。农田生境中优势类群间无相关性(P0.05);林地、沟渠和树篱生境中鞘翅目与蜘蛛目之间存在显著正相关(P0.01);林地和沟渠生境中,鞘翅目与膜翅目之间存在正相关(P0.05)。在农田生境中优势类群之间的相关性存在尺度依赖性,随着空间尺度的增大,相关性有一定的增强。在尺度2和尺度3上膜翅目和鞘翅目均存在正相关(P0.05),并且随着尺度增加而呈上升趋势。研究表明,黄河下游农业景观中不同生境类型地表节肢动物多样性的指示类群差别较大,其中树篱和林地生境具有较高的相似性,而农田生境地表节肢动物优势类群相关性存在尺度依赖性。在黄河下游农业景观中,以优势类群多样性代替地表节肢动物类群的多样性,可以在条件不足、时间紧迫的情况下更加有效的开展生物多样性的保护工作。     

景观空间异质性对生态系统服务形成与供给的影响

景观空间异质性与生态系统服务的关系极为密切,适当调整景观空间异质性有助于生态系统服务的持续形成与稳定供给。研究景观空间异质性和生态系统服务形成与供给之间的相互影响作用及响应机制具有重要的理论与现实意义,是保护生物多样性、管理生态系统服务与优化景观空间配置的基础。现有研究大多在不同尺度上探讨了景观格局与生态过程或生态系统服务间的相互影响关系,而缺乏景观格局-生态过程-生态系统服务三者间有效联结等方面的研究。景观空间异质性是怎样直接或间接地作用于生态系统服务形成与供给的,目前还没有一个较为明确的解释。因此,通过分析国内外文献,回顾了景观格局或景观空间异质性与生态系统服务之间关系的研究进展、研究内容和研究方法;从景观组成、景观构型的变化入手,讨论了景观空间异质性对生态系统服务形成与供给的影响及其强度,并认为景观组成异质性变化能够直接影响生态系统服务,而景观构型异质性变化会通过改变生态过程而间接影响生态系统服务;阐述了景观空间异质性在影响生态系统服务形成与供给的同时,也使生态系统服务在空间上产生了异质性分布,并从自然因素和人为因素两个方面对其进行解释;强调了尺度问题在景观空间异质性与生态系统服务研究中的重要性;最后,明确了对生态系统服务形成与供给的景观空间异质性影响研究不仅有助于生态系统服务的维持与调节,也能更深层次地揭示其中的生态学意义。     

农业景观非农生境植物多样性及其影响因素

农业景观是人类生活所需资料的最主要来源地和生物多样性保护的重要区域之一。黄河中下游地区是我国最重要的农业区之一,在区域农业景观中,非农生境中各群落植物物种多样性组成特征有何差异?在不同尺度上,景观异质性特征与生境特征对植物物种多样性特征有何影响?在黄河中下游典型区域布点,对区内主要非农生境(次生林、次生灌丛、人工林和农田边缘等)中的植物群落物种多样性进行调查。结果显示:(1)次生灌丛中的物种丰富度和多样性显著高于其他生境,而农田边缘也保育有较多的物种;(2)从物种组成来看,景观尺度上样点间物种多样性差异(β_2)是所有生境中物种丰富度的最主要组成部分,而次生灌丛与次生林两类自然生境中小尺度(α和β1)物种丰富度的贡献相对较高。(3)景观异质性特征指标对物种多样性的影响主要体现在样方尺度上(α_(样方)),而β和γ多样性与之的关系并不甚密切。表征生境特征的群落高度和盖度指标能更好的预测物种多样性的特征。研究发现,常用的表征景观异质性的指数在各尺度上对植物群落物种多样性特征的影响也并不显著,局地群落特征的影响更为直接和重要。在探讨景观异质性特征与生物多样性关系时,常用的多样性指数(Shannon多样性指数、均匀度指数和Simpson指数等)并不合适,而拆分后的物种丰富度会更有效。但景观异质性对生物多样性的影响也不容忽视,它的改变会是影响群落物种多样性及其组成结构的重要潜在因素,在更大尺度上景观异质性会通过对景观组成要素特征(生境组成和构型)的影响进而影响到区域植物物种丰富度的变化。     

农业景观生物多样性与害虫生态控制

现代农业的一个重要特征就是人类对农田生态系统的干扰强度及频率不断增加,严重影响农业景观的结构及其生物多样性.农业景观结构的变化及其生物多样性的丧失,必然引起生态系统服务功能的弱化,不利于实施以保护自然天敌为主的害虫生态控制.农业的集约化经营导致自然生境破碎化,减少了农业景观的复杂性,使得作物和非作物变成一种相对离散化的生境类型和镶嵌的景观格局;破碎化的生境不仅会减少某些物种的丰度,还会影响物种之间的相互关系及生物群落的多样性和稳定性.非作物生境类型如林地、灌木篱墙、田块边缘区、休耕地和草地等,是一种比较稳定的异质化环境.非作物生境较少受到干扰,可以为寄生性和捕食性节肢动物提供适宜的越冬或避难场所以及替代猎物、花粉和花蜜等资源,因此,非作物生境有利于自然天敌的栖息和繁衍,也有利于它们迁入邻近的作物生境中对害虫起到调节和控制作用.景观的格局-过程-尺度影响农田生物群落物种丰富度、多度、多样性以及害虫与天敌之间的相互作用.从区域农业景观系统的角度出发,运用景观生态学的理论和方法来研究作物、害虫、天敌等组分在不同斑块之间的转移过程和变化规律,揭示害虫在较大尺度和具有异质性的空间范围内的灾变机理,可为利用农业景观生物多样性来保护农田自然天敌,实施害虫的区域性生态控制提供新的研究思路和手段.     

中国快速城市化干燥地区的生态系统服务权衡关系多尺度分析——以呼包鄂榆地区为例

理解生态系统服务间的权衡关系对提高干燥地区人类福祉和实现区域可持续性具有重要的意义。但是,目前人们仍然缺乏对快速城市化干燥地区中生态系统服务权衡关系的多尺度理解。以呼包鄂榆地区这一正在经历快速城市化的干燥地区为例,在城市群、区域和城市3个尺度上来探索生态系统服务间的权衡关系。对呼包鄂榆地区2010年的粮食生产、肉类生产、产水量、土壤保持和碳固持5种关键生态系统服务进行测量。利用相关分析法在3个尺度上对5种服务间的权衡关系进行分析。2010年呼包鄂榆地区产水量和土壤保持以及产水量和碳固持服务表现出显著的权衡关系。其中,产水量和碳固持服务在城市群、农业区和鄂尔多斯市呈现明显的权衡关系,产水量和土壤保持服务在城市群和农业区呈现明显的权衡关系。快速城市化干燥地区中的生态系统服务权衡关系具有明显的尺度效应,同一对生态系统服务在不同尺度上的权衡关系存在较大差异。这种差异主要是由区域人类活动和自然条件的空间异质性所致。研究结果有助于对呼包鄂榆地区生态系统服务权衡关系的认识,为该地区土地系统设计和可持续发展提供了必要的科学依据。     

生物多样性与生态系统服务关系研究进展

生物多样性与生态系统服务关系是当前生态学研究的热点之一,2005年千年生态系统评估之后如何将两者关系应用到生态系统管理和政策制定中逐渐受到重视。然而,从理论上的两者关系认知到应用上的管理实践仍面临着严峻挑战,梳理已有研究成果有利于更好地指导管理实践。本文基于近年生物多样性与生态系统服务关系的主要研究成果,从生物多样性对生态系统单种服务、多种服务、生态系统服务权衡的影响以及环境变化如何影响这些关系等方面,总结了两者关系的主要研究进展,概述了两者关系在自然保护区管理、森林生态系统管理、退化生态系统恢复和农业生态系统改善等领域中的应用,分析了两者关系研究中依然存在的不足之处,强调未来需加强的研究方向主要包括: 生物多样性不同组分相互作用和多营养级生物多样性相互关系对生态系统服务的影响、环境耦合变化对两者关系的复合效应以及生物多样性改善生态系统服务的实践途径。     

黄河下游平原非农植物多样性拆分研究

非农生物多样性的存在是农业景观生态系统健康持续发展的基础,对农业景观非农生境中植物群落物种多样性特征分析将有助于可持续农业景观构建措施的科学提出。在黄河下游平原典型农业景观中采用栅格分区的方式布设样点(共54个),采用典型样地法对各样点内的林地、树篱、田间道路和沟渠等主要非农生境的植物群落进行调查,采用生物多样性加性分配的方法探讨不同空间尺度上生物多样性的组成特征。结果显示:(1)各非农生境间植物群落物种多样性特征存在较大的差异。(2)偶见种从数量上构成了各非农生境中植物物种丰富度的主体,而常见种则行使着群落优势种和构建者的角色。(3)总体上,β多样性在各空间尺度中均对总物种丰富度具有重要贡献。(4)常见种和偶见种中物种组成格局存在显著差异:常见种的物种丰富度主要由α多样性贡献,而β多样性则贡献了偶见种的绝大部分。简言之,β多样性对区内植物多样性的保护和维持意义重大,农业景观中非农生境类别的出现对总物种丰富度的提高具有重要作用;各生境中较高的样点间β多样性(β样点)意味着在看似均质化的农业景观背景中依然具有较高的区域差异;景观组成和构型的变化将对农业景观中植物群落特征和物种多样性产生重要影响,且对偶见种的影响更甚。未来,应从景观和区域等更大尺度上,基于农业景观生态系统功能和服务的综合考虑及可持续农业景观的建立来探讨农业活动与生物多样性保护的权衡。     

乡村景观生物多样性研究进展

乡村景观是一种人文和自然共生的复合生态系统, 为生物多样性的维持提供了支持。目前, 中国传统乡村地区生物多样性的维持正面临着农业集约化、人工林树种单一化、非农业用地急剧扩张及生态传承机制解体等复杂多样的威胁, 亟待展开深入研究。本文在总结乡村景观生物多样性相关概念及特征的基础上, 通过文献分析概括了国际乡村景观生物多样性的热点研究方向, 包括农业集约化下的生物多样性管理、区域尺度乡村景观与生物多样性的协同关系、局地尺度不同乡村景观类型的物种多样性及乡村景观中的生物文化多样性, 进一步梳理了国内在相关研究方向上的主要进展并指出研究不足。在此基础上提出未来研究展望, 包括突出生物文化多样性特征、加强多时空尺度分析、深化动态维持机制研究、推进生物多样性研究在乡村生态景观规划中的全过程应用等建议。     

农业景观动态对林地地表节肢动物多样性的影响

以黄河下游典型农区封丘县为研究区,在林地景观中进行地表节肢动物的观测。用物种丰富度和香农多样性指数代表物种多样性,选择代表景观背景的5个竞争模型:生境特性(H1,2012)、基质特性(H2,2012)、生境变化(H3,1984—2012)、基质变化(H4,1984—2012)和土壤-环境条件(H5,2012)从4个空间尺度上(100,250,350和500 m)进行分析,通过运用基于赤池信息量准则(Akaike information criterion,AIC)的多模型推理(Multi-model Inference,MMI)方法,在R软件里用广义线性模型(Generalized Linear Models,GLM)探究了研究区近30年(1984—2012年)景观背景变化对林地地表节肢动物多样性的影响。研究表明,不同景观背景模型对地表节肢动物多样性的影响具有尺度依赖性。在100 m的尺度下,生境特性(H1)最能够解释香农多样性和物种丰富度,但是随着尺度的增加,生境特性变化(H3)在较大(250、350 m和500 m)的尺度对物种丰富度和香农多样性影响最大,而基质特性和土壤-环境条件(H2和H5)的作用不显著。景观背景对地表节肢动物多样性的解释量达到40%。在研究区域,生境特性是表征香农多样性指数和物种丰富度的指标。     

黄淮海平原农业景观非农生境植物功能群特征分析

植物功能群的划分有助于对生态系统结构、功能和服务的理解与认知,为更好的了解农业景观中残存的各非农生境在区域生物多样性保护和生态系统服务中的地位和作用。在黄淮海平原典型区域布点,对区内主要非农生境(林地、树篱、田间道路、沟渠)中的植物群落进行调查,并基于植物功能群分类结果探讨了其特征和在生态系统服务上的贡献。结果显示:(1)从物种数量来看,双子叶植物占绝对优势,单子叶植物在各生境中均较少,但却具有较高的群落地位,一年生和多年生植物物种丰富度及重要值基本一致;(2)从生境类别来看,田间道路和树篱等生境中一年生和单子叶植物更具有优势,随着人类扰动强度的减弱,在林地和沟渠生境中,开始有大量的多年生物种出现,尽管这些物种多为偶见种。(3)常见种多为一年生双子叶植物,种类不多,但群落地位极高,而偶见种中存在大量的多年生双子叶物种。深入分析认为,在黄淮海平原农业景观中,总体上各非农生境均处于群落演替早期,以一年生和单子叶植物功能群构成了群落主体,群落结构简单,优势种群明显,随着干扰强度的相对降低,林地与沟渠生境中的多年生和双子叶物种大量出现,偶见种增加,优势种地位下降。从物种多样性保护与生态系统服务提供综合考虑的角度看,尽管这些非农生境发挥了重要作用,但所能发挥的作用还很有限,未来仍需进一步减弱人类活动对非农生境的干扰,从而进一步提高区域生态系统服务的总体水平。     

Linear woodlots increase wild bee abundance by providing additional food sources in an agricultural landscape

1. Mid-field woodlots play an important role in maintaining biodiversity in agricultural landscapes. However, it is not clear whether non-linear or linear woodlots are most beneficial for wild bee conservation.
2. We assessed the attractiveness of two common types of woodlots in an agricultural landscape in northern Poland (non-linear and linear: 7 and 9 sites, respectively) in terms of wild bee abundance, species richness, and functional diversity.
3. Linear habitats had higher abundance of wild bees. However, woodlot type did not affect wild bee species composition or functional trait composition. Species composition responded significantly to measures of syntaxonomic heterogeneity and landscape heterogeneity. Woodlot area, landscape context (isolation and landscape heterogeneity), and syntaxonomic heterogeneity explained most of the differences among habitats (non-linear vs. linear) in wild bee abundance and species richness, regardless of the habitat type. The higher attractiveness of linear woodlots was due to increased food availability in the herbaceous layer in the spring–summer (June) and summer (July–August) periods.
4. Linear woodlots have the potential to be used as tools for integrating agricultural production with biodiversity conservation and ecosystem services.

     

Landscape moderation of biodiversity patterns and processes - eight hypotheses

Understanding how landscape characteristics affect biodiversity patterns and ecological processes at local and landscape scales is critical for mitigating effects of global environmental change. In this review, we use knowledge gained from human-modified landscapes to suggest eight hypotheses, which we hope will encourage more systematic research on the role of landscape composition and configuration in determining the structure of ecological communities, ecosystem functioning and services. We organize the eight hypotheses under four overarching themes. Section A: 'landscape moderation of biodiversity patterns' includes (1) the landscape species pool hypothesis-the size of the landscape-wide species pool moderates local (alpha) biodiversity, and (2) the dominance of beta diversity hypothesis-landscape-moderated dissimilarity of local communities determines landscape-wide biodiversity and overrides negative local effects of habitat fragmentation on biodiversity. Section B: 'landscape moderation of population dynamics' includes (3) the cross-habitat spillover hypothesis-landscape-moderated spillover of energy, resources and organisms across habitats, including between managed and natural ecosystems, influences landscape-wide community structure and associated processes and (4) the landscape-moderated concentration and dilution hypothesis-spatial and temporal changes in landscape composition can cause transient concentration or dilution of populations with functional consequences. Section C: 'landscape moderation of functional trait selection' includes (5) the landscape-moderated functional trait selection hypothesis-landscape moderation of species trait selection shapes the functional role and trajectory of community assembly, and (6) the landscape-moderated insurance hypothesis-landscape complexity provides spatial and temporal insurance, i.e. high resilience and stability of ecological processes in changing environments. Section D: 'landscape constraints on conservation management' includes (7) the intermediate landscape-complexity hypothesis-landscape-moderated effectiveness of local conservation management is highest in structurally simple, rather than in cleared (i.e. extremely simplified) or in complex landscapes, and (8) the landscape-moderated biodiversity versus ecosystem service management hypothesis-landscape-moderated biodiversity conservation to optimize functional diversity and related ecosystem services will not protect endangered species. Shifting our research focus from local to landscape-moderated effects on biodiversity will be critical to developing solutions for future biodiversity and ecosystem service management.     

黄淮平原农业景观不同生境鸟类多样性特征及年际动态

鸟类是地球生物多样性中的重要组成部分,在生态系统功能和服务中发挥着重要作用,是生态环境变化的重要指示物种。农业景观中的食虫鸟类提供了重要的虫害控制服务。当前,农业景观中鸟类多样性丧失加剧,为探讨鸟类多样性在各生境以及年际间的变化,以黄淮平原为研究区,在河流、湖泊、农田、村庄等生境中共设置20个样点。于2016-2019年连续4年在繁殖期采用样线法对鸟类进行多样性调查。调查结果显示：（1）共发现22922只个体,分属14目,38科,53属。从区系分布来看,各生境各年间均以广布种为主;从生态类群来看,鸣禽占绝对优势;从居留型来看,留鸟所占比例最高。（2）在食性组成上,从物种丰富度看,食虫鸟类有57种,约占总物种数的77%;从个体数来看,杂食性鸟类占比超52%。（3）物种丰富度、多样性和均匀度指数最高值均出现在湖泊或河流生境中。（4）鸟类群落相似性分析显示,各生境间鸟类群落均为中等相似程度;鸟类物种丰富度波动幅度在农田和村庄中呈逐年上升趋势。（5）物种多样性加性拆分分析显示,在生境尺度上,局地的α多样性是生物多样性的最重要组成,而从整个研究区来看,生境间的差异则更为重要。造成鸟类多样性时空差异的原因复杂多样,而生境异质性的增加和水域的存在对提高鸟类多样性是具有积极作用的。调查中超过77%的物种和40%的个体均为食虫鸟类,应当充分重视鸟类为区域农业景观提供的虫害控制服务。本研究可为区域鸟类多样性保护及鸟类提供的生态系统服务的提升管理提供理论基础和科学依据。