多尺度空间下麦蚜-天敌系统对景观复杂性的响应及模型组建

Farming activities have posed strong impacts on the biodiversity in agricultural landscape for centuries. However, the agricultural landscape composed by crop and non-crop habitats have evolved into landscape mosaic, which also have a strong effect on the distribution and dynamics processes of pest-natural enemy system. In the present research, we selected multiple landscape sites, which form a continuous gradient of landscape complexity in Yucheng Comprehensive Experiment Station, Chinese Academy of Sciences. The effects of landscape complexity and spatial scale on cereal aphid-natural enemy system are examined based on theory of landscape ecology and habitat management. In addition, the biological control indices of natural enemy are established, which is used to estimate the ecological services of parasitic wasp or predator respectively in fields. Then, we analyze the influence of landscape pattern and spatial scale on population dynamics of cereal aphid and their natural enemy. Finally, we establish mathematic model and evaluate the biological control service of natural enemy on cereal aphids, which are used to achieve sustainable pest control by landscape modification. The research landscape pattern and biodiversity can reveal the interspecific relationship and mechanism in theory, which can provide new approaches and methods to control insect pests by agricultural design in practice.

农田景观是由人类赖以生存的作物和非作物生态系统共同组成的景观镶嵌体，这种景观镶嵌体的结构及演变过程驱动着害虫-天敌系统的动态过程。本项目拟以最新的生境管理理论为指导，以山东禹城麦田麦蚜-天敌系统为研究对象，通过对农业景观复杂性梯度和演变过程与麦蚜发生危害数据的整合分析，结合卫星遥感影像，解析农业景观复杂性的组成及变化规律，建立天敌对害虫的控害作用的评价系统，研究农业景观变化对天敌控害作用的影响，阐明农业景观格局变化对麦蚜-天敌系统的影响，定量评估麦蚜种群危害过程和天敌控制作用等功能特征，探讨农田景观复杂性与麦蚜-天敌系统的关系。从而在理论上分析景观格局及复杂性对生物多样性的影响，揭示农业景观变化对昆虫种间关系的作用机制；在实践上为利用农田景观格局控制害虫发生提供新的途径与方法。

不同尺度空间下农田生态系统具有不同的生境斑块组成结构，尺度性也是生态系统的重要特征之一。害虫生态调控能够实现复合生态系统服务，其核心思想是以大区域景观设计和农田作物布局与农事管理的有机结合，通过农业景观格局的空间配置，调节种植模式、管理技术乃至改变农业景观格局的空间配置等以切断害虫种群的生活史，建立和恢复天敌种群库与转移通道，从而最大程度地提高农业生态系统自身的控害功能。.农业景观结构能够改变害虫及天敌种群结构，农业景观复杂性能够显著提高麦蚜及天敌系统的稳定性，重寄生蜂对景观复杂性的变化更为敏感。复杂农业景观能够显著提高麦蚜天敌的多样性。景观单一化能够显著提高寄生蜂的种群数量，而降低地栖性天敌的种群数量。然而，叶栖性天敌对景观单一化并不敏感。高的作物多样性能够抑制寡食性害虫的种群密度（麦蚜），却提高了多食性害虫的种群密度（棉铃虫）。农业景观格局在多个尺度下能够调控害虫及天敌的种群密度，这种调控效应具有物种特异性，氮素和作物面积的增加能够显著的增加麦蚜种群的繁殖速度，寄生蜂和叶栖性天敌种群也随着氮素和作物面积的增加而增加，然而氮素和作物面积增加抑制了地栖性天敌种群。不同的天敌类群对作物面积的增加呈现明显的不对称性和物种特异性，氮素的增加能够寄生寄生蜂却降低了捕食率。通过大数据分析，农业肥料的投入量与二月份的温度与麦蚜种群动态显著相关。害虫生态调控能够服务于更全面的复合生态系统，在生态文明建设的层次上通过调控食物网拓扑学结构和能量流动，通过天敌的下行控制和土壤的上行效应共同调控害虫种群，最终实现害虫种群的可持续控制。.这些在理论上能够解析景观格局及复杂性对生物多样性的影响，揭示农业景观变化对昆虫种间关系的作用机制，在实践上为利用农田景观格局控制害虫种群发生提供新的途径与方法。害虫综合治理到生态调控的转变和过渡是可持续农业的要求, 也是在全球变化背景下维持农业生态安全的必然选择。