農(nóng)田緩沖帶規(guī)劃建設(shè)與天敵保護(hù)效果研究*

劉威爾,張 鑫,張 娟,劉云慧,宇振榮**

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 北京 100094; 2.山西省環(huán)境監(jiān)測中心站 太原 030027)

農(nóng)田緩沖帶規(guī)劃建設(shè)與天敵保護(hù)效果研究*

劉威爾1,張 鑫1,張 娟2,劉云慧1,宇振榮1**

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 北京 100094; 2.山西省環(huán)境監(jiān)測中心站 太原 030027)

緩沖帶建設(shè)可以提供多種生態(tài)服務(wù)功能,是國內(nèi)外現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要實踐措施。論文以北京市順義區(qū)都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)項目為例,探討農(nóng)田緩沖帶的規(guī)劃和建設(shè)方法,并針對天敵保護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測,旨在探索村鎮(zhèn)尺度下生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)的景觀規(guī)劃途徑。主要研究結(jié)論: 1)經(jīng)過目標(biāo)確定、現(xiàn)狀調(diào)查、總體空間布局設(shè)計、工程設(shè)計、施工監(jiān)管與管護(hù)5個步驟，在研究區(qū)完成了渠道、道路和防護(hù)林3種類型共7種模式的農(nóng)田緩沖帶空間布局規(guī)劃、種植模式設(shè)計與建設(shè); 2)害蟲與天敵取樣監(jiān)測結(jié)果表明,人工林地緩沖帶具有最大的蜘蛛活動密度,渠道、道路緩沖帶等人工邊界的天敵/蚜蟲比例最高,初步證明了農(nóng)田緩沖帶建設(shè)的天敵保護(hù)效果; 3)今后的生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)農(nóng)田緩沖帶等生態(tài)景觀化技術(shù)的大尺度空間規(guī)劃與集成示范,其生態(tài)服務(wù)功能提升效果還需要針對不同農(nóng)田類型進(jìn)行長期監(jiān)測試驗進(jìn)行驗證。

生態(tài)農(nóng)業(yè); 農(nóng)業(yè)景觀; 農(nóng)田緩沖帶; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù); 景觀服務(wù)

生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)除提高生產(chǎn)能力外,還需要尋求農(nóng)業(yè)用地和非農(nóng)生境之間的協(xié)調(diào)和相互促進(jìn),恢復(fù)和提升農(nóng)業(yè)生物多樣性及相關(guān)的生態(tài)服務(wù)功能[1-2]。農(nóng)田緩沖帶指農(nóng)業(yè)景觀中營建的具有一定密度的條帶狀植被覆蓋[3],這些地塊間非農(nóng)生境的保留和保護(hù)能夠為農(nóng)田節(jié)肢動物等物種提供生存生境,提高生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀的異質(zhì)性、連通性[4],從而提供多種生態(tài)服務(wù)功能。緩沖帶建設(shè)在歐美等發(fā)達(dá)國家的生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀建設(shè)與管護(hù)中占據(jù)著十分重要的地位。例如,英國的農(nóng)場環(huán)境管理措施(Environmental Stewardship,ES)為農(nóng)戶提供了針對耕地、草場、水域等景觀要素的各類緩沖帶建設(shè)指南[5]; 美國農(nóng)業(yè)局(USDA)下屬的自然資源保護(hù)服務(wù)局(NRCS)在全國范圍內(nèi)廣泛開展了自然資源保護(hù)項目(Natural Resources Conservation Practices),制定了包括河岸緩沖帶、農(nóng)田邊界、植物籬等多種緩沖帶建設(shè)的工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),有效提升了土壤固碳、改善水質(zhì)等多種生態(tài)服務(wù)功能[6-7]。

我國在各類農(nóng)田緩沖帶的功能驗證和機(jī)理探究方面研究較為豐富,包括對林草、灌草等不同結(jié)構(gòu)配置的河岸、湖泊緩沖帶在泥沙、氮磷攔截等功能方面的定量化分析[8-9],以及田埂[10-11]、植物籬[12-13]、農(nóng)田邊界[14]等其他農(nóng)田緩沖帶對水土保持、害蟲-天敵調(diào)控、生物多樣性保護(hù)等生態(tài)服務(wù)功能的影響分析,并探討了各類農(nóng)田緩沖帶的應(yīng)用價值和建設(shè)模式[15-17]。然而,現(xiàn)有研究多為相對孤立的理論研究,沒有轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的建設(shè)方法體系,缺乏在一定尺度內(nèi)綜合考慮多種農(nóng)田緩沖帶及其生態(tài)服務(wù)功能類型的規(guī)劃設(shè)計和示范建設(shè),因而難以直接驗證農(nóng)田緩沖帶技術(shù)在實踐示范應(yīng)用中發(fā)揮的生態(tài)服務(wù)功能效果。針對上述問題,本研究以北京市順義區(qū)都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)項目為例,探討了生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀中農(nóng)田緩沖帶的規(guī)劃設(shè)計方法體系,開展了景觀尺度下農(nóng)田緩沖帶的空間布局規(guī)劃、模式設(shè)計和示范建設(shè),并針對天敵保護(hù)功能進(jìn)行了效果評價,以期為現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供景觀尺度下空間格局規(guī)劃和生態(tài)化建設(shè)的新思路。

1 農(nóng)田緩沖帶的規(guī)劃設(shè)計原理

1.1 農(nóng)田緩沖帶的概念和類型

農(nóng)田緩沖帶可以定義為鑲嵌在農(nóng)業(yè)景觀中耕地與其他景觀要素之間,自然或人為改造形成的條帶狀植被覆蓋,主要位于田塊邊緣區(qū)域,包括農(nóng)田與其他土地利用之間難以并入田塊進(jìn)行耕作的交錯地帶,或是占補(bǔ)平衡等整地過程中產(chǎn)生的邊角地帶[18]。農(nóng)田緩沖帶可以依據(jù)其屬性和功能進(jìn)行分類,根據(jù)位置和相鄰?fù)恋乩妙愋?可以將農(nóng)田緩沖帶分為河流緩沖帶[19]、渠道緩沖帶、道路緩沖帶、農(nóng)田/果園邊界緩沖帶、防護(hù)林和林地邊緣緩沖帶、村莊周圍緩沖帶等; 根據(jù)植物組成和結(jié)構(gòu)配置,可以分為林地緩沖帶、灌木植物籬[20]、草本緩沖帶、蜜源野花帶等等; 根據(jù)主要生態(tài)服務(wù)功能類型,可以分為水土保持、面源污染控制、授粉功能提升、害蟲控制、護(hù)坡護(hù)岸緩沖帶等。

1.2 農(nóng)田緩沖帶的生態(tài)服務(wù)功能

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ecosystem services)指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的惠益,包括供給、調(diào)節(jié)、文化和支持服務(wù) 4大類[21]; 以景觀為研究尺度,依賴于景觀格局綜合作用,能夠指導(dǎo)景觀綜合管理、規(guī)劃與決策的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念稱為景觀服務(wù)(Landscape services)[22]。在農(nóng)業(yè)景觀尺度上進(jìn)行緩沖帶的綜合規(guī)劃和管理,能夠提供多樣化的生態(tài)服務(wù)功能。在調(diào)節(jié)服務(wù)方面,溝渠、河道緩沖帶能夠提供水土涵養(yǎng)、污染防控等功能[18,23],例如卜曉莉等[9]設(shè)計的林草復(fù)合緩沖帶減少了農(nóng)田徑流輸出約 50%,攔截了約 80%的泥沙沉積物,對各形態(tài)N、P的攔截率均在50%以上; 防護(hù)林緩沖帶具有調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候、防風(fēng)防塵的功能,例如孔東升等[24]的研究表明,農(nóng)田林網(wǎng)內(nèi)年均空氣溫度比林網(wǎng)外低 1.0 ℃,年均相對濕度比林網(wǎng)外高8%。在支持服務(wù)方面,田埂和農(nóng)田邊界緩沖帶能夠提供授粉、害蟲控制、生物多樣性保護(hù)等功能[16],例如根據(jù)萬年峰等[10]的報導(dǎo),稻田田埂保留雜草能夠減少稻田內(nèi)的稻飛虱[灰飛虱(Laodelphgax striatellus)、白背飛虱(Sogatella furcifera)和褐飛虱(Nilaparvata lugens)]達(dá)35.31%; Klein等[25]和Wiggers等[26]的試驗表明,農(nóng)田和果園周邊的植物帶能夠顯著提升野生蜜蜂等傳粉昆蟲和鳥類的多樣性。在生產(chǎn)和文化服務(wù)方面,利用牧草、苗木、經(jīng)濟(jì)作物等物種構(gòu)建農(nóng)田緩沖帶能夠提供額外的農(nóng)產(chǎn)品; 多樣化的農(nóng)田緩沖帶還對提高農(nóng)田景觀的復(fù)雜性、開闊性、自然性、歷史性等美學(xué)指標(biāo)有重要作用[27-28]。在景觀服務(wù)功能方面,溝渠、道路、防護(hù)林的空間分布對景觀多樣性、破碎化和生境分布等空間格局指標(biāo)都存在影響[29-31]。

1.3 農(nóng)田緩沖帶的綜合規(guī)劃設(shè)計

生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀建設(shè)需要堅持功能與格局的思想,維護(hù)自然生態(tài)過程安全性和農(nóng)業(yè)生物多樣性,重塑農(nóng)田景觀鑲嵌體結(jié)構(gòu)和功能的完整性。以生態(tài)服務(wù)功能為核心的農(nóng)田緩沖帶綜合規(guī)劃設(shè)計主要包括以下步驟: 1)目標(biāo)確定: 遵循多功能性原則,權(quán)衡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)等發(fā)展戰(zhàn)略和需求,確定規(guī)劃設(shè)計目標(biāo); 2)現(xiàn)狀調(diào)查: 通過野外調(diào)查測繪和參與式調(diào)研,詳細(xì)評價地形、植被、水體、聚落等景觀特征[28],分析生態(tài)服務(wù)功能供需情況; 3)總體空間布局: 構(gòu)建農(nóng)田緩沖帶的總體空間布局,保護(hù)調(diào)查中識別的非農(nóng)生境,補(bǔ)齊斑塊間的生境斷帶,維護(hù)自然生態(tài)過程,提高景觀異質(zhì)性和連通性; 4)工程設(shè)計: 針對基層管理者與土地使用者的實際需求,全面考慮工程設(shè)計對生態(tài)環(huán)境的直接、間接和累積影響,利用鄉(xiāng)土植物物種,合理確定植物搭配及比例,模擬地域自然群落進(jìn)行植被設(shè)計; 5)施工與管護(hù):控制施工操作對水土安全和生物多樣性的負(fù)面影響,注重對植物的定期修剪與補(bǔ)植,保證農(nóng)田緩沖帶的功能可持續(xù)性。

2 農(nóng)田緩沖帶建設(shè)示范和效果評價

要包括牤牛河和七八干渠、八分渠兩條主干溝渠,屬于季節(jié)性河流。研究區(qū)共有維管束植物63種,喬木包括毛白楊(Populus tomentosa)、懸鈴木(Platanus orientalis)、側(cè)柏(Platycladus orientalis)、白蠟樹(Fraxinus chinensis)、杏樹(Armeniaca vulgaris)、西梅(Armeniaca mume)、油松(Pinus tabuliformis)等,灌木有迎春(Jasminum nudiflorum)、小葉黃楊(Buxus sinica)、冬青(Ilex pedunculosa)等,草本層有葎草(Humulus scandens)、馬唐(Digitaria sanguinalis)等,藤本植物有牽牛(Pharbitis nil)、葡萄(Vitis vinifera)等。

2.1.2 研究方法

1)農(nóng)田緩沖帶規(guī)劃設(shè)計: 2013年4—6月,以區(qū)域遙感影像(Google Earth)為底圖進(jìn)行田間景觀調(diào)查,對道路、溝渠和防護(hù)林等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了測繪和照片采集,結(jié)合 CASS和ArcGIS軟件的繪圖與數(shù)字化功能建立農(nóng)田景觀地理數(shù)據(jù)庫; 定性評價研究區(qū)生態(tài)景觀現(xiàn)狀,根據(jù)土地利用格局、生態(tài)環(huán)境問題與生態(tài)服務(wù)功能需求,提出農(nóng)田緩沖帶總體空間布局; 針對道路、溝渠、防護(hù)林3種主要景觀要素類型進(jìn)行農(nóng)田緩沖帶種植模式設(shè)計,充分利用鄉(xiāng)土植物,提出植物配置模式、建設(shè)方法及提供的生態(tài)服務(wù)功能。規(guī)劃設(shè)計于2013年8月完成,工程于2014年4月完工,完工時已初步形成綠色植被覆蓋(如圖1,b-f)。

2)農(nóng)田緩沖帶的天敵保護(hù)效果評價: 2014年4—6月,選取田埂、自然邊界、人工邊界、林地 4種類型的農(nóng)田邊界相鄰的小麥(Triticum aestivum)田作為樣地,調(diào)查了蚜蟲[禾谷縊管蚜(Rhopalosiphum padi)、麥長管蚜(Macrosipham avenae)、麥二叉蚜(Schizaphis graminum)]和捕食性天敵的生物多樣性。其中,田埂為寬約1 m,無植被覆蓋的裸露邊界、生產(chǎn)路等,自然邊界為寬約1 m,雜草覆蓋、未經(jīng)整治

2.1 材料與方法

2.1.1 研究區(qū)概況

本文以北京市都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)項目中的溝路林渠與生態(tài)景觀提升工程為研究案例。研究區(qū)位于北京市順義區(qū)趙全營鎮(zhèn)和北石槽鎮(zhèn)境內(nèi),共涉及10個行政村,總面積為1 732 hm2。農(nóng)田為主要土地利用類型,占57.6%,林地資源相對較少,占14.2%。研究區(qū)地處潮白河沖積平原,土類主要是輕壤質(zhì)土,屬暖溫帶大陸型半濕潤季風(fēng)氣候,年平均氣溫11.5 ℃,平均年降水量622 mm。水文資源主的農(nóng)田邊界、溝渠等,二者為保持原始狀態(tài),未進(jìn)行緩沖帶建設(shè)的對照區(qū)域; 人工邊界為道路、溝渠緩沖帶,林地為與農(nóng)田相鄰的防護(hù)林緩沖帶或小林地,二者為農(nóng)田緩沖帶建設(shè)工程的實施成果。蚜蟲在小麥田中距離邊界10～11 m處取15 m長的樣帶,每隔3 m隨機(jī)選取5株小麥調(diào)查1次,共調(diào)查25株小麥,分別記錄每株小麥上各類蚜蟲的數(shù)量; 捕食性天敵采用昆蟲取樣器取樣,在5—6月每10 d取樣一次,共3次,每次取樣隨機(jī)在緩沖帶內(nèi)抽取4個樣方,樣方大小取決于昆蟲取樣器參數(shù)。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 農(nóng)田緩沖帶規(guī)劃設(shè)計

農(nóng)田景觀現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果表明: 1)景觀格局方面,研究區(qū)糧田規(guī)?；卣髅黠@,溝、路、林、渠等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施較為完善,景觀較為開闊,但存在均質(zhì)化問題; 2)基礎(chǔ)設(shè)施方面,研究區(qū)部分道路利用率較低且缺乏管護(hù),溝渠存在廢棄、占用、堵塞、地表裸露和不平整等問題,部分在用溝渠水體污染嚴(yán)重,防護(hù)林物種配置和結(jié)構(gòu)以單一化為主,缺乏層次性和季節(jié)變化; 3)生態(tài)服務(wù)功能需求方面,研究區(qū)東西兩側(cè)聚落以改善人居環(huán)境質(zhì)量為主,南北部規(guī)?；Z田以提高農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的支持和調(diào)節(jié)功能為主,中部旅游線路以提高休閑游憩、美景欣賞功能為主。在此基礎(chǔ)上,利用溝渠邊坡、道路路肩、防護(hù)林帶和小林地等景觀要素,構(gòu)建道路、溝渠、防護(hù)林3類共7種模式的農(nóng)田緩沖帶空間布局(圖1,a)。在植物種類篩選過程中,保留無害的原生植物,選擇易成活、管理粗放的多年生鄉(xiāng)土植物進(jìn)行種植,盡量選擇蜜源植物、吸引益蟲或驅(qū)避害蟲的植物及豆科植物等高自然價值的植物種類。具體模式設(shè)計如下。

1)道路緩沖帶設(shè)計

研究區(qū)道路沿線主要分布有旱柳(Salix matsudana)、國槐(Sophora japonica)和毛白楊等喬木,但缺少草本植物和灌木覆被,地表裸露嚴(yán)重。針對不同道路類型和功能需求,主要利用鄉(xiāng)土物種,保證綠色植被覆蓋度,提高物種組成和功能的復(fù)雜度。

模式1: 針對車流量大、車速較快的干支路,強(qiáng)調(diào)休閑游憩功能。選擇狼尾草(Pennisetum alopecuroides)、萱草(Hemerocallis fulva)、金山繡線菊(Spiraea japonica)等適應(yīng)性強(qiáng)、觀賞效果好的地被植物,營造開闊的農(nóng)田景觀氛圍,搭配蒲公英(Taraxacum mongolicum)、紫花地丁(Viola philippica)、委陵菜(Potentilla reptans)等易成活、管理粗放的鄉(xiāng)土野花,保證地表覆蓋度(圖1b)。

模式 2: 針對機(jī)動車較少但居民通行較多的田間道路,強(qiáng)調(diào)人居環(huán)境改善功能。選取紅瑞木(Swida alba)、棣棠(Kerria japonica)、衛(wèi)矛球(Euonymus alatus)、北京丁香(Syringa pekinensis)、金銀木(Lonicera maackii)等色彩鮮明、具有季相變化的花灌木,搭配小冠花(Coronilla varia)、高羊茅(Festuca elata)等地被植物固土護(hù)坡,改善居民日常出行觀賞體驗(圖1c)。

模式3: 針對寬度小于3 m的田間生產(chǎn)路,強(qiáng)調(diào)水土保持、自然授粉和天敵保護(hù)功能。種植木槿(Hibiscus syriacus)、迎春、衛(wèi)矛球等構(gòu)成的灌木植物籬。一方面固持土壤,減緩徑流,攔截擴(kuò)散的顆粒物和農(nóng)藥; 另一方面提高農(nóng)田景觀異質(zhì)性和斑塊間的連通性,為授粉昆蟲、害蟲天敵和鳥類等野生生物提供更好的棲息和擴(kuò)散條件(圖1d)。

2)溝渠緩沖帶設(shè)計

研究區(qū)溝渠表面主要為未硬化的裸露沙土,少數(shù)采用水泥襯砌,已建溝渠整體利用率低,存在占用、不平整、堵塞、水體污染等問題。針對不同的溝渠類型和問題,一方面利用植物根系生長作用增加水分下滲,減緩地表徑流流速,過濾養(yǎng)分和污染物; 另一方面營造田間生物島嶼和野生生物資源庫,為害蟲天敵、傳粉昆蟲等生物提供生境。

模式1: 針對寬度大于10 m的防洪河道,強(qiáng)調(diào)水土保持和生物多樣性保護(hù)功能。喬木層補(bǔ)植毛白楊,灌木層選取黃刺玫(Rosa xanthina)、北京丁香、珍珠梅(Sorbaria sorbifolia)、紅瑞木、紫穗槐(Amorpha fruticosa)等,栽植在距離溝渠邊坡1 m以上的位置,起到防風(fēng)固沙、控制水土流失的作用; 地被植物選取蘆葦(Phragmites australis)、金雞菊(Coreopsis basalis)、桔梗(Platycodon grandiflorus)、石竹(Dianthus chinensis)、宿根花菱草(Eschscholzia californica)等水生植物和蜜源植物,吸引傳粉昆蟲,為野生動物提供遮蔽所(圖1e)。

模式2: 針對研究區(qū)內(nèi)坡度較緩、無喬木層植被的農(nóng)田渠道,強(qiáng)調(diào)面源污染防控、自然授粉和天敵保護(hù)功能。在溝渠邊緣種植紫穗槐、胡枝子(Lespedeza bicolor)、荊條(Vitex negundo)、連翹(Forsythia suspensa)等低矮灌木穩(wěn)固坡面,減緩地表徑流流速,防止地表坍塌、下陷形成沖溝; 地被層盡量保留原生植物,使用六棱植草磚材料實現(xiàn)額外的穩(wěn)固坡面功能,補(bǔ)植高羊茅、小冠花等護(hù)坡植物,搭配宿根花菱草、石竹、金雞菊、桔梗等蜜源植物,吸引害蟲天敵和傳粉昆蟲(圖1f)。

圖1 農(nóng)田緩沖帶規(guī)劃模式設(shè)計Fig.1 Planning and designing of farmland buffer strips

3)防護(hù)林緩沖帶設(shè)計

針對研究區(qū)防護(hù)林的物種組成和結(jié)構(gòu)單一,普遍存在殘缺、斷帶現(xiàn)象等問題,在盡量維護(hù)現(xiàn)狀植被的基礎(chǔ)上,進(jìn)行喬木層樹木的補(bǔ)植和灌木、草本層植被的補(bǔ)充,構(gòu)建擬自然植物群落的喬灌草林地結(jié)構(gòu),提高防護(hù)林系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、功能復(fù)雜性與抗干擾能力。

模式 1: 針對農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)林帶的修復(fù)和改造,強(qiáng)調(diào)水土保持和小氣候調(diào)節(jié)功能。補(bǔ)植國槐、毛白楊等喬木,林下種植衛(wèi)矛球、紫薇(Lagerstroemia indica)、迎春、矮株木槿(Hibiscus syriacus)等低矮灌木,地被層選擇馬藺(Iris lactea)、高羊茅等草本植物和松果菊、紫花地丁、蒲公英等鄉(xiāng)土野花,提高地表植被覆蓋率和防護(hù)林帶連通性,提供固土防塵、減緩風(fēng)速、攔截大氣污染顆粒物、平滑農(nóng)田溫濕變化等功能(圖1g)。

模式 2: 針對主干道路交叉口和村莊周圍的現(xiàn)有林地或荒草地,修復(fù)或新建小林地斑塊,強(qiáng)調(diào)生物多樣性保護(hù)和休閑游憩功能。以毛白楊為主要喬木,選擇珍珠梅、紫穗槐、荊條等花灌木,和檜柏球(Juniperus formosana)、側(cè)柏(Platycladus orientalis)等常綠灌木,搭配石竹、松果菊、宿根花菱草等宿根花卉,形成生物生境踏腳石,促進(jìn)鳥類、傳粉昆蟲和害蟲天敵等農(nóng)田野生生物的遷移、擴(kuò)散和定居,同時營造色彩和季相變化豐富的鄉(xiāng)土景觀節(jié)點供人觀賞(圖1h)。

2.2.2 農(nóng)田緩沖帶天敵保護(hù)效果評價

調(diào)查與評價結(jié)果顯示: (1)不同農(nóng)田緩沖帶相鄰的小麥地中天敵多樣性顯著不同。以蜘蛛(Araneae)為例,人工林地毗鄰的小麥地中蜘蛛的活動密度顯著高于田埂、自然邊界、人工邊界 3類緩沖帶; 具有自然和人工邊界的小麥地中,蜘蛛的活動密度無顯著差異,并且都顯著低于田埂和人工林地(圖2)。(2)不同農(nóng)田緩沖帶相鄰的小麥地中天敵/蚜蟲比顯著不同。與人工邊界相鄰的小麥地具有最高的天敵/蚜蟲比,顯著高于田埂相鄰小麥地的天敵/蚜蟲比;而田埂、自然邊界和人工林地之間,以及自然邊界、人工邊界、人工林地之間均不存在顯著差異(如圖3)。

圖2 不同類型緩沖帶相鄰農(nóng)田中的蜘蛛活動密度Fig.2 Spider’s activity-densities in the fields adjacent to different types of farmland buffer strip

圖3 距離不同類型緩沖帶10 m范圍內(nèi)農(nóng)田中的天敵/蚜蟲比Fig.3 Ratio of natural enemies/aphids within a 10 m range in the fields adjacent to different types of farmland buffer strip

3 討論

農(nóng)業(yè)景觀中多樣化的土地覆被能夠為更多物種提供生境和生存資源,從而提高生物多樣性和生態(tài)服務(wù)功能的多樣性[32]。生態(tài)農(nóng)業(yè)在優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)和改善生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上,還應(yīng)當(dāng)從區(qū)域生態(tài)景觀戰(zhàn)略規(guī)劃、景觀尺度空間格局規(guī)劃和工程技術(shù)生態(tài)景觀化3個層次上提高生態(tài)服務(wù)功能[33]。本研究在規(guī)劃設(shè)計中考慮了景觀尺度下農(nóng)田緩沖帶的空間格局,并在模式設(shè)計中將生態(tài)服務(wù)功能作為植物選擇的標(biāo)準(zhǔn),旨在為生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)開拓多功能、多尺度的景觀規(guī)劃視角。在效果評價部分,本研究僅選擇天敵保護(hù)功能進(jìn)行監(jiān)測,以降低取樣難度,縮短試驗周期。監(jiān)測結(jié)果顯示,林地能夠支持最高的蜘蛛活動密度,而自然和人工邊界附近農(nóng)田的蜘蛛活動密度最低; 4種緩沖帶范圍內(nèi)的天敵/蚜蟲比例沒有表現(xiàn)出較大的區(qū)分度,但人工邊界范圍內(nèi)天敵/蚜蟲比例顯著高于田埂。人工林地和人工邊界均表現(xiàn)出一定的害蟲-天敵調(diào)節(jié)作用,林地具有較大的斑塊面積和較高的植被覆蓋度,能夠提供更理想的遮蔽所,可能更有利于蜘蛛的定居,而人工邊界可能對一些捕食性節(jié)肢動物的擴(kuò)散具有一定促進(jìn)作用。但各類農(nóng)田緩沖帶的總體天敵保護(hù)效果并不明顯,可能是由于本研究監(jiān)測時間較短,取樣時植被發(fā)育還不完全,加之施工過程對蜘蛛等天敵活動存在擾動,難以滿足其擴(kuò)散和定居條件,因而沒能達(dá)到農(nóng)田緩沖帶的理想效益。

農(nóng)田緩沖帶等農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀化技術(shù)在景觀尺度下綜合規(guī)劃建設(shè)的實際效果,還需要通過多項指標(biāo)的長期監(jiān)測進(jìn)一步驗證。美國自然資源保護(hù)服務(wù)局進(jìn)行的一系列保護(hù)項目均在1～3年后才表現(xiàn)出理想效果[34]。英國的親水農(nóng)場研究項目示范了濕地修復(fù)、緩沖帶建設(shè)等多項技術(shù),它們對土壤、水體、生物多樣性等多項指標(biāo)的影響經(jīng)過 3年監(jiān)測才得到初步證實[35]。因此,各類生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)項目亟需轉(zhuǎn)變追求短期、直接效果的思路,應(yīng)當(dāng)在更大尺度考慮多種生態(tài)服務(wù)功能的協(xié)同與累積效應(yīng),加大管護(hù)力度。此外,本研究針對典型的平原區(qū)旱作農(nóng)田進(jìn)行緩沖帶設(shè)計,對于其他地形、氣候、水文條件下的農(nóng)田緩沖帶建設(shè),還應(yīng)當(dāng)根據(jù)特定的景觀特征與生態(tài)服務(wù)功能需求進(jìn)行空間布局和植物選擇的調(diào)整。

4 結(jié)論

本研究在明確農(nóng)田緩沖帶的定義、分類、功能和規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上,以北京市順義區(qū)都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)為例,經(jīng)過景觀調(diào)查與評價,提出了道路、溝渠、防護(hù)林3類農(nóng)田緩沖帶共7種建設(shè)模式的總體空間布局,并結(jié)合生態(tài)服務(wù)功能需求進(jìn)行植物種植模式設(shè)計。項目完工后,將典型緩沖帶歸為田埂、自然邊界、人工邊界、林地4類進(jìn)行天敵-害蟲取樣調(diào)查,初步證明了農(nóng)田緩沖帶的天敵保護(hù)效果,對生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的景觀建設(shè)具有一定參考和指導(dǎo)意義。未來的生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀建設(shè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)農(nóng)田緩沖帶等生態(tài)景觀化工程技術(shù)在景觀尺度的綜合空間規(guī)劃,并廣泛開展針對不同農(nóng)業(yè)景觀類型的實踐示范和長期監(jiān)測研究。

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Farmland buffer strip planning,construction and protective effect on related natural enemy*

LIU Wei’er1,ZHANG Xin1,ZHANG Juan2,LIU Yunhui1,YU Zhenrong1**
(1.College of Resources and Environmental Science,China Agricultural University,Beijing 100094,China; 2.Shanxi Environmental Monitoring Central Station,Taiyuan 030027,China)

At present,the application of buffer strips is becoming increasingly important in the development of modern eco-agriculture both at national and international scales.With proper design and construction,farmland buffer strips (e.g.,field margins,wild flower strips,hedgerows and shelterbelts) can provide various ecosystem and landscape services,including erosion prevention,non-point pollution control,natural pollination,pest control and landscape pattern optimization.This paper used the construction project of Modern Urban Agricultural Demonstration Farm in Shunyi District in Beijing to discuss the concept,classification,functions and planning methods of farmland buffer strips.Backed by literature review,the study demonstrated integrated spatial planning and construction of farmland buffer strips and assessed natural enemy protection service of 4 typical buffer strips by sampling and measuring the density of spiders and natural enemies/aphids ratio.The study showed that: 1) Farmland buffer strips can be defined as “a strip vegetation mosaic separating different landscape features and patches in an agricultural landscape”.This classification measure of farmland buffer strips was based on 3 attributes —location and neighboring land use,vegetation composition and structure,and ecosystem services types.Ecosystem andlandscape services were the main factors considered during planning of buffer strips.The planning process of farmland buffer strips was summarized into 5 steps—target identification,on-site investigation,spatial arrangement planning,construction pattern design,and supervision and management.2) According to the landscape pattern and ecosystem services demand in the study area,the study proposed a spatial arrangement of farmland buffer strips that consisted of 3 types with a total of 7 construction patterns designed in combination with the construction of field ditches,roads and shelterbelts.The results of the assessment of natural enemy protection service showed that the area 10 m within wheat fields near shelterbelt buffer strips had the highest density of spiders.Also the ratio of natural enemies to aphids in wheat fields near artificial field margins (including field ditches and road buffer strips) was largest.To some degree,the evaluation showed the efficacy of farmland buffer strips in providing natural enemy protection service,although the results could have been affected by the short monitoring time at the early stage of the development of buffer strip vegetation and disturbance to wildlife during construction.4) The study further showed that future development of eco-agriculture should take into consideration integration of farmland buffer strips and other ecological conservational practices along with the related spatial planning and implementation at larger scales.The application of such approach needed adjustment to specific local conditions as the paper only discussed the implementation of farmland buffer strips under dryland farming in plain areas.The overall effectiveness of such approach needed a more thorough assessment with long-term monitoring of a variety of indicators that account for the status of soil,watershed,biodiversity and other landscape characteristics.

Eco-agriculture; Agricultural landscape; Farmland buffer strip; Ecosystem service; Landscape service

Q14; Q16

: A

: 1671-3990(2017)02-0172-08

10.13930/j.cnki.cjea.160592

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* 農(nóng)業(yè)部生態(tài)環(huán)境項目(09162110402229)和國家自然科學(xué)基金項目(41671181)資助

** 通訊作者: 宇振榮,研究方向為景觀生態(tài)學(xué)、鄉(xiāng)村生態(tài)景觀建設(shè)、生物多樣性保護(hù)。E-mail: yuzhr@cau.edu.cn劉威爾,研究方向為景觀生態(tài)學(xué)。E-mail: liuweier2@hotmail.com

2016-07-24 接受日期: 2016-10-26

* This work was funded by the Ecological Environment Project of Ministry of Agriculture of China (09162110402229) and the National Natural Science Foundation of China (41671181).

** Corresponding author,E-mail: yuzhr@cau.edu.cn

Received Jul.24,2016; accepted Oct.26,2016