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生物多样性

        生物多样性是指一个生态系统内部存在的和相互作用的所有生物物种(Vandermeer & Perfecto,1995)。在农田生态系统中,除提供粮食外,生物多样性也参与有害生物控制、营养再循环、小气候控制等生态学功能,这些生物性功能的持续存在依赖于生物多样性的维持(Altieri,1994; 陈灵芝,马克平,2001; Zhang et al.,2006,2007,2008)。由于简化系统而丢失功能时,系统失去自调节能力,需从外界输入资源,引起经济与环境代价,如食物、水土质量降低(Swift & Anderson,1993)。对不可再生资源的日益依赖正在产生很多问题,化学物质对动物健康、食物质量与环境安全造成了影 响。在我国,随着农村城市化和工业化进程的推进,农田周边环境如草场、林带等逐渐消失,农田生态环境正在经历着迅速的变化。由化学农药滥用所引致的农田环境污染,害虫抗药性及有益生物消失等问题日渐突出(见"化学农药"主页),对可持续发展、人类健康、生物与环境安全构成了严重威胁。农业集约化的生物和环境后果日益明显,已成为欧州和北美研究的焦点之一(Matson et al.,1997;Tilman et al.,2001;CABI,1996)。

        从生物多样性保护的角度来看,农田占据陆地环境的50%(Western & Pearl,1989),而自然保护区只占3.2%(Reid & Miller,1989)。然而,目前的生物多样性保护集中于保护区内的一些大型和数量少的动植物,很多小型生物如昆虫支配生态系统的结构与功能(Wilson,1987),并未引起足够的重视。据统计,无脊椎动物占全球生物物种总数的70%和动物物种总数的99%(陈灵芝,马克平,2001)。在一块温带草地,除植物(20,000kg/ha)和微生物(7,000kg/ha)外,无脊椎动物(约2,500kg/ha) 有很高的生物量,而哺乳动物(1.2kg/ha)和鸟类(0.3kg/ha) 生物量极小。大多数无脊椎动物多样性存在于农田、森林等人工生态系统中(Pimental et al.,1992)。例如,在一块热带稻田,有多达600-700种以上的无脊椎动物分类单元,其数量直逼北美和欧州的很多自然生态系统,物种个体数横跨5个数量级(1-100000个 体/物种),可与热带雨林树种相比(Hubbel & Foster,1986)。更为重要的是,有害生物只占所有物种总数的不到1% (Pimental et al.,1992)。

        传统农业生态系统内的生物多样性可与自然系统相比,这些系统有生产稳定性,风险最小化,病虫发生少,使用资源少,产投比大等优点(Altieri,1999)。提高农田生态系统的功能多样性是可持续生产的一个关键策略(Altieri,1999)。据报道,在农田生态系统中,天敌的害虫控制作用占50%以上,作物抗性和其它生态因素的调控作用占40%,天敌与抗性的综合控害作用超过80%。农田生态系统愈多样化,则昆虫群落稳定性愈好(Southwood & Way,1970)。例如,菲律宾Laguna省的一户稻农种植24ha水稻,15年未曾施用点滴农药,但雨季、旱季的产量比农药田高10.81%和60.98%,周围550户稻 农眼见为实,已开始停施农药(IRRI,1997-1998)。据研究(Altieri,1994,1995; Altieri & Letourmeau,1984),在作物-杂草-昆虫系统中,杂草影响昆虫(植食者,天敌)的多样性,毗邻植被提供天敌以食物(Boatman,1994),多作田害虫发生少。因此,有必要保持一定数量的无害杂草(IRRI 1997-1998),田边植被带,及一定数量的多年生田块(例如果园,其植被稳定、干扰少、结构稳定性好、天敌多)(Altieri,1999)。Greiler & Tschamtke(1993)发现,耕地、休闲地和草地比较中,若耕地集约化程度高,则昆虫数量大,但多样性低。Szentriralyi & Kozar(1991)观测匈牙利苹果园发现,管理集约化低,周边植被多样化高,则物种多样性高,而且约50%收集的物种来源于周边生境。对匈牙利苹果园5年的观测发现,共有1759个节肢动物种,且化学处理对多样性影响最大,次之为果园与周边的植物多样性。已提出了4个生态假说来解释农田生态系统中昆虫种群可通过构建能支持天敌或抑制害虫为害的植被结构而得到稳定(Altieri,1994)。农田生物多样性能形成一个冗余的、鲁棒的、稳定的食物网结构,使生态系统维持在一些平衡状态,增强了系统的抗扰性。

        大量研究表明,农田或农田周边环境中的生物多样性对害虫具有自然制衡作用,可用来减少化学农药的施用,增强农田抗御自然灾害的能力,有利于作物保产(Andow,1991; Way & Heong,1994)。全世界每年农药耗费数百亿美元,然而,生态系统中天敌提供了5-10倍于农药的控制力,失去自然控制的后果将十分严重(Pimental et al.,1992)。

        鉴于其重要性,国际上强调保护与利用农田生物多样性,发挥天敌与抗性作物等因素对害虫的自然生态平衡作用。保护与利用农田生物多样性,目前主要有3个途径:(1) 保护种质资源;(2) 合理配置作物多样性、植物多样性和景观多样性,增加生态系统多样性;(3) 培育和种植抗虫品种,少施农药,保育天敌。

本文来源: 张文军等,2006-2008


相关资源:
生物多样性国际公约
Computer Inference of Network of Ecological Interactions from Sampling Data
Spatial Succession Modeling of Biological Communities
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生态学研究方法


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