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.
Eco-services provided by non-agricultural organisms are the basis of ecosystem to keep its stability in agricultural landscapes. With the strengthening of agricultural intensification, the ongoing loss of biodiversity is one of the most extrusive issues in the development of modern agriculture. In this paper, the study area was set up in Gongyi County, a typical agricultural region in the middle and lower reaches of the Yellow River. According to its typical topography (mountainhillyplain) type, we explored the effects of landscape heterogeneity on the diversity of pollinators at three different scales, which were geomorphic categories, landscape and habitat. Pan traps were used to obtain pollinators in this study. The effects of agricultural landscape heterogeneity at multiscales on the diversity of pollinators were analyzed by using multivariable ANOVA. The results showed that a total of 67012 pollinator individuals that belonged to 86 classes and 7 subjects were classified. The dominant groups included Syrphidae and Anthomyiidae. The common groups included Drosophilidae, Calliphoridae, Bombyliidae, Pipunculidae, Cantharidae, Cynipidae, Vespidae, Chalalcididae, Megachilidae and Apidae. Geomorphic categories showed the most significant impact on pollinators (P<0.001), suggesting that hilly and mountainous areas were the pollinators’ ground of nectar. It was followed by habitat scale (P<0.05), with nonsignificant effect on the scales of landscape and the interaction between scales. The effect of landscape heterogeneity on the diversity of pollinators in hilly and mountainous areas provided a theoretical support for landscape planning and biodiversity conservation on the local area with different geomorphic categories.
全 文 :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
王 润1,2 丁圣彦1,2∗ 卢训令1,2 宋 博1,2
( 1教育部黄河中下游数字地理技术重点实验室, 河南开封 475004; 2 河南大学环境与规划学院, 河南开封 475004)
摘 要 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.
关键词 传粉昆虫多样性; 景观异质性; 诱捕盘法; 尺度效应; 黄河中下游
本文由国家自然科学基金项目 ( 41371195, 41071118)资助 This work was supported by the National Natural Science Foundation of China
(41371195, 41071118).
2016⁃01⁃12 Received, 2016⁃04⁃15 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: syding@ henu.edu.cn
Multi⁃scale effects of landscape heterogeneity on pollinators’ diversity in the middle and low⁃
er reaches of the Yellow River: A case study in Gongyi, Henan, China. WANG Run1,2, DING
Sheng⁃yan1,2∗, LU Xun⁃ling1,2, SONG Bo1,2 ( 1 Key Laboratory of Geospatial Technology for the
Middle and Lower Yellow River Regions, Ministry of Education, Kaifeng 475004, Henan, China;
2College of Environment and Planning, Henan University, Kaifeng 475004, Henan, China) .
Abstract: Eco⁃services provided by non⁃agricultural organisms are the basis of ecosystem to keep
its stability in agricultural landscapes. With the strengthening of agricultural intensification, the on⁃
going loss of biodiversity is one of the most extrusive issues in the development of modern agricul⁃
ture. In this paper, the study area was set up in Gongyi County, a typical agricultural region in the
middle and lower reaches of the Yellow River. According to its typical topography (mountain⁃hilly⁃
plain) type, we explored the effects of landscape heterogeneity on the diversity of pollinators at
three different scales, which were geomorphic categories, landscape and habitat. Pan traps were
used to obtain pollinators in this study. The effects of agricultural landscape heterogeneity at multi⁃
scales on the diversity of pollinators were analyzed by using multivariable ANOVA. The results
showed that a total of 67012 pollinator individuals that belonged to 86 classes and 7 subjects were
classified. The dominant groups inclu⁃ded Syrphidae and Anthomyiidae. The common groups includ⁃
ed Drosophilidae, Calliphoridae, Bombyliidae, Pipunculidae, Cantharidae, Cynipidae, Vespidae,
Chalalcididae, Megachilidae and Apidae. Geomorphic categories showed the most significant impact
on pollinators (P<0.001), suggesting that hilly and mountainous areas were the pollinators’ ground
of nectar. It was followed by habitat scale (P<0.05), with non⁃significant effect on the scales of
landscape and the interaction between scales. The effect of landscape heterogeneity on the diversity
of pollinators in hilly and mountainous areas provided a theoretical support for landscape planning
and biodiversity conservation on the local area with different geomorphic categories.
应 用 生 态 学 报 2016年 7月 第 27卷 第 7期 http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2016, 27(7): 2145-2153 DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201607.020
Key words: pollinators diversity; landscape heterogeneity; pan traps; multi⁃scale effects; the low⁃
er reaches of the Yellow River.
农业景观中生物多样性所提供的生态系统服务
包括害虫控制、疾病防疫、传粉服务等,是生态系统
保持稳定的基础[1] .传粉昆虫是生态系统的重要组
成部分,对生态系统的传粉服务和维持稳定具有关
键作用[2] .近年来,农业集约化日益增强、土地利用
类型发生巨大改变,严重威胁着传粉昆虫的生境条
件和食物资源[3],引起传粉昆虫多样性的急剧下
降[4] .传粉昆虫多样性减少不仅会降低植物授粉受
精几率,影响作物的产量[5],而且降低了生态系统
的传粉服务功能,影响人类的福祉和农业的健康发
展[6] .
为了保护传粉昆虫,欧美等国家在区域和景观
范围内都建立了相对完善的监测评价体系去掌握传
粉昆虫的现状[7-8],如瑞士等的大尺度生物多样性
风险评估及评估方法检验 ( Assessing Large Scale
Risks for Biodiversity with Tested Methods),旨在评估
关键传粉昆虫的下降情况[9] .目前,我国对农业景观
中不同景观格局与生物多样性的关系开展了大量的
研究[10-12],研究类群包括土壤动物[13]、节肢动
物[14]、蝴蝶[15-16]等,研究尺度从生境水平跨度到景
观水平[17-19] .在生境尺度上,复杂生境比单一生境
能维持较高的生物多样性,胡冰冰等[16]通过对八仙
山自然保护区蝴蝶群落多样性和区系组成的研究发
现,生境条件的变化对蝴蝶多样性产生了明显的影
响,人类干扰越大,物种多样性指数就越低;段美春
等[18]通过坝上地区不同生境下尺蛾多样性进行研
究发现,生境间物种个体数和物种数存在较大差异,
半自然生境和农田生境对保护尺蛾多样性具有十分
重要的作用;在景观尺度上,不同景观格局、景观结
构变化对物种多样性有显著影响,黎健龙等[14]通过
不同景观斑块对茶园中节肢动物多样性的影响研究
发现,复合茶园生境节肢动物多样性要优于单一茶
园生境,人类活动干扰、道路廊道均可以对物种多样
性产生影响.物种多样性受多个尺度的综合影响,但
是传粉昆虫多样性的多尺度研究相对较少,因此,在
不同的尺度上开展景观异质性和传粉昆虫多样性的
研究具有一定的生态学意义.
黄河中下游是我国北方粮食生产的主要基地.
长期以来,人类活动改变了该区域的农业景观异质
性,进而深刻影响着生物多样性与生态系统服
务[20-21] .在本研究区中,对传粉昆虫多样性的了解
较少.景观异质性改变如何影响传粉昆虫多样性的
变化? 传粉昆虫多样性在不同尺度上的变化如何?
对这些问题的研究尚较为薄弱.为此,本研究以巩义
市为研究区,以其典型的地貌背景为基础,探究传粉
昆虫的多样性特征,分析农业景观异质性在地貌类
型、景观、生境 3 种尺度对传粉昆虫多样性的影响,
从而为该地区景观规划和生物多样性的保护提供现
实依据.基于实地调查与以往的传粉昆虫研究,本文
提出以下假设:1)本地区传粉昆虫多样性受较大尺
度的显著影响;2)丘陵和山地地区的景观异质性状
况有利于生物多样性的保护.
1 研究区域与研究方法
1 1 研究区概况
巩义市位于河南省西部 ( 34° 31′—34° 52′ N,
119°49′—113°57′ E),总面积 1042 km2 .位于中岳嵩
山的北麓,属于暖温带大陆性季风气候,年平均降水
量为 583 mm,年平均气温 14.4 ℃ .该区位于我国的
第二阶梯向第三阶梯过渡的边缘地带,地势呈南高
北低的趋势,地貌类型丰富,主要有山地地貌、丘陵
地貌和河川地貌(图 1).山地地貌主要位于东部和
南部地区;丘陵地貌大多是地势平缓的低山,主要位
于中部和北部地区,是河川向山地的过渡地带;河川
地貌位于伊洛河和黄河沿岸,是主要的农耕区.大规
模、高强度的农业开发和土地利用使其不同地貌间
的景观异质性发生巨大改变[22] .
蜜粉植物的多寡是传粉昆虫生存的关键,在山
地地区,蜜粉植物以菊科(Asteraceae)植物为主,其
次是蔷薇科(Rosaceae)、豆科 ( Fabaceae)、禾本科
(Poaceae).如连翘(Forsythia suspensa)、酸枣 (Ziz⁃
iphus jujuba var. spinosa)、荆条 ( Vitex negundo var.
heterophylla)等灌丛,还有地锦(Parthenocissus tricus⁃
pidata)、苍耳(Xanthium strumarium)等草本植物.在
丘陵地区,山坡上大多种植柿子树(Diospyros kaki)、
枣树(Ziziphus jujuba)等乔木,其次以禾本科、豆科、
菊科为主,如一年蓬 ( Erigeron annuus)、泥胡菜
(Hemisteptia lyrata)等.河川地区则大部分种植小
麦、玉米、水稻等农作物,乔木以泡桐(Paulownia for⁃
tunei)为主,草本植物则多为禾本科、莎草科(Cyper⁃
aceae)、菊科等[10] .
6412 应 用 生 态 学 报 27卷
图 1 研究区地理位置和采样点
Fig.1 Location of the study area and sampling points.
Ⅰ: 河川 Plain; Ⅱ: 丘陵 Hills; Ⅲ: 山地 Mountain.
1 2 数据采集
在山地、丘陵、河川 3 种地貌背景下,共选取了
35个样点,其中选取山地采样点 10 个、丘陵采样点
11个、河川采样点 14个.每个采样点中共选取农田、
林地两种生境类型.在每个生境中使用诱捕盘法获
取传粉昆虫.传粉昆虫取样一次,时间为 2015 年 4
月 29日至 5月 16日,具体方法如下:将 3个内部分
别使用荧光漆涂成黄色、白色、蓝色的塑料碗(内径
11 cm,深 6 cm)间隔 5 m 呈等边三角形布设,每个
样地中 3组重复,每个碗中放 200 mL 自来水和 1 滴
洗涤剂,在野外放置 48 h后收回[23] .在此方法中,荧
光碗被当作花朵吸引传粉者,采用不同颜色的荧光
碗作为补充将会更有效率地捕获传粉昆虫,虽然调
查一次,但捕获传粉昆虫个体数较多(图 2),所捕获
的昆虫样品保存在 75%酒精的带盖离心管中.采用
双目体视显微镜(LeicaM125)并参考相关文献[24-26]
进行传粉昆虫的鉴定,鉴定到科水平,同时统计数
量.在昆虫取样的同时,调查取样点周围 10 m 内植
被类型的基本情况.
1 3 数据分析
1 3 1景观异质性分析 1)地貌类型.巩义市的地
形地貌较为复杂,环境梯度的改变会引起不同地貌
间景观异质性的差异,进而影响非农生物多样性的
变化[27] .传粉昆虫的活动范围较大,把握本地区传
粉昆虫多样性状况,就必须了解山地、丘陵、河川各
个地貌类型的物种差异.本文以不同地貌类型的范
围作为本地区研究传粉昆虫的最大尺度,探究传粉
昆虫在不同地貌类型中的分布状况.
2)景观尺度.将 2015 年 1 月截取的研究区
Google Earth 卫星地图影像作为数据源, 通过
Arc Map 10.0软件对其矢量化获得研究区的景观数
据.在土地利用现状图和野外实际调查的基础上,将
研究区分为农田、居民点、林地、建设用地、工矿用
地、道路、裸地、沟渠等 13 种类型,基本上能够代表
研究区的景观特征.分别以样点为中心,截取以 250、
500、750、1000、1250、1500、1750、2000 m 为半径的 8
个缓冲区[28],用 Fragstats 4.1 软件分别计算缓冲区
内的景观异质性变量,选取蔓延度指数(CONTAG)、
斑块丰富度指数 ( PR)、斑块丰富度密度指数
(PRD)、Shannon多样性指数(SHDI)、Shannon 均匀
度指数(SHEI)5 个景观指数来充分代表缓冲区景
观异质性状况.用 SPSS 17.0将物种多样性指数与景
观异质性变量进行相关性分析后,选取 2000 m水平
上的 SHDI 作为传粉昆虫特征响应尺度指数.通过
SHDI将不同地貌类型下的地块划分为两种异质性
水平,从而在景观尺度上对传粉昆虫多样性进行
分析.
3)生境尺度.传粉昆虫对生境类型和植物群落
组成的变化十分敏感,常常作为不同生境的指示
种[29] .因此本文选取农田、林地两种常见的生境类
型,探讨不同生境类型对传粉昆虫多样性的影响.
图 2 昆虫取样方法和所得样品
Fig.2 Insect sampling method and the sample.
74127期 王 润等: 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
1 3 2物种多样性分析 选取的 3 个物种多样性指
数计算公式分别是:
1)物种丰富度(S)为样地内出现的物种数.
2)Shannon多样性指数(H)
H =-∑P i lnP i
3)Pielou指数(E)
E=H / Hmax
式中:P i为第 i类群的个体数占总个体数的百分比;
Hmax为最大的物种多样性指数.
1 4 数据处理
采用单因素方差分析(one⁃way ANOVA)和最小
显著差异法(LSD)比较不同地貌和生境间传粉昆虫
的差异,并使用 Origin 9.0 软件绘图.为了选取最优
尺度与指数,采用 Pearson 相关系数分析传粉昆虫
多样性和不同景观指数.采用多因素方差分析(mul⁃
tivariable ANOVA)景观异质性对传粉昆虫的尺度交
互作用.
2 结果与分析
2 1 传粉昆虫物种组成特征
本研究共捕获传粉昆虫 67012 头,共分属 7 个
目、86 个科 (表 1).传粉昆虫类群主要是双翅目
(69.1%)、鞘翅目(3.5%)、膜翅目(26.3%)、鳞翅目
(1.1%).其中,优势类群为食蚜蝇科、花蝇科,共占
总捕获个数的 59.5%;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,共占总捕获个数的 32.5%;其余稀
有类群为 74类,虽然所属的科目较多,但稀有类群
总数仅占总捕获量的 8.0%;在农田和林地两种生境
中,农田中传粉昆虫较多,占总捕获量的 63.4%,而
林地中为 36.6%;从生境中主要分布物种来看,食蚜
蝇科、花蝇科在两种生境中都有分布,而且占有很大
的优势.除此之外,农田生境中的瘿蜂科、果蝇科、胡
峰科、小蜂科、蜜蜂科分布相对较多.
2 2 地貌类型对传粉昆虫多样性的影响
通过对丘陵、山地、河川中农田和林地两种生境
的物种个体数、物种丰富度指数、Pielou 均匀度指数
和 Shannon指数进行方差分析可知(图 3),在个体
数水平上,传粉昆虫表现为丘陵农田>河川农田>山
地农田、丘陵林地>山地林地>河川林地;在物种丰
富度水平上,表现为丘陵农田>山地农田>河川农
田、丘陵林地>山地林地>河川林地;Shannon 指数和
Pielou均匀度指数表现为山地林地>丘陵林地>河川
林地、山地农田>丘陵农田>河川农田.从传粉昆虫的
个体数来看,丘陵中林地物种个体数与河川和山地
的林地中物种个体数差异显著(P<0.05),不同地貌
类型下农田间的物种个体数差异不显著;从物种丰
富度和 Shannon 指数来看,丘陵和山地两种生境中
物种丰富度与 Shannon 指数与河川地区差异显著
(P<0.05);从 Pielou指数来看,丘陵和山地中 Pielou
指数显著高于河川地区(P<0.05).总体来说,丘陵
和山地中物种个体数、丰富度、 Shannon 指数和
Pielou指数要高于河川地区.
2 3 景观尺度对传粉昆虫多样性的影响
农业景观异质性随着缓冲区不同大小发生变
化,同时非农生物多样性也伴随着景观类型内部的
表 1 不同生境中传粉昆虫的优势类群与常见类群
Table 1 Dominant groups and common groups of pollinators in different habitats
类群
Group
农田 Cropland
个体数
Individuals
优势度
Dominance
林地 Forestland
个体数
Individuals
优势度
Dominance
总个体数
Total
individuals
优势度
Dominance
双翅目 食蚜蝇科 Syrphidae 7405 +++ 15058 +++ 22463 +++
Diptera 果蝇科 Drosophilidae 259 ++ 1014 ++ 1273 ++
丽蝇科 Calliphoridae 586 ++ 539 ++ 1125 ++
花蝇科 Anthomyiidae 6581 +++ 10803 +++ 17384 +++
蜂虻科 Bombyliidae 441 ++ 1011 ++ 1452 ++
头蝇科 Pipunculidae 435 ++ 1248 ++ 1683 ++
鞘翅目 花萤科 Cantharidae 519 ++ 342 ++ 861 ++
Coleoptera 瘿蜂科 CyniPidae 2373 ++ 6441 ++ 8814 ++
胡蜂科 Vespidae 972 ++ 1636 ++ 2608 ++
膜翅目 小蜂科 Chalalcididae 796 ++ 1333 ++ 2129 ++
Hymenoptea 切叶蜂科 Megachilidae 158 ++ 414 ++ 572 ++
蜜蜂科 Apidae 429 ++ 872 ++ 1301 ++
合计 Total 20954 40711 61665
+++: 优势类群 Dominant group (>10%); ++: 常见类群 Common group (1%~10%).
8412 应 用 生 态 学 报 27卷
差异而改变[30] .本文分别计算 250、500、750、1000、
1250、1750、2000 m 半径缓冲区上的传粉昆虫多样
性指数和景观指数,两者的相关性关系显示(表 2),
在 2000 m尺度上,传粉昆虫多样性与景观指数的相
关性较强,随着尺度减小,传粉昆虫多样性与景观指
数的相关性随之降低.由于 2000 m 尺度上的 SHDI
指数与物种均匀度指数相关性最强,所以将 2000 m
尺度作为景观异质性的特征尺度,选取SHDI作为
图 3 地貌类型对传粉昆虫多样性的影响
Fig. 3 Effect of geomorphic categorie on pollinators’ diversity.
Ⅰ: 林地 Forest land; Ⅱ: 农田 Cropland. 不同字母表示两种生境差异显著(P<0.05) Different letters indicated significant difference between two
habitats at 0.05 level.
表 2 不同尺度上景观指数与物种多样性指数的相关系数
Table 2 Correlation coefficients of landscape and species diversity indices at different scales
尺度
Scale
(m)
生物多样性指数
Biodiversity
index
景观指数 Landscape index
蔓延度指数
CONTAG
斑块丰富度
指数 PR
斑块丰富度密度
指数 PRD
Shannon多样性
指数 SHDI
Shannon均匀度
指数 SHEI
250 S 0.547 0.739 0.734 0.567 0.570
E 0.293 0.662 0.641 0.392 0.208
H 0.290 0.632 0.615 0.371 0.216
500 S 0.407 0.489 0.469 0.725 0.466
E 0.740 0.698 0.688 0.969 0.868
H 0.606 0.692 0.678 0.857 0.723
750 S 0.481 0.471 0.454 0.674 0.475
E 0.901 0.276 0.274 0.036∗ 0.822
H 0.934 0.312 0.307 0.862 0.994
1000 S 0.523 0.685 0.686 0.748 0.571
E 0.975 0.120 0.129 0.046∗ 0.872
H 0.853 0.172 0.182 0.686 0.998
1250 S 0.650 0.753 0.742 0.757 0.699
E 0.643 0.377 0.386 0.038∗ 0.027∗
H 0.780 0.422 0.428 0.056 0.066
1750 S 0.408 0.089 0.089 0.662 0.519
E 0.541 0.402 0.418 0.033∗ 0.382
H 0.747 0.285 0.296 0.475 0.561
2000 S 0.408 0.041∗ 0.042∗ 0.045∗ 0.519
E 0.035∗ 0.196 0.207 0.017∗ 0.371
H 0.755 0.138 0.146 0.036∗ 0.554
S: 物种丰富度 Species richness; H: Shannon多样性指数 Shannon diversity index; E: Pielou 均匀度指数 Pielou evenness index. 下同 The same
below. ∗ P<0.05.
94127期 王 润等: 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
表 3 不同尺度对传粉昆虫影响的多因素方差分析
Table 3 Multivariable ANOVA of scale effect on pollinators
因素
Factor
自由度
df
个体数
Individuals
S H E
地貌类型 Geomorphic category 2 0.310 0.000∗∗∗ 0.000∗∗∗ 0.000∗∗∗
景观 Landscape 1 0.854 0.846 0.925 0.719
生境 Habitat 1 0.000∗∗∗ 0.003∗∗ 0.97 0.508
地貌类型×景观 Geomorphic category × Landscape 2 0.444 0.356 0.771 0.95
地貌类型×生境 Geomorphic category × Habitat 2 0.497 0.98 0.45 0.32
景观×生境 Landscape × Habitat 1 0.275 0.623 0.498 0.325
地貌类型×景观×生境 Geomorphic category × Landscape × Habitat 2 0.670 0.212 0.815 0.976
∗ P<0.05;∗∗P<0.01;∗∗∗P<0.001.
最优景观指数.
尺度间的交互效应需要不同的景观异质性水
平[30],以 2000 m 尺度上的 SHDI 为参考,分别将 3
种地貌类型上的地块划分为不同的景观异质性水
平[31] .考虑到不同地貌间的景观指数差异,河川地
区 SHDI值(1.25)相对较高,说明强烈的人为活动
导致景观斑块类型丰富,破碎化严重,其次是山地
(1.1)和丘陵(0.84).由于 SHDI 指数差值小于 1,所
以划分为两种不同的景观异质性水平,由于缓冲区
是以样点为中心,所以景观水平的分类以样点号为
代表:在山地类型中,较高的景观异质性样地为:21、
24、34、35、36;较低的景观异质性样地为:27、30、31、
37、39.在丘陵类型中,较高的景观异质性样地为:
48、50、53、54、59;较低的景观异质性样地为:41、46、
47、55、58、60. 在河川类型中,较高的景观异质性的
样地为:2、4、7、11、15、16、20;较低的景观异质性样
地为:6、8、9、10、14、18、19.
2 4 景观异质性对传粉昆虫多样性的多尺度影响
通过对地貌类型、景观与生境尺度上景观异质
性与物种多样性指数多因素方差分析发现(表 3),
地貌类型差异对传粉昆虫的物种丰富度指数、Shan⁃
non指数和 Pielou均匀度指数有极显著的影响(P<
0.001);在生境尺度上,样地类型对传粉昆虫的个体
数和物种丰富度指数有显著影响(P<0.05),但地貌
类型、景观、生境尺度这三者的交互作用对传粉昆虫
的影响不显著.由此可知,本研究区传粉昆虫的多样
性和个体数主要受地貌类型和生境尺度的影响,而
不同尺度间的交互作用对其影响不大.
3 讨 论
3 1 生境尺度对传粉昆虫多样性的影响
本文探究了两种生境内传粉昆虫的分布格局,
发现农田生境可以维持较高的传粉昆虫个体数和物
种丰富度,而 Shannon 指数和 Pielou 指数并无显著
差异.这一结果与以往的研究一致[32-33] .现有文献表
明,在农业景观中农田比其他生境更有利于维持较
高的物种多样性水平,农田边界的半自然生境的植
物组成是吸引传粉昆虫的主要原因[32],这也解释了
本文的结果.
本研究中不同的林地类型下传粉昆虫多样性差
异明显.山地地区人为干扰很小,大多为自然林地;
丘陵地区的人工林相对减少,有一定比例的自然林;
河川地区的林地大多为人工林[27] .将 3 种地貌类型
下的林地生境中物种多样性进行对比发现:丘陵地
区林地物种丰富度较高,其次是山地、河川.其原因
可从林地植被分布和林地的交互作用方面进行解
释.首先河川地区人工林大多为单一的杨树林[34],
加之林地中灌木丛、草地等自然植被受到放牧、践踏
等人为干扰后呈现较低的植物多样性,而山地和丘
陵地区自然林地植物多样性十分丰富,野外调查发
现,植物群落结构组成复杂且相互交错,包括乔木
层、灌木层、草本层和地被层,这些复杂的环境条件
为不同物种提供了生存条件和食物资源[35],因此丘
陵、山地地区物种丰富度较高.研究发现,林地类型
可以维持较高的物种多样性[36] .本地区的丘陵林地
比山地林地具有更高的传粉昆虫个体数和丰富度水
平,可能很大程度上得益于人工林和自然林的交互
作用,此外,丘陵地区的林地边界多蔓延分布着高山
绣线菊(Spiraea alpina)等灌丛,一些灌丛植被高度
甚至达到 2 m,从而为不同类群的传粉昆虫提供了
适宜的栖息地和资源.在未来的林地规划中,建议在
河川地区持续恢复退化的自然林;在丘陵地区,保护
现有的自然林并合理规划人工林[37],经过景观规划
后的林地将作为有利的“自然生境”提供更高的生
物多样性.
3 2 地貌类型对传粉昆虫多样性的影响
发挥生物多样性的服务功能在较大时空尺度上
将会更有意义[38],大尺度景观生态系统的调节和物
0512 应 用 生 态 学 报 27卷
种间交流扩散表现出更高的弹性和稳定性.近年来,
有很多研究集中在农业景观范围内的生物多样性研
究,旨在改善景观结构、景观策略、管理方式[39]以达
到维持现有的生物多样性及生态系统服务.比如农
作物多样化有助于增加传粉昆虫的数量[40]、布置一
定比例的生态绿色廊道可为非农物种提供栖息
地[41]、保障传粉者的最小资源面积[42]等可以维持
传粉昆虫多样性.本文的景观尺度为不同的地貌类
型,山地和丘陵地区传粉昆虫物种个体数、丰富度指
数、Shannon 指数和 Pielou 指数高于河川地区.传粉
昆虫对其赖以生存的蜜粉源植物的组成和栖息地变
化十分敏感[43-45],山地和丘陵地区蜜粉源植物群落
丰富度远高于河川地区,比如菊科、蔷薇科、豆科、唇
形科(Lamiaceae)等[34] .通过蜜粉源植物群落分布进
一步推测,山地和丘陵地区为该地区传粉昆虫的蜜
源地[46],传粉昆虫会在蜜源地周围进行觅食、交配
等活动,活动的范围大小取决于传粉昆虫的飞行距
离[28] .陈利顶等[47]的“源” “汇”理论可以解释本地
区传粉昆虫的分布状态,在“源”农业景观中,传粉
昆虫多样性较为丰富和密集,对于本地区生物多样
性贡献较大,而“汇”景观中的传粉昆虫受到食物资
源、人为干扰等限制导致多样性较低,因此保护巩义
市甚至更大区域上的传粉昆虫多样性,需要在典型
的地貌类型基础上制定合适的景观策略.在本地区
未来的景观规划中,建议着重保护丘陵、山地中蜜粉
源植物,鼓励在荒山、裸地等休耕地种植优质蜜粉源
植物,如刺槐(Robinia pseudoacacia)、椴树(Tilia tu⁃
an)、流苏树(Chionanthus retusus)等[48] .河川地区农
业集约化严重,建议利用农田边界种植线性生境
(草带、花带等)作为传粉昆虫食物源,维持更多非
农生物的共存.近年来有研究表明,通过提高生物多
样性所提供的传粉服务会提高农作物产量[49],那么
在农田半自然生境边界种植蜜粉源植物,不仅会增
加传粉昆虫的多样性,而且可能会在一定程度上增
加农田的产量.
3 3 景观异质性对传粉昆虫多样性的多尺度影响
尺度转换基于生态理论等级构架之上,Shugart
等[50]曾提出了“尺度扩大”的概念.在本研究的 3 个
尺度中,地貌类型是最大的尺度范围,其次是景观尺
度、生境尺度.地貌类型包括巩义市的典型地貌类
型,景观尺度即不同幅度的缓冲区,生境尺度即农
田、林地生境.随着尺度缩小,景观异质性状况也随
之发生改变.实现生物多样性及生态服务的有效管
理,需要依靠生产管理与景观结构的交互作用, 制
定适宜的生产管理和景观管理策略[51-52] .通过对 3
个尺度及尺度交互作用分析发现:地貌类型对传粉
昆虫多样性的影响较为显著,其次是生境尺度,而尺
度间的交互作用对传粉昆虫多样性影响不大,因此
地貌类型是本研究最重要的影响变量.大范围的尺
度效应首先应考虑到传粉昆虫的扩散能力和食物资
源分布[53] .传粉昆虫的活动范围较大,其捕食易受
到区域性植物多样性、生物种间关系的影响[54],所
以发挥传粉服务必须考虑到景观中资源的时空分布
以及景观结构的调整.传粉者易迁移,对生境条件极
其敏感,保护传粉昆虫也需要考虑不同生境中植被
斑块的规划,比如蜜粉源植物在农田中的最佳面积
比例等[42] .
农业景观中生物多样性的保护经历了一个从小
尺度管理方式的改变到强调生境条件和景观尺度管
理的过程[55-56],在本研究中虽然景观尺度对传粉昆
虫的影响不显著,但 2000 m尺度上景观异质性对传
粉昆虫的影响是有意义的.
4 结 论
在地貌类型、景观、生境尺度中,地貌类型对传
粉昆虫的影响最为显著.山地和丘陵地区为本地区
传粉昆虫的蜜源地,保护蜜源地中半自然生境以及
蜜粉源植物可为传粉昆虫提供更多栖息地和食物
资源.
参考文献
[1] Bommarco R, Kleijn D, Potts SG. Ecological intensifi⁃
cation: Harnessing ecosystem services for food security.
Trends in Ecology & Evolution, 2013, 28: 230-238
[2] Roberts SPM, Potts SG. The status of European non⁃
Apis bees. Journal of Apicultural Research, 2010, 49:
137-138
[3] Benton TG, Vickery JA, Wilson JD. Farmland biodiver⁃
sity: Is habitat heterogeneity the key? Trends in Ecology
& Evolution, 2003, 18: 182-188
[4] Potts SG, Biesmeijer JC, Kremen C, et al. Global polli⁃
nator declines: trends, impacts and drivers. Trends in
Ecology & Evolution, 2010, 25: 333-345
[5] Council NR. Status of Pollinators in North America.
Washington DC: National Academic Press, 2006
[6] Watanabe ME. Pollination worries rise as honey bee de⁃
cline. Science, 1994, 265: 1170
[7] Xie Z⁃H (谢正华), Xu H⁃L (徐环李), Yang P (杨
璞). Notes on monitoring, assessing and conserving pol⁃
linator biodiversity. Chinese Journal of Applied Entomolo⁃
gy (应用昆虫学报). 2011, 48(3): 746-752 (in Chi⁃
nese)
[8] Bashir MA, Saeed S, Sajjad A. Monitoring hymenoptera
15127期 王 润等: 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
and diptera pollinators in a subtropical forest of southern
Puntab, Pakistan. Pakistan Journal of Agricultural Sci⁃
ences, 2013, 50: 359-366
[9] Biesmeijer JC, Roberts SPM, Reemer M, et al. Parallel
declines in pollinators and insect⁃pollinated plants in
Britain and the Netherlands. Science, 2006, 313: 351-
354
[10] Lu X⁃L (卢训令), Liang G⁃F (梁国付), Tang Q (汤
茜), et al. Plant species of the non⁃agricultural habitats
in the lower reaches of the Yellow River plain agro⁃land⁃
scape. Acta Ecologica Sinica (生态学报), 2014, 34
(4): 789-797 (in Chinese)
[11] Kang S⁃R⁃L (康萨如拉), Zhang Q (张 庆), Niu J⁃
M (牛建明), et al. Effect of mining landscape history
on local species diversity: A case study of the Yimin
Open⁃pit Coal Mine in Inner Mongolia. Biodiversity Sci⁃
ence (生物多样性), 2014, 22(2): 117-128 (in Chi⁃
nese)
[12] Zhao Z⁃H (赵紫华), Shi Y (石 云), He H⁃D (贺
达汉). Population dynamics of wheat aphids in different
agricultural landscapes. Acta Ecologica Sinica (生态学
报), 2010, 30(23): 6380-6388 (in Chinese)
[13] Lin Y⁃H (林英华), Huang Q⁃H (黄庆海), Liu H
(刘 骅), et al. Effect of long⁃term cultivation and fer⁃
tilization on community diversity of cropland soil ani⁃
mals. Scientia Agricultura Sinica (中国农业科学),
2010, 43(11): 2261-2269 (in Chinese)
[14] Li J⁃L (黎健龙), Tang J⁃C (唐劲驰), Zhao C⁃Y (赵
超艺), et al. Effect of different landscape patch struc⁃
ture on the diversity of arthropod community in tea plan⁃
tations. Chinese Journal of Applied ecology (应用生态学
报), 2013, 24(5): 1305-1312 (in Chinese)
[15] Yan H (晏 华), Yuan X⁃Z (袁兴中), Liu W⁃P (刘
文萍), et al. Butterfly diversity along a gradient of ur⁃
banization: Chongqing as a case study. Biodiversity Sci⁃
ence (生物多样性), 2006, 14(3): 216-222 (in Chi⁃
nese)
[16] Hu B⁃B (胡冰冰), Li H⁃H (李后魂), Liang Z⁃P (梁
之聘), et al. Diversity and fauna of butterflies in Ba⁃
xian Mountain State Nature Reserves. Acta Ecologica
Sinica (生态学报), 2010, 30(12): 3226-3238 ( in
Chinese)
[17] Liu Y⁃H (刘云慧), Chang H (常 虹), Yu Z⁃R (宇
振荣). General principles for biodiversity protection in
argo⁃landscaping. Journal of Ecology and Rural Environ⁃
ment (生态与农村环境学报), 2010, 26(6): 622-
627 (in Chinese)
[18] Duan M⁃C (段美春), Liu Y⁃H (刘云慧), Wang C⁃L
(王长柳), et al. Diversity of geometrid moth (Lepidop⁃
tera: Geometridae) in cropland and reforested semi⁃nat⁃
ural habitats at different altitudes of Bashang Plateau,
Hebei Province of China. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2012, 23(3): 785- 790
(in Chinese)
[19] Liu Y⁃H (刘云慧), Li L⁃T (李良涛), Yu Z⁃R (宇振
荣). Landscape planning approaches for biodiversity
conservation in agriculture. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2008, 19 ( 11): 2538 -
2543 (in Chinese)
[20] Guo B⁃S (郭柏寿), Yang J⁃M (杨继民), Xu Y⁃B
(许育彬). Problems and research advance of the polli⁃
nation insects. Southwest China Journal of Agricultural
Sciences (西南农业学报), 2001, 14(4): 102- 108
(in Chinese)
[21] An J⁃D (安建东), Chen W⁃F (陈文锋). Economic
value of insect pollination for fruits and vegetables in
China. Acta Entomologica Sinica (昆虫学报), 2011,
54(4): 443-450 (in Chinese)
[22] Gu Y⁃F (谷艳芳), Hu N (胡 楠), Ding S⁃Y (丁圣
彦), et al. Community structure and dynamics of agri⁃
cultural weeds under different land utilization regmies in
Kaifeng area. Acta Ecologica Sinica (生态学报 ),
2007, 27(4): 1359-1367 (in Chinese)
[23] Westphal C, Bommarco R, Carre G, et al. Measuring
bee diversity in different European habitats and biogeo⁃
graphical regions. Ecological Monographs, 2008, 78:
653-671
[24] Zheng L⁃Y (郑乐怡), Gui H (归 鸿). Classification
of Insects in China. Nanjing: Nanjing Normal University
Press, 1999 (in Chinese)
[25] Cai B⁃H (蔡邦华). Entomological Classification. Bei⁃
jing: People’s Education Press, 1980 (in Chinese)
[26] Zhang W⁃W (张巍巍), Li Y⁃S (李元胜). Insect Eco⁃
logy of China. Chongqing: Chongqing University Press,
2011 (in Chinese)
[27] Zhang X⁃Y (张晓阳), Liang G⁃F (梁国付), Ding S⁃
Y (丁圣彦). Analysis of the characteristics of agro⁃
landscape heterogeneity under the different disturb⁃
ances: A case study of Gongyi City. Acta Ecologica Sini⁃
ca (生态学报), 2014, 34(12): 3378-3485 ( in Chi⁃
nese)
[28] Connelly H, Poveda K, Loeb G. Landscape simplifica⁃
tion decreases wild bee pollination services to strawber⁃
ry. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2015, 211:
51-56
[29] Riggins JJ, Davis CA, Hoback WW. Biodiversity of be⁃
lowground invertebrates as an indicator of wetmeadow
restoration success ( Platte River, Nebraska). Restora⁃
tion Ecology, 2009, 17: 495-505
[30] Hou X⁃Y (侯笑云), Song B (宋 博), Zhao S (赵
爽), et al. Effect of agro⁃landscape heterogeneity as af⁃
fected by scale on diversity of coleoptera in Fengqiu
county in the lower reaches of the Yellow River. Journal
of Ecology and Rural Environment (生态与农村环境学
报), 2015, 31(1): 77-81 (in Chinese)
[31] Lenore F, Jacques B, Lluís B, et al. Functional Land⁃
scape heterogeneity and animal biodiversity in agricul⁃
tural landscapes. Ecology Letters, 2011, 14: 101-112
[32] Fahrigl L, Girard J, Duro D, et al. Farmlands with
smaller crop fields have higher within⁃field biodiversity.
Agriculture, Ecosystems & Environment, 2015, 200:
219-234
[33] Zhang X⁃Z (张旭珠), Chang H (常 虹), Zhang X
(张 鑫). Temporal patterns of carabid beetle diversity
2512 应 用 生 态 学 报 27卷
in agro⁃landscape in relation to landscape structure. Chi⁃
nese Journal of Ecology (生态学杂志), 2012, 31
(12): 3127-3132 (in Chinese)
[34] Dong C⁃F (董翠芳), Liang G⁃F (梁国付), Ding S⁃Y
(丁圣彦), et al. Multi⁃scale effects for landscape met⁃
rics and species diversity under the different disturb⁃
ance: A case study of Gongyi City. Acta Ecologica Sini⁃
ca (生态学报), 2014, 34(12): 3444-3451 ( in Chi⁃
nese)
[35] Ding S⁃Y (丁圣彦). Modern Ecology. Beijing: Science
Press, 2014 (in Chinese)
[36] Irmler U. Long⁃Term fluctuation of the soil fauna (Col⁃
lembola and Oribatida) at groundwater⁃near sites in an
alder wood. Pedobiologia, 2004, 48: 349-363
[37] Thompson ID, Okabe K, Parrotta JA, et al. Biodiversity
and ecosystem services: Lessons from nature to improve
management of planted forests for REDD⁃plus. Biology
& Conservation, 2014, 23: 2613-2635
[38] Teja T, Klein AM, Andreas K, et al. Landscape per⁃
spectives on agricultural intensification and biodiversity-
ecosystem service management. Ecology Letters, 2005,
8: 857-874
[39] Wang Y⁃T (王玉婷), Ding S⁃Y (丁圣彦), Liang G⁃F
(梁国付). Multi⁃scale effects analysis for landscape
structure and biodiversity of semi⁃natural habitats and
crop land in a typical agricultural landscape. Progress in
Geography (地理科学进展), 2014, 33(12): 1705-
1716 (in Chinese)
[40] Westphal C, Steffan⁃Dewenter I, Tscharntke T. Mass
flowering crops enhance pollinator densities at a land⁃
scape scale. Ecology Letters, 2003, 6: 961-965
[41] Mawdsley JR, O’Malley R, Ojima DS. A review of cli⁃
mate⁃change adaptation strategies for wildlife manage⁃
ment and biodiversity conservation. Conservation Biolo⁃
gy, 2009, 23: 1080-1089
[42] Ricketts TH. Tropical forest fragments enhance pollinator
activity in nearby coffee crops. Conservation Biology,
2004, 18: 1262-1271
[43] Maes D, Dyck HV. Butterfly diversity loss in Flanders
(north Belgium): Europe’ s worst case scenario? Bio⁃
logical Conservation, 2001, 99: 263-276
[44] Wang Y⁃P (王一平), Wu H (吴 红), Xu H⁃C (徐
华超). Butterfly diversity and forest ecosystem security
assessment in Zhejiang Province. Acta Ecologica Sinica
(生态学报), 2008, 28(11): 5259 - 5269 ( in Chi⁃
nese)
[45] Qi B (漆 波), Yang P (杨 萍), Deng H⁃L (邓合
黎). The diversity indexes, richness and evenness of
butterfly communities in the Three Gorge Reservoir Area
of Yangtze River. Acta Ecologica Sinica (生态学报),
2006, 26(9): 3049-3059 (in Chinese)
[46] Yu X⁃J (于先觉). The construction of nectar plant
base. Apiculture of China (中国蜂业), 2013(13): 37
(in Chinese)
[47] Chen L⁃D (陈利顶), Fu B⁃J (傅伯杰), Zhao W⁃W
(赵文武). Source⁃sink landscape theory and its ecologi⁃
cal significance. Acta Ecologica Sinica (生态学报),
2006, 26(5): 1445-1449 (in Chinese)
[48] Zhang B⁃W (张兵伟), Wang L⁃L (王露露), Zhao L⁃
C (赵良成), et al. Investigation of wild nectar and pol⁃
len plant resources in Beijing. Journal of Beijing Forestry
University (北京林业大学学报), 2010, 32(1): 10
(in Chinese)
[49] Garibaldi L, Dewenter I, Winfree R, et al. Wild polli⁃
nators enhance fruit set of crops regardless of honey bee
abundance. Science, 2013, 339: 1608-1611
[50] Shugart HH, Urban DL. Scale, Synthesis, and Ecosys⁃
tem Dynamics. New York: Springer⁃Verlag, 1988
[51] Péter B, Andrs B, David K, et al. Landscape⁃modera⁃
ted biodiversity effects of agri⁃environmental manage⁃
ment: A meta⁃analysis. Proceedings of the Royal Society
B: Biological Sciences, 2011, 278: 1894-1902
[52] Concepcin ED, Díaz M, Kleijn D, et al. Interactive
effects of landscape context constrain the effectiveness of
local agri⁃environmental management. Journal of Applied
Ecology, 2012, 49: 695-705
[53] Yang D⁃R (杨大荣). Studies on the structure of the
butterfly community and diversity in the fragmentary
tropical rainforest of Xishuangbanna, China. Acta Ento⁃
mologica Sinica (昆虫学报), 1998, 41(1): 48- 55
(in Chinese)
[54] Kremen C, Williams NM, Aizen MA, et al. Pollination
and other ecosystem services produced by mobile organ⁃
isms: A conceptual framework for the effects of land⁃use
change. Ecology Letters, 2007, 10: 299-314
[55] Dai P⁃P (戴漂漂), Zhang X⁃Z (张旭珠), Liu Y⁃H
(刘云慧). Conserving pollinator diversity and impro⁃
ving pollination services in agricultural landscapes.
Biodiversity Science (生物多样性), 2015, 23 ( 3):
408-418 (in Chinese)
[56] Zhao Y⁃T (赵玉涛), Yu X⁃X (余新晓), Guan W⁃B
(关文彬). Review on landscape heterogeneity. Chinese
Journal of Applied Ecology (应用生态学报), 2002, 13
(4): 495-500 (in Chinese)
作者简介 王 润,女,1993年生,硕士. 主要从事景观生态
学研究. E⁃mail: wanglrun@ 163.com
责任编辑 肖 红
王润, 丁圣彦, 卢训令, 等. 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. 应用生态学报,
2016, 27(7): 2145-2153
Wang R, Ding S⁃Y, Lu X⁃L, et al. Multi⁃scale effects of landscape heterogeneity on pollinators’ diversity in the middle and lower rea⁃
ches of the Yellow River: A case study in Gongyi, Henan, China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(7): 2145-2153 (in
Chinese)
35127期 王 润等: 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