《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Reducing ploughing promotes ground-nesting flying insects
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本研究聚焦农业生产中翻耕对地表筑巢（ground-nesting）及地表越冬（ground-overwintering）飞虫的负面影响，通过在德国莱茵河谷的野花带中开展为期两年的田间试验，研究人员使用羽化陷阱（emergence traps）系统评估了翻耕及其频率对飞虫生物量、丰度及体型的影响。结果表明，春季翻耕显著降低了飞虫的生物量，尤其是大型昆虫（≥5 mm）的丰度；而减少翻耕频率（如两年一次）可促进飞虫生物量快速恢复，尤其是在野花带建立初期。研究揭示了翻耕对提供授粉、害虫控制等生态系统服务的飞虫群体的直接破坏效应，为将低频率翻耕纳入农田管理及农业环境计划提供了科学依据。
在农业景观中，昆虫是维持生产力的关键角色，它们通过授粉、养分循环和害虫控制等生态系统服务，直接贡献于农业产出和全球粮食安全。然而，许多蜜蜂、黄蜂、食蚜蝇等飞虫虽然生活在地上，其生命周期的关键阶段——筑巢、发育和越冬——却依赖于土壤。农业土壤为生产而管理，经常受到翻耕等干扰，这可能对飞虫的地下生活阶段产生深远影响。野花带作为农业环境计划的一部分，为众多昆虫提供了栖息地，但其在补贴期结束后通常需要翻耕以准备后续作物种植，这可能对依赖土壤的飞虫群体造成损害。此前，关于土壤干扰对动物区系影响的认识多局限于特定类群，且常规采样方法难以直接评估飞虫从土壤中的羽化及其对特定栖息地的利用情况。为了填补这一知识空白，一个研究团队开展了一项创新性的研究，旨在直接评估翻耕及其频率对地表筑巢和地表越冬飞虫的影响，相关成果发表在《Agriculture, Ecosystems and Environment》期刊上。
为了回答上述问题，研究人员在2023-2024年间于德国巴登-符腾堡州的上莱茵河谷地区，选取了12条不同建植年限（0-3年）的多年生野花带开展了田间试验。研究采用前后对照影响（BACI）设计，在每个野花带内设置未翻耕的对照小区和相邻的翻耕处理小区。核心的技术方法是使用定制的羽化陷阱（e-traps）被动采样从土壤中羽化的飞虫，直接将其与地表筑巢/越冬栖息地联系起来。研究测量了昆虫生物量、丰度和体型（以5 mm为界分为大小两类），并运用广义线性混合模型（GLMM）和结构方程模型（SEM）进行统计分析，以评估翻耕效应、翻耕频率的影响及其作用途径（如通过丰度或体型变化）。
3.1. Effects of ploughing
3.1.1. Insect biomass
研究发现，翻耕对地表筑巢飞虫的生物量有显著的负面影响。无论野花带已建植多久，翻耕小区的日昆虫生物量平均比未翻耕对照小区低62.52%。模型预测表明，翻耕始终将昆虫生物量“重置”到同样低的水平。
3.1.2. Abundance and body size
通过结构方程模型（SEM）分析发现，翻耕对昆虫生物量的负面影响主要是通过显著减少大型昆虫（≥5 mm）的丰度来介导的。翻耕对小型昆虫（<5 mm）丰度的直接影响不显著。此外，翻耕对生物量还有独立的直接负效应，表明翻耕也可能降低了剩余个体的平均体重。
3.1.3. Variation by season (Julian day)
翻耕对日昆虫生物量的影响随季节（儒略日）变化，并在整个季节中增强。在对照小区，昆虫生物量随季节累积的速度快于翻耕小区，导致两者间的生物量差异在季节后期更大。
3.2. Effects of ploughing frequency
3.2.1. Insect biomass
在未翻耕的对照小区，日昆虫生物量随着野花带建植后时间的增加而逐渐增加，且这种增长在最初几年最为强劲（例如建植后第一年增长约55.69%），预计在超过四年不翻耕后会达到平台期。
3.2.2. Ploughing effect
尽管昆虫生物量随时间增加，但一旦翻耕，无论野花带年龄大小，生物量都会被削减至持续的低水平。翻耕对较老的野花带（3年）昆虫生物量的削减效应（-67.42%）比较年轻的（1年，-55.33%）更大。
3.2.3. Abundance and body size
在2024年的数据子集中，野花带建植后的时间并未显著影响小型或大型昆虫的日丰度。
4. Discussion
研究结论明确指出，常规的春季铧式犁翻耕会持续重置野花带中地表筑巢飞虫的羽化，无论自上次翻耕已过去多少年，其中大型昆虫受到的影响最为强烈。减少春季翻耕频率可以增加昆虫的羽化，尤其是在生长季后期。为了增强昆虫丰度并支持生态系统服务供给，应尽量减少翻耕。在必须翻耕的情况下，将其频率降低至每两年一次（双年翻耕）已能在很大程度上减轻其负面影响。
这项研究的意义在于：首先，它通过创新的羽化陷阱方法，直接建立了飞虫个体与其地表筑巢/越冬栖息地的联系，为研究此类昆虫的生态学提供了新见解。其次，研究揭示了翻耕对具有飞行和地下生活双重阶段的昆虫（如蜜蜂、蝇类、黄蜂、蛾类）的广泛负面影响，超越了以往对纯土壤生物的关注。再者，研究证实了昆虫生物量可作为昆虫丰度的合适替代指标。最重要的是，研究结果强调了即使是中等程度的翻耕频率降低（如从每年一次改为每两年一次），也能带来显著的生态效益，促进昆虫群落的快速、非线性恢复。这为农业环境政策和农田管理提供了灵活且有效的短期措施依据，例如推广双年制野花带、在景观中策略性布局和交替翻耕野花带，以增强飞虫种群、改善生态系统服务供给和作物产量。研究也指出，昆虫的发生受到作物覆盖、农化投入和管理策略的影响，翻耕效应的程度可能在不同田间条件下有所变化，但其直接的机械干扰和间接的生态效应机制具有一致性。因此，在农业景观中维持不受干扰的栖息地，对于支持地表筑巢昆虫及其关联的生态系统服务至关重要。
