景觀結(jié)構(gòu)對農(nóng)業(yè)生物多樣性影響的研究進展

景觀結(jié)構(gòu)對農(nóng)業(yè)生物多樣性影響的研究進展

生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能（如養(yǎng)分維持）密切相關(guān)，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（如傳花授粉、生物控制等）之間的密切相關(guān)的重要因素。一般來說，現(xiàn)代一體化的農(nóng)業(yè)土地利用是導(dǎo)致世界變化和生物多樣性喪失的主要原因。然而，最近的研究表明，農(nóng)業(yè)用地并不完全意味著高物種的滅絕率。相對自然景觀的低退化農(nóng)業(yè)景觀具有相對較高的生產(chǎn)力，這可能會提供更多的資源（甚至是危險物種），為生物生存提供更多的資源，并比自然棲息地和保護區(qū)保持更多的資源。因此，我們必須重新審視農(nóng)民在保護生物多樣性方面的作用，重視保護農(nóng)業(yè)生物多樣性資源和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展方面的重要性?，F(xiàn)代景觀生態(tài)學(xué)的研究顯示,人類干擾導(dǎo)致的生境減少和景觀結(jié)構(gòu)的變化已成為近代生物多樣性喪失的重要原因,這促進了生物多樣性保護途徑從傳統(tǒng)的、以物種為中心的自然保護途徑向強調(diào)對景觀、甚至是整個生態(tài)系統(tǒng)的保護的景觀規(guī)劃途徑的轉(zhuǎn)換.保護農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性的最直接方式是改進農(nóng)業(yè)措施,如改變農(nóng)業(yè)耕作方式、減少化學(xué)農(nóng)藥施用、采用生物農(nóng)藥、發(fā)展有機農(nóng)業(yè)等.但僅在局部尺度上(localscale)改變農(nóng)業(yè)措施以促進農(nóng)田景觀生物多樣性的方法并未獲得廣泛支持,原因可能是由于受到較大尺度上景觀結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜影響.因此,如何從景觀角度促進農(nóng)田景觀生物多樣性的保護是一個值得探討的問題.本文在回顧景觀生態(tài)學(xué)關(guān)于景觀結(jié)構(gòu)對生物多樣性影響研究的一般性結(jié)論基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)外的相關(guān)研究,對農(nóng)業(yè)生物多樣性保護的景觀規(guī)劃途徑進行了探討,旨在為我國農(nóng)業(yè)生物多樣性保護策略的制訂提供借鑒和參考.1農(nóng)業(yè)景觀結(jié)構(gòu)與生物多樣性1.1景觀結(jié)構(gòu)對農(nóng)業(yè)生物多樣性的影響1.1.1景觀異質(zhì)性的大小一般情況下,大的、高異質(zhì)性的斑塊由于擁有多樣化的環(huán)境條件以及內(nèi)部與邊界條件間較大的差異性而支持更多的物種.同時,斑塊的大小和異質(zhì)性決定物種活動空間及邊緣效應(yīng)作用的大小,影響生物運動的阻力和隨機性,進而影響物種的遷移和生存.面積較大的斑塊,有利于動物覓食和生存,面積較小的斑塊則具有相反的功能,并且有可能導(dǎo)致物種滅絕.景觀異質(zhì)性的大小對于動物運動和遷移的影響主要取決于動物對各景觀要素的敏感性.對于一般的動物來說,異質(zhì)性高的景觀適宜于更多的物種生存,但不利于動物的遷移和覓食,原因是由于物種在異質(zhì)性高的景觀中運動時遇到天敵的可能性較大,并且動物在運動過程中發(fā)現(xiàn)可利用資源斑塊的可能性減小.1.1.2核心生境和邊界形貌對生物生長和遷移的影響邊界形狀對于生物的影響與邊緣效應(yīng)有關(guān).邊界形狀不同則邊界生境和核心生境的比例不同.由于生物對邊界生境和核心生境的需求不同,斑塊的形狀會對生物群落產(chǎn)生影響.邊界形狀也可以影響生物的運動或遷移過程,不同形狀的邊界上,生物運動或遷移的速度可能不同.1.1.3.生境的過濾能力連接度(connectivity)反映了景觀利于或不利于生境綴塊間運動的程度.植物和動物需要適合其運動和遷移的生境以維持種群,適宜生境的連接度決定了某些區(qū)域的通達性和不可通達性,從而限制了物種的空間分布.1.1.4景觀廊道的功能作為生境綴塊間的物理連接,廊道可為生物提供繁殖場所、或者作為生物的擴散生境或障礙物或過濾器等,因而廊道的存在與否影響到景觀的連接度,從而影響物種的空間分布.但廊道所能提供的功能受廊道結(jié)構(gòu)、廊道在景觀中的位置以及生物的生物學(xué)特征等影響.一般認為,廊道能減少甚至抵消由于生境破碎化對生物多樣性產(chǎn)生的負面影響,正確的設(shè)計和運用廊道是破碎化景觀中物種管理的一種有用而又有效的手段.1.1.5景觀背景對生物多樣性的影響景觀背景指周圍景觀的特征,包括周圍景觀的組成狀況、異質(zhì)性等.景觀背景對局部種群有顯著影響,即局部生境中生物多樣性的狀況不僅受局部生境特征的影響,也受周圍景觀特征的影響.1.2農(nóng)業(yè)用地景觀結(jié)構(gòu)對生物多樣性的影響農(nóng)業(yè)景觀可被視為具有高水平生物多樣性的生境島嶼植入到集約化利用的農(nóng)業(yè)用地之中的景觀鑲嵌體.基于一般認識,研究者從不同尺度進一步深入研究了農(nóng)業(yè)景觀結(jié)構(gòu)對生物多樣性的影響.1.2.1物種組成和物種組成景觀尺度上,自然、半自然生境等非農(nóng)作性生境的存在與否及其比例對農(nóng)業(yè)景觀中生物多樣性狀況具有重要影響.農(nóng)業(yè)景觀中高比例的非農(nóng)作性生境的存在能夠增加農(nóng)業(yè)景觀中物種數(shù)量.不同的土地利用類型/生境類型(包括不同的農(nóng)業(yè)用地類型)往往具有不同的集約化程度,對應(yīng)不同的物種組成和多樣性狀況.如集約化程度較低的小麥/玉米輪作地中步甲(Carabidae)群落的多樣性顯著高于集約化程度較高的棉花地.一些物種已經(jīng)適宜農(nóng)業(yè)生境的條件而僅僅出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)用地中.景觀尺度的異質(zhì)性、生境多樣性對物種的多度有重要影響,如5km2范圍內(nèi)蝴蝶的多度與景觀異質(zhì)性呈正相關(guān),1km2范圍內(nèi)生境的多樣性對應(yīng)較高的云雀多度,作物中廣食性昆蟲的多樣性隨生境多樣性的增加而增加等.廊道的保留和建設(shè)對農(nóng)業(yè)景觀物種多樣性的保護具有重要意義.廊道的存在可使破碎化的景觀得以連接從而減少物種滅絕,其可以為農(nóng)業(yè)景觀中小型哺乳動物、鳥類等多種生物所利用.同時,廊道對景觀連接度有顯著影響,其組成物質(zhì)、寬度、形狀、長度都將影響景觀連接度的水平,而農(nóng)業(yè)景觀的連接度又是決定物種空間分布和多樣性的重要因素.1.2.2非農(nóng)作性生境的農(nóng)田邊緣帶和農(nóng)田邊緣帶對農(nóng)業(yè)物種多樣性的生態(tài)性在地塊間尺度上,生境的異質(zhì)性、連通性是影響農(nóng)業(yè)生物多樣性的重要因素.作物的多樣化可維持較高的田間生物多樣性,如周圍為多種種植作物的白菜地中植食性昆蟲和捕食性昆蟲的多樣性均高于單一種植的白菜地.非農(nóng)作性生境,包括農(nóng)田邊界、灌木帶、林地、水塘、溝渠和休耕地等的保留能夠滿足農(nóng)田生物持續(xù)存在的多種需求,包括為農(nóng)田生物提供物種源、避難所、繁育場所和遷移的廊道等,從而實現(xiàn)農(nóng)田景觀物種多樣性的保護.其中,研究和探討最多的非農(nóng)作性生境是農(nóng)田邊緣帶(fieldmargin),它是由具有一定結(jié)構(gòu)的農(nóng)田邊界(fieldboundary)如樹籬、圍墻、草本植物覆蓋的田埂或溝渠所構(gòu)成,通常是一些帶狀邊界,其對農(nóng)業(yè)景觀物種多樣性的保護和恢復(fù)具有顯著效果.農(nóng)田邊緣帶可以是雜草、草地、灌木、林地、水生群落或這些植物群落復(fù)合體所構(gòu)成的半自然地帶,也可以是人工播種的不同植被群落構(gòu)成的帶狀區(qū)域.不同植被結(jié)構(gòu)的農(nóng)田邊緣帶的物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)存在差異.此外,農(nóng)田邊緣帶的位置對于其所能起到的作用具有重要影響,如與林地連接的農(nóng)田邊緣帶通常能夠維持較多的林地物種,而與道路相連接的農(nóng)田邊緣帶可能會起到隔離生境的作用;農(nóng)田邊緣帶的寬度對其功能也有重要影響,如在耕地邊緣引入人工播種的農(nóng)田邊界時,邊界寬度只有≥3m才能夠有效地減輕肥料和殺蟲劑等漂落物的影響并且為生物創(chuàng)建新的棲息地.1.2.3教師利用分布性植被來創(chuàng)造物種多樣性地塊內(nèi)種植作物的結(jié)構(gòu)對于農(nóng)田生物多樣性同樣具有重要影響.農(nóng)田內(nèi)部的植被密度可能影響農(nóng)田內(nèi)物種的分布,如一些鳥類和野禽在密集的植被中筑巢和覓食以防止被捕食者發(fā)現(xiàn),而珩科鳥和云雀則選擇植被相對稀疏的開闊地,因為它們可通過對捕食者靈敏的提前感知來躲避捕食者,但這些物種也可能在發(fā)現(xiàn)捕食者之后利用密集的植被來躲避捕食者.地塊內(nèi)植被綴塊的分布是否有利于物種的筑巢和取食同樣很重要,如一些晚成雛的鳥類在筑巢期通常只在以巢穴中心的附近區(qū)域取食,這就需要周圍分布一些食物豐富的綴塊,以保證這些鳥類能夠取得足夠的食物,而過度破碎化的景觀則會使這些物種由于需要在多個綴塊間進行覓食從而導(dǎo)致種群變得不可持續(xù).地塊內(nèi)植被的異質(zhì)性同樣影響物種的多樣性.均一化的植被可能使物種更容易暴露給天敵物種,增加其被捕獲的機會,也可能增加農(nóng)田病蟲害爆發(fā)和傳播的機會.而異質(zhì)性的增加則可能有利于地塊內(nèi)物種多樣性的維持,如地塊內(nèi)作物的間作、套作、輪作和混作等措施.一方面多樣化的種植作物可以吸引和維持更多的物種而直接起到增加地塊內(nèi)物種多樣性的作用,如在與向日葵間作的有機蔬菜地中,食蟲性鳥類的平均多度顯著高于沒有間作的有機蔬菜地;另一方面則有利于農(nóng)田雜草、蟲害的控制,從而減少化學(xué)農(nóng)藥的施用,對生物多樣性可起間接的保護作用.2景觀結(jié)構(gòu)對生物多樣性的提升關(guān)于景觀結(jié)構(gòu)對于生物多樣性影響的認識被廣泛應(yīng)用于自然保護區(qū)設(shè)計規(guī)則及其實踐中.隨著對農(nóng)業(yè)生物多樣性保護重要性的認識以及單一物種保護向生境多樣性保護觀點的轉(zhuǎn)變,如何通過合理規(guī)劃農(nóng)業(yè)景觀結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護已成為亟待解決的重要問題.在景觀尺度上,通過構(gòu)建多樣化、異質(zhì)化的景觀有利于生物多樣性的保護.主要途徑有:保護非農(nóng)作生境,注意自然、半自然生境的保護并維持其在景觀中的較高比例;注意農(nóng)業(yè)用地以及種植作物類型的多樣化,防止集約化生產(chǎn)導(dǎo)致的過度均一化景觀;注意樹籬、河流等有利于生物遷徙和運動的廊道的保護和建設(shè),保持農(nóng)業(yè)景觀的連接度,防止生境隔絕導(dǎo)致的局部種群滅絕.同時,由于不同類型農(nóng)業(yè)用地的生物多樣性狀況不同,合理規(guī)劃農(nóng)用地類型或農(nóng)用地類型之間的轉(zhuǎn)換有利于農(nóng)田景觀生物多樣性的保護,也是景觀尺度上農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護需要考慮的重要途徑.在地塊間尺度上,通過構(gòu)建帶狀非農(nóng)作性生境連接不同的地塊、構(gòu)建形成高異質(zhì)性的農(nóng)田鑲嵌體已成為有效的景觀途徑,尤其是構(gòu)建農(nóng)田邊緣地帶在歐洲地區(qū)得到了高度重視和廣泛應(yīng)用,如德國和荷蘭的自然保護計劃都極為重視農(nóng)田邊界的管理,采用多種措施鼓勵農(nóng)民建立農(nóng)田邊界.目前,歐洲國家已成功地建立了多種類型的人工播種的農(nóng)田邊緣帶,包括播種的多年生草地、草地和野生開花植物的混生植物帶、野生開花植物和自然再生植物的混生植物帶等.在規(guī)劃農(nóng)田邊緣帶以實現(xiàn)農(nóng)田生物多樣性保護為目標時,有必要根據(jù)實地情況,合理地規(guī)劃農(nóng)田邊緣帶的植被構(gòu)成、位置和寬度等因素,這些因素對其多樣性保護功能具有重要影響.此外,地塊間種植作物的多樣化也是促進田間較高生物多樣性的重要景觀途徑.在地塊內(nèi)尺度上,景觀結(jié)構(gòu)對于生物多樣性的影響主要體現(xiàn)為由種植作物結(jié)構(gòu)、種植作物綴塊空間分布、種植作物多樣性所導(dǎo)致的空間異質(zhì)性對生物的影響.因此,在地塊間尺度,可通過規(guī)劃種植密度、作物的空間分布以及采取間作、套作、輪作、混作等種植方式,以實現(xiàn)物種多樣性的保護和農(nóng)田系統(tǒng)的穩(wěn)定性.如在冬小麥地中保留沒有條播的綴塊或增加播種行距,使云雀在繁殖季節(jié)的大部分時間內(nèi)能夠成功地筑巢和取食,從而提高其在農(nóng)田景觀中的密度.朱有勇的研究表明,水稻多品種多作物混栽技術(shù)不僅在同一區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了生物多樣性,挽救了一批瀕臨滅絕的傳統(tǒng)品種,而且減少了水稻病害發(fā)生,可極大地減少化學(xué)農(nóng)藥的使用量,在某種程度上減少了化學(xué)農(nóng)藥對其他生物的危害.3政府推動的其他規(guī)劃設(shè)計和政策支持上述規(guī)劃措施的實施和應(yīng)用,一方面需要對農(nóng)業(yè)景觀中景觀結(jié)構(gòu)對物種多樣性的影響作用作進一步深入細致的研究,為景觀規(guī)劃策略的制定提供科學(xué)研究基礎(chǔ).現(xiàn)有的研究主要為規(guī)劃途徑的實施提供宏觀尺度的指導(dǎo),在規(guī)劃的具體實施過程中,在各個尺度上仍然有許多需要深入探討的問題,如在區(qū)域和景觀尺度,在人口壓力增加的情況下,要同時實現(xiàn)保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和保護生物多樣性的目標,自然、半自然生境的比例應(yīng)當保持多少?在地塊間尺度,如何根據(jù)實地情況確定非農(nóng)作生境的類型、植被配置及空間位置?在地塊內(nèi)尺度上,種植作物的密度空間配置該如何確定等.另一方面,上述規(guī)劃措施的實施和應(yīng)用,尤其是景觀尺度和地塊間尺度上規(guī)劃措施的實施和應(yīng)用離不開宏觀政策的制定和指導(dǎo),包括制定區(qū)域和景觀尺度的自然保護計劃和土地利用規(guī)劃以及與此相關(guān)的實施和鼓勵措施.以歐洲為例,歐盟各成員國強制性地要求實施農(nóng)業(yè)環(huán)境計劃(Agri-environmentSchemes),以扭轉(zhuǎn)由于集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的動植物物種的喪失.盡管這一計劃實施的目標在不同國家和地區(qū)存在差異,但所有的國家和地區(qū)都制訂政策對采取有益的管理措施(對特定生境或生物而言)的農(nóng)民進行補償:1992—2003年間,歐盟15國累計投入約24億歐元用于農(nóng)業(yè)環(huán)境計劃;英國農(nóng)業(yè)漁業(yè)食品部發(fā)起了一項農(nóng)用地管理引導(dǎo)項目(ArableStewardshipPilotScheme,ASPS),引導(dǎo)農(nóng)民在可耕地中構(gòu)建一系列生境類型,以提高可耕地中的生物多樣性;為履行在1992年簽署的“生物多樣性行動計劃”(BiodiversityActionPlan,BAP)中的承諾,英國還制訂了一系列“棲息地行動計劃”(HabitatActionPlans),以確定哪些物種和棲息地具有