昆蟲(chóng)野花帶在農(nóng)業(yè)景觀中的應(yīng)用*

吳學(xué)峰, 高亦珂, 謝哲城, 徐 俊

昆蟲(chóng)野花帶在農(nóng)業(yè)景觀中的應(yīng)用*

吳學(xué)峰, 高亦珂**, 謝哲城, 徐 俊

(北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院 北京 100083)

在農(nóng)業(yè)景觀中, 昆蟲(chóng)野花帶是以混播等方式, 建植在農(nóng)田、果園、菜地等農(nóng)地邊緣的條狀或片狀生態(tài)緩沖區(qū)。通過(guò)配置不同功能植物形成植物群落, 為自然天敵及傳粉者提供蜜粉源和棲息地, 改善農(nóng)地生境質(zhì)量; 強(qiáng)化害蟲(chóng)天敵支持系統(tǒng), 達(dá)到提高授粉率、減少農(nóng)藥使用、改良修復(fù)農(nóng)地土壤、凈化水源、抑制雜草等多樣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。本文回顧了昆蟲(chóng)野花帶的應(yīng)用發(fā)展歷程, 涵蓋了中西歐發(fā)達(dá)國(guó)家及美國(guó)等地。不同國(guó)家昆蟲(chóng)野花帶側(cè)重不同, 瑞士、比利時(shí)等國(guó)家作為昆蟲(chóng)野花帶的源頭, 最早將生態(tài)保育的思想運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn), 并付諸生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的實(shí)踐; 英國(guó)昆蟲(chóng)野花帶有政策的細(xì)化支持, 應(yīng)用方式豐富; 美國(guó)以本土植物的開(kāi)發(fā)、草原生境的修復(fù)及重要傳粉者保護(hù)為研究與實(shí)踐的重點(diǎn)。中國(guó)的農(nóng)地周邊由于外來(lái)物種入侵、人為干預(yù)嚴(yán)重等造成了景觀異質(zhì)性低、生境破碎化, 亟待引入昆蟲(chóng)野花帶的技術(shù)手段, 進(jìn)行生境管理與規(guī)劃。中國(guó)的昆蟲(chóng)野花帶研究仍處于發(fā)展初期, 缺少實(shí)際應(yīng)用。未來(lái), 中國(guó)昆蟲(chóng)野花帶的發(fā)展, 首先要針對(duì)現(xiàn)有非作物生境植物群落以及各類(lèi)昆蟲(chóng)群落展開(kāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與調(diào)查, 在大尺度上劃定生態(tài)保護(hù)區(qū)域, 分析現(xiàn)有生境格局, 構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò), 研究昆蟲(chóng)野花帶的規(guī)劃方案, 分清主次和功能需求, 并根據(jù)節(jié)肢動(dòng)物功能團(tuán)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化, 確定最佳群落結(jié)構(gòu), 保持昆蟲(chóng)野花帶生境與其他自然與半自然生境的功能連接度, 保留多樣的景觀因素。

花卉混播; 傳粉者; 生境管理; 昆蟲(chóng)野花帶; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

傳粉昆蟲(chóng)為農(nóng)作物提供了重要的傳粉生態(tài)服務(wù), 害蟲(chóng)自然天敵為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了生物防治功能。如在美國(guó), 傳粉者和害蟲(chóng)天敵能提供每年45億美元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[1], 包括作物產(chǎn)量的提升、野生植物群落的維系等[2]。二戰(zhàn)后集約化的耕作方式、農(nóng)藥的使用、氣候變化等導(dǎo)致農(nóng)地節(jié)肢動(dòng)物生境破碎甚至消失, 尤其是專一食性的特化傳粉者、獨(dú)居性傳粉者等更易消失, 農(nóng)地生境管理迫在眉睫, 這關(guān)系著地球生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)社會(huì)的健康發(fā)展。

傳粉者和害蟲(chóng)天敵的生境管理主要針對(duì)其在景觀尺度中的活動(dòng)、覓食等需求, 進(jìn)行其生境的保護(hù)、重建或修復(fù)及管理。重點(diǎn)在于調(diào)整其活動(dòng)范圍內(nèi)的景觀資源布局、各類(lèi)生物間的競(jìng)爭(zhēng)-合作關(guān)系等。這種對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性調(diào)整具體體現(xiàn)在: 1)構(gòu)建農(nóng)田邊際的非作物生境, 如樹(shù)籬(hedgerows)、昆蟲(chóng)野花帶(wildflower strips)、禾草帶(grass margins)、甲蟲(chóng)堤(beetle banks)等, 提供豐富的蜜粉源、永久的庇護(hù)所等; 2)多樣化的農(nóng)作物種植, 間作、輪作等避免作物種類(lèi)單一化導(dǎo)致的傳粉者等同質(zhì)化; 3)利用現(xiàn)有農(nóng)田附近的景觀資源(森林、河流、湖泊、田間原生野花群落等), 以保護(hù)為主, 設(shè)置生態(tài)焦點(diǎn)區(qū)域(ecological focus areas, EFA), 即農(nóng)業(yè)景觀中的一些面積較小具有生態(tài)價(jià)值的半自然棲息地或保護(hù)區(qū), 在此實(shí)施休耕政策[3-6]。

昆蟲(chóng)野花帶是一種以混播方式建植于農(nóng)田、果園、菜地等農(nóng)地邊緣, 呈條狀或片狀的生態(tài)緩沖區(qū)。通過(guò)配置不同功能植物形成植物群落, 為傳粉者、害蟲(chóng)天敵提供蜜粉源和棲息地, 改善農(nóng)地生境質(zhì)量; 具有強(qiáng)化害蟲(chóng)天敵支持系統(tǒng), 達(dá)到提高授粉率、減少農(nóng)藥使用、改良修復(fù)農(nóng)地土壤、凈化水源、抑制雜草等多樣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。昆蟲(chóng)野花帶通過(guò)增加花量、開(kāi)花植物的多樣性以及不同的植被結(jié)構(gòu)吸引多樣的傳粉者, 改善傳粉者生境。較之其他生態(tài)保育的途徑, 最大優(yōu)勢(shì)在于易于建植與轉(zhuǎn)化, 如可以根據(jù)作物類(lèi)型、目標(biāo)昆蟲(chóng)偏好、景觀美學(xué)價(jià)值等靈活選擇混播物種。

不同國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)景觀中昆蟲(chóng)野花帶的稱謂不盡相同,常見(jiàn)的稱法有wildflower strip/wildblumenstreifen(通用)、wildflower plantings(德國(guó)、美國(guó))、blühstreifen/ bande fleurie/flower strip(比利時(shí), 法國(guó))、weed strip(瑞士、德國(guó))等[7-10]。本文以wildflower strip(昆蟲(chóng)野花帶)為這類(lèi)保育型非農(nóng)植物帶的代表名稱, 簡(jiǎn)稱“昆蟲(chóng)野花帶”。

1 昆蟲(chóng)野花帶的功能

昆蟲(chóng)野花帶是多種生境交替融合的生態(tài)緩沖區(qū), 為傳粉昆蟲(chóng)提供粉蜜源, 更提供了活動(dòng)、繁殖、棲息的場(chǎng)所, 使其完成全部的生命周期。多年生的野花帶以0.08~0.8 hm2的面積最能維持穩(wěn)定的野生傳粉者群落, 且與農(nóng)田的距離應(yīng)控制在30 m以內(nèi)[11-12], 如與其他生境管理方式如樹(shù)籬、樹(shù)林等區(qū)域形成完整的生態(tài)網(wǎng)絡(luò), 能發(fā)揮更多樣的功能。

1.1 為昆蟲(chóng)提供蜜粉源和庇護(hù)場(chǎng)所, 改善農(nóng)地生境質(zhì)量

昆蟲(chóng)野花帶支持的傳粉者類(lèi)群豐富, 包括傳統(tǒng)上人工管理養(yǎng)殖的蜂種、蝶類(lèi)、蛾類(lèi)等。不同的昆蟲(chóng)野花帶植物組成、結(jié)構(gòu)、形式、數(shù)量等對(duì)不同訪花者的移動(dòng)、取食偏好、寄主選擇等均有影響。此外, 昆蟲(chóng)野花帶的群落組成在時(shí)間、空間上的變化會(huì)滿足不同傳粉者對(duì)生境及食源質(zhì)量的需求。昆蟲(chóng)野花帶中有花植物資源的豐富度、可用性對(duì)傳粉者類(lèi)群的覓食、庇護(hù)作用, 對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量影響最大; 昆蟲(chóng)野花帶永久性的半自然或自然生境對(duì)傳粉者的筑巢、遷徙等至關(guān)重要。譬如熊蜂屬(spp.)是對(duì)傳粉生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能貢獻(xiàn)最大的泛化傳粉者, 其對(duì)生境的要求選擇范圍廣、食性多樣, 種類(lèi)豐富的野花帶則恰恰投其所好; 而長(zhǎng)喙天蛾屬(spp.)等特化傳粉者, 食源狹窄, 移動(dòng)緩慢, 棲息地局限, 通常對(duì)特殊功能植物的依賴性更強(qiáng), 譬如美國(guó)的黑脈金斑蝶()野花帶中的植物應(yīng)含有其寄主——馬利筋屬(spp.)、其他蜜源植物、暖季型禾草等[13-14]。

大尺度的昆蟲(chóng)野花帶建設(shè), 配置植物時(shí)強(qiáng)調(diào)生態(tài)緩沖區(qū)的完整性, 以彌補(bǔ)破碎的生境斑塊; 植物種類(lèi)豐富、寬度較大的昆蟲(chóng)野花帶更能支持多樣的傳粉者類(lèi)群; 特殊功能植物占比較大的昆蟲(chóng)野花帶可以支持特殊的傳粉者類(lèi)群。一些研究證明, 昆蟲(chóng)野花帶的景觀背景、空間位置也會(huì)影響傳粉者的種群數(shù)量、規(guī)模等。如大尺度條件下, 建植于森林邊緣與農(nóng)田交接地帶的昆蟲(chóng)野花帶比在裸地中對(duì)傳粉者更有利, 在農(nóng)田邊緣比農(nóng)田中間更合適; 小尺度條件下, 如家庭農(nóng)場(chǎng)的草莓(×)園, 建植在農(nóng)地中心的昆蟲(chóng)野花帶更能提升傳粉的有效性[15-17]。

1.2 強(qiáng)化害蟲(chóng)天敵支持系統(tǒng), 減少農(nóng)藥使用

害蟲(chóng)天敵常分為兩類(lèi): 一為捕食性天敵(predator), 包括瓢蟲(chóng)(Coccinellidae)、草蛉(Chrysopidae)、花蝽(Anthocoridae)、食蚜蠅(Syrphidae)、蜘蛛(Araneae)以及步甲(Carabidae)等; 二為寄生性天敵(parasitoids), 如寄生蜂(parasitoid wasp)等(表1)。害蟲(chóng)天敵在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中是關(guān)鍵類(lèi)群。昆蟲(chóng)野花帶能強(qiáng)化害蟲(chóng)天敵的支持系統(tǒng), 植被高度及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性會(huì)為不同的昆蟲(chóng)提供生境體系, 而生境結(jié)構(gòu)又影響著昆蟲(chóng)群落的多樣性和數(shù)量[18]。例如Tschumi等[9]比較了瑞士中部有無(wú)昆蟲(chóng)野花條帶參與的冬小麥()田, 通過(guò)對(duì)野花帶植被特點(diǎn)如闊葉植物和禾草的覆蓋比例、每種開(kāi)花植物的花或花序的數(shù)量等進(jìn)行多次評(píng)估以及不同區(qū)域小麥田調(diào)查后發(fā)現(xiàn), 臨近昆蟲(chóng)野花帶的小麥田害蟲(chóng)卵數(shù)減少44%, 而小麥產(chǎn)量也隨著昆蟲(chóng)野花帶中花密度和闊葉植物覆蓋面積的增加而提高。自然天敵的聚集及壽命的延長(zhǎng)、繁殖率的提高等也需要輔助食源的支持, 在作物收割后因?yàn)樽魑锷澈οx(chóng)的消失, 而使其向其他植被區(qū)域移動(dòng), 一是尋找相似的害蟲(chóng)食源或寄主(如寄生蜂), 二是利用蜜粉源補(bǔ)充體力, 三是尋找植被作為棲息庇護(hù)場(chǎng)所或利用其枝干進(jìn)行筑巢。另外, 還有一部分天敵昆蟲(chóng)偏好在植物的莖稈、葉片上產(chǎn)卵, 例如菜粉蝶()常在十字花科(Brassicaceae)植物莖、葉上產(chǎn)卵等; 低矮開(kāi)闊的植被結(jié)構(gòu)適合蝶類(lèi)幼蟲(chóng)中喜好溫暖生境的種類(lèi); 高大且密集的植被結(jié)構(gòu)能滿足步甲類(lèi)等昆蟲(chóng)越冬、渡過(guò)極端條件, 高大密集的植被能提供更多食物資源且更為隱蔽, 比低矮植被能容納更多昆蟲(chóng)種類(lèi)[19-20]。

表1 野花帶群落中有益節(jié)肢動(dòng)物功能團(tuán)及與其相關(guān)的植物群落關(guān)鍵功能性狀

真正能做到控制蟲(chóng)害、減少農(nóng)藥使用的昆蟲(chóng)野花帶, 不僅能提供天敵的生境條件, 還能滿足一定量植食性昆蟲(chóng)(害蟲(chóng))的需求。具有轉(zhuǎn)移農(nóng)作物蟲(chóng)害和維持植物群落中完整的食物鏈, 為天敵提供作物害蟲(chóng)以外的補(bǔ)充食源的功能, 但需控制害蟲(chóng)種群密度。因此昆蟲(chóng)野花帶中需要配置一定的寄主植物、誘集植物(表2)。天敵靶向的昆蟲(chóng)野花帶在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮受保護(hù)作物的常見(jiàn)害蟲(chóng)及其天敵的取食偏好、寄主選擇等, 如不同植物的花型、花色、蜜粉含量等均能影響天敵的活動(dòng)能力、范圍等。

表2 昆蟲(chóng)野花帶中常見(jiàn)誘集植物、寄主植物及其吸引的主要害蟲(chóng)種類(lèi)

1.3 改良、修復(fù)農(nóng)地土壤, 凈化農(nóng)地水源

長(zhǎng)期農(nóng)藥的使用導(dǎo)致農(nóng)地土壤板結(jié)、肥力下降, 不僅限制了原生植物根系生長(zhǎng), 也不利于土棲昆蟲(chóng)的地下筑巢。瑞士研究者對(duì)建植5~6年的昆蟲(chóng)野花帶土壤菌群研究發(fā)現(xiàn), 綠僵菌(, 一種昆蟲(chóng)病原真菌)的菌落數(shù)量顯著高于無(wú)昆蟲(chóng)野花帶的谷物種植田, 而農(nóng)地的土壤結(jié)構(gòu)也得到了自上及下的改良[21]。另外昆蟲(chóng)野花帶還可以提供較長(zhǎng)期的土壤覆蓋, 減輕土壤侵蝕, 含有豆類(lèi)植物昆蟲(chóng)野花帶植物還田后可以有效提高土壤肥力; 在鄰近水域的區(qū)域, 一些超積累及富集植物的組合還可以有效控制土壤污染物, 消解氮、磷污染, 如可消減淺層地下水中90%的硝酸鹽, 控制源頭污染; 同時(shí)一些高大的禾草如柳枝稷()為主的混播組合還可以避免農(nóng)地土壤有機(jī)物的流失[22-24]。英國(guó)在其環(huán)境管理計(jì)劃中以豆類(lèi)-花卉植生草皮、6~12 m寬的禾草帶等來(lái)控制玉米()和冬小麥農(nóng)田的土壤侵蝕控制, 凈化水源[25]。

1.4 抑制農(nóng)地雜草

相對(duì)于自然更新的一、二年生昆蟲(chóng)野花帶組合而言, 植物種類(lèi)豐富、覆蓋能力迅速的多年生野花帶更能控制當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)雜草的入侵。歐洲的昆蟲(chóng)野花帶組合中常用本土寄生草本如鼻花屬(spp.)、山羅花屬(spp.)等列當(dāng)科(Orobanchaceae)植物來(lái)抑制當(dāng)?shù)馗?jìng)爭(zhēng)型禾草的生長(zhǎng)[26-27], 提高昆蟲(chóng)野花帶的物種多樣性。相比早期自然更新的田間非作物種植區(qū), 農(nóng)民更青睞于花卉植物豐富、惡性雜草較少的野花帶及叢生禾草帶[28]。另外, 覆蓋作物組合可以保持穩(wěn)定的土壤溫度、降低地表透光率, 抑制其余草種生長(zhǎng), 故常用于輪作、間作系統(tǒng)中雜草的防治[29]; 使用一定量細(xì)葉型禾草參與昆蟲(chóng)野花帶建植也可起到相似作用, 還可保持良好視覺(jué)效果, 例如, 使用洋狗尾草()、細(xì)弱剪股穎()等細(xì)葉型禾草與夏枯草()、野胡蘿卜()、蓍()等本土野花組合, 較之鴨茅()、狐尾草()等叢生禾草與野花的組合更穩(wěn)定[25]。多數(shù)國(guó)家昆蟲(chóng)野花帶寬度在2~4 m以上, 基本符合雜草種子傳播距離, 即一般性種子傳播距離為1 m, 有特殊結(jié)構(gòu)(如冠毛等)可以擴(kuò)散至7~12 m, 秋冬季清除野花帶刈割后殘茬, 可有效控制雜草種子向農(nóng)田生境擴(kuò)散[30]。

以上昆蟲(chóng)野花帶的綜合功能不僅針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生態(tài), 而且還具有一定的文化及美學(xué)功能。農(nóng)田中昆蟲(chóng)野花帶以其鮮明的色彩和視覺(jué)沖擊成為畫(huà)面的主題, 例如19世紀(jì)的印象派作品《田間采花》(, Mary Cassatt, 1875)、《熱維耶的黃色田野》(, Gustave Caillebotte, 1884)、《遍開(kāi)虞美人的田野》(, Vincent Van Gogh, 1889)等。第一次世界大戰(zhàn)期間, 比利時(shí)等地田間常見(jiàn)的虞美人()花帶因《在佛蘭德斯戰(zhàn)場(chǎng)》(, John McCrae, 1915)一詩(shī)對(duì)戰(zhàn)死兵士的追思而成為此后懷舊、向往和平的象征。昆蟲(chóng)野花帶的存在寄托了人們對(duì)荒野自然的聯(lián)想、向往, 也營(yíng)造了良好的視覺(jué)景觀效果。

綜上所述, 昆蟲(chóng)野花帶改善了農(nóng)地生境質(zhì)量, 改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)中的土壤、水質(zhì)以及害蟲(chóng)支持系統(tǒng), 有效抑制雜草, 優(yōu)化視覺(jué)效果, 降低集約農(nóng)業(yè)的景觀同質(zhì)化、破碎生境等負(fù)面影響, 促進(jìn)生物多樣性提升, 是農(nóng)地邊界重要的生境管理工具。20世紀(jì)中后期昆蟲(chóng)野花帶被人們重新發(fā)掘, 兼顧其生態(tài)功能和文化價(jià)值, 并在歐美各國(guó)農(nóng)業(yè)景觀中不斷發(fā)展, 延續(xù)非作物種植傳統(tǒng), 發(fā)揮重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

2 國(guó)外昆蟲(chóng)野花帶的發(fā)展、政策制定及應(yīng)用現(xiàn)狀

歐洲各國(guó)為了應(yīng)對(duì)傳粉者生境破壞、生物多樣性下降以及作物產(chǎn)量減少等問(wèn)題, 從20世紀(jì)70年代開(kāi)始制定并實(shí)行了農(nóng)業(yè)環(huán)境管理計(jì)劃(agri-environ-mental schemes, AES)[13], 而建植昆蟲(chóng)野花帶是其中的重要內(nèi)容, 80年代后期開(kāi)始了一段長(zhǎng)時(shí)間的探索。1986年, 瑞士康斯坦斯湖區(qū)(Lake Constance region)最早在果園中出現(xiàn)了農(nóng)民自發(fā)播種建植的蜜源植物種植帶[8], 緊隨其后的是以瑞士為主的各國(guó)生態(tài)學(xué)家對(duì)果園、農(nóng)田覆蓋植物的形式、功能方面的研究、試點(diǎn)[31-32]。最早在農(nóng)田應(yīng)用的是混播禾草帶(甲蟲(chóng)堤), 目的是有利于農(nóng)田無(wú)脊椎動(dòng)物的越冬保護(hù)[33]。一段時(shí)間的試點(diǎn)后, 禾草帶的功能不再能滿足生態(tài)保育的綜合需求, 德國(guó)“綠島項(xiàng)目”(Grüninsel programm)等生態(tài)保育工程開(kāi)始向推廣新混播組合(Saatgutm-ischung)(80%禾草, 20%花卉)[34], 與單一功能的禾草帶并行發(fā)展, 開(kāi)花植物參與的昆蟲(chóng)野花帶開(kāi)始大面積農(nóng)田試點(diǎn), 并在中西歐國(guó)家中擴(kuò)散。此后, 各國(guó)相繼出臺(tái)了類(lèi)似國(guó)家傳粉者策略(national pollinator strategy)等重要政策法規(guī)[35], 相應(yīng)政策下產(chǎn)生的The B-Lines Programme、Get Britain Buzzing等計(jì)劃、方案, 都將昆蟲(chóng)野花帶作為綠色基礎(chǔ)設(shè)施的一部分, 上升為一項(xiàng)國(guó)家指導(dǎo)、公眾廣泛參與的生態(tài)保育運(yùn)動(dòng)。在昆蟲(chóng)野花帶研究上, 多數(shù)國(guó)家已有20余年的歷史, 主要為集群研究和大規(guī)模實(shí)踐, 以英國(guó)、瑞士、比利時(shí)、法國(guó)、德國(guó)等為主, 在農(nóng)業(yè)環(huán)境計(jì)劃指導(dǎo)下, 農(nóng)民自發(fā)建立昆蟲(chóng)野花帶為主的緩沖區(qū)域構(gòu)成了歐洲連貫的農(nóng)地棲息地網(wǎng)絡(luò)[36]。對(duì)農(nóng)民而言, 在國(guó)家政策指引下, 昆蟲(chóng)野花帶的低維護(hù)成本及3~5年后顯著的生產(chǎn)效益極具吸引力, 近年來(lái)對(duì)農(nóng)民或農(nóng)場(chǎng)主的調(diào)查發(fā)現(xiàn), 多數(shù)人聽(tīng)取了政府的針對(duì)性意見(jiàn), 身體力行, 并積極反饋, 認(rèn)同生境管理后帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值; 實(shí)施3~5年以上的昆蟲(chóng)野花帶, 大部分歐洲國(guó)家在昆蟲(chóng)(包括稀有物種)種群密度等方面較傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)環(huán)境管理方式顯著提升[31]。歐洲各國(guó)的決策者更注意其適應(yīng)性設(shè)計(jì)與民意調(diào)查的結(jié)合, 同時(shí)不斷滿足高水平的生物多樣性[37-38](表3)。

表3 各國(guó)農(nóng)地野花帶植物構(gòu)成、寬度及管理方式對(duì)比

美國(guó)建立了國(guó)家性傳粉者計(jì)劃以及農(nóng)田緩沖帶保護(hù)建設(shè)計(jì)劃。亞洲國(guó)家以日本為主, 處于初步發(fā)展階段, 但在農(nóng)田生態(tài)保育方面主要重視棄耕田植被更新與田間野生植物群落的保護(hù)等。在歐美各國(guó), 市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了與研究者合作開(kāi)發(fā)的適應(yīng)多種生境條件(干旱、中生、濕生等), 或針對(duì)多種傳粉者保育以及不同景觀效果的野花帶組合, 為大規(guī)模、快速建植應(yīng)用做出巨大貢獻(xiàn)。

國(guó)外目前對(duì)野花帶研究結(jié)果主要集中在提供蜜粉源、寄主植物等的生境管理功能以及景觀效果方面, 進(jìn)行了蜜粉源植物、誘集植物、寄主植物等功能植物的篩選與配比。比較歐美不同國(guó)家, 使用頻率最高的植物有野胡蘿卜、艾菊葉鐘穗花()、西洋濱菊()、矢車(chē)菊()、蓍、藍(lán)薊()、香雪球()、虞美人等。共涉及30余科、80多屬, 以豆科(Fabaceae)、菊科(Astera?ceae)、十字花科、傘形科(Apia?ceae)為主, 這些科的植物是訪花昆蟲(chóng)的主要蜜粉源。不同國(guó)家昆蟲(chóng)野花帶的植物種配比不同, 大都為蜜源植物和寄主植物, 利用昆蟲(chóng)野花帶在農(nóng)田系統(tǒng)中增加天敵、傳粉者和分解者等的種類(lèi)與種群數(shù)量, 促進(jìn)生境管理功能的發(fā)揮。二大類(lèi)植物參與昆蟲(chóng)野花帶的構(gòu)建、功能實(shí)現(xiàn)的要點(diǎn)在于選擇花期長(zhǎng)且花期連續(xù)的植物。

2.1 英國(guó)

英國(guó)的傳統(tǒng)牧場(chǎng)自19世紀(jì)以來(lái)形成了獨(dú)特的植物景觀, 鄉(xiāng)村田間的樹(shù)籬維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)秩序, 在障隔土地的同時(shí)為野生動(dòng)物提供居所。樹(shù)籬附近則常為自然更新的野花地, 遍布草甸毛茛()、柔毛豬殃殃()等野花。英國(guó)的農(nóng)業(yè)用地約占國(guó)土面積的76%, 以冬季播種的農(nóng)作物(冬小麥等)為主[39]。其昆蟲(chóng)野花帶的政策制定和應(yīng)用從20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始。在早期歐盟一般性農(nóng)業(yè)政策(Common Agricultural Policy, CAP)影響下, 于1987年左右將保護(hù)野生傳粉者的一攬子計(jì)劃作為農(nóng)業(yè)環(huán)境計(jì)劃的重要部分, 從法律層面上一直推行環(huán)境管理辦法(Environmental Stewardship, ES), 其中包含了兩項(xiàng)內(nèi)容: 一般管理?xiàng)l例(entry level stewardship, ELS)和高級(jí)管理?xiàng)l例(higher level stewardship, HLS)。ELS至2013年已在英國(guó)64.6%的農(nóng)業(yè)用地中實(shí)施, 其中針對(duì)蝶類(lèi)、蜂類(lèi)等昆蟲(chóng)的生境保護(hù), 推行了豆科為主的蜜源植物野花帶、禾草野花帶等; HLS包含了多樣的本土蜜粉源植物資源, 涉及了原生草甸的修復(fù)與重建, 整體以可用蜜量最大化作為篩選標(biāo)準(zhǔn)[40]。兩種管理?xiàng)l例均由政府提供資金支持, 根據(jù)農(nóng)民意愿靈活實(shí)施, 至少10%的農(nóng)田區(qū)域有野生動(dòng)物生境, 其中4%建設(shè)為高質(zhì)量的蜜粉源野花帶[40]。2014年, 為期10年的國(guó)家傳粉者策略正式公布, 重點(diǎn)鼓勵(lì)昆蟲(chóng)野花帶為主的環(huán)境管理辦法的推行[41-43], 到2015年, 環(huán)境管理辦法正式更新為鄉(xiāng)村管理計(jì)劃(countryside stewardship scheme, CSS), 在未來(lái)5年中將向農(nóng)民分發(fā)9.25億英鎊, 鼓勵(lì)采用包括野花帶在內(nèi)的增強(qiáng)生物多樣性、改善環(huán)境的農(nóng)業(yè)生態(tài)工程措施。該計(jì)劃由兩部分構(gòu)成: 對(duì)應(yīng)之前HLS的高級(jí)計(jì)劃(Higher Tier), 以保育型野花帶介入, 針對(duì)重點(diǎn)保護(hù)地帶的生態(tài)修復(fù)、生境管理; 中級(jí)計(jì)劃(Middle Tier)則以大面積農(nóng)田傳粉者和鳥(niǎo)類(lèi)棲息地改善為目標(biāo), 截至2018年, 已推出了18種諸如AB1 Nectar flower mix(蜜源組合)、AB3 Beetle banks(甲蟲(chóng)堤組合)等野花帶組合, 農(nóng)民可根據(jù)需求而選擇[44]。這次的調(diào)整實(shí)際上是空間優(yōu)化、功能細(xì)分的過(guò)程, 綜合考慮了景觀水平的生物多樣性、作物生產(chǎn)目標(biāo)、環(huán)境背景、保育對(duì)象等。至此, 英國(guó)的農(nóng)地昆蟲(chóng)野花帶整體形成了全面的決策機(jī)制, 在近10年中, 諸多生態(tài)學(xué)家陸續(xù)實(shí)施了野花帶、禾草帶的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、追蹤、評(píng)估與反饋[45-47]。

2.2 瑞士、比利時(shí)

在瑞士, 占國(guó)土面積40%的草地已開(kāi)墾耕種, 自1993年開(kāi)始在部分地區(qū)實(shí)施了生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制(ecological compensation), 在農(nóng)田等小尺度生境保護(hù)中實(shí)施, 約10萬(wàn)hm2的草甸、草原及農(nóng)田被規(guī)劃為生態(tài)補(bǔ)償區(qū)(ecological compensation area, ECA), 除大面積草甸斑塊的修復(fù)、管理外, 主要利用7%的農(nóng)業(yè)用地建植樹(shù)籬及含有30多種本土草本植物的野花帶[48-49]。至今瑞士的生態(tài)保育型野花帶已有近25年的發(fā)展歷史,給農(nóng)民帶來(lái)了可觀的收入。同時(shí)自1993年起, 農(nóng)民需遵守生態(tài)交叉遵守制度(ecological cross compliance), 以利于昆蟲(chóng)野花帶建設(shè)的真正落實(shí)[50-51]。自2010年起, 政府每年對(duì)每公頃農(nóng)地?fù)馨l(fā)約2 800瑞士法郎(CHF)的補(bǔ)貼用于昆蟲(chóng)野花帶等生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的落實(shí), 2014年開(kāi)始, 國(guó)家政策的重心為鼓勵(lì)更多農(nóng)場(chǎng)主、農(nóng)民建設(shè)昆蟲(chóng)野花帶, 研究更多的配方組合, 進(jìn)行商業(yè)推廣。

比利時(shí)于20世紀(jì)80年代末開(kāi)始昆蟲(chóng)野花帶植物的篩選工作[31], 而農(nóng)業(yè)環(huán)境計(jì)劃的研究重點(diǎn)在于本土干草草原及其生物多樣性保護(hù), 而生境保護(hù)、管理的方案多由當(dāng)?shù)胤菭I(yíng)利組織如Natagriwal等研討并公布[52]。2005年, 瓦隆政府推出了11組關(guān)于“人工野花帶”(‘managed-strips’)的農(nóng)業(yè)環(huán)境計(jì)劃方案, 至2013年已建成1 275 km長(zhǎng)的野花帶[53]。未來(lái), 比利時(shí)的昆蟲(chóng)野花帶研究重點(diǎn)放在混播組合的優(yōu)化、生物防控型野花帶的開(kāi)發(fā)等[54]; 而Amy等[55]通過(guò)最近幾年對(duì)農(nóng)作物間作系統(tǒng)中野花帶功能的研究, 對(duì)其不同應(yīng)用形式(大面積單播或混播等)與農(nóng)民利益、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)及生態(tài)補(bǔ)償?shù)年P(guān)系進(jìn)行了深入探討。

2.3 美國(guó)

大草原(prairie)作為美國(guó)重要的自然生態(tài)系統(tǒng), 全國(guó)及各州均有相應(yīng)的大草原保護(hù)方針政策, 其中以傳粉者生境管理與保護(hù)為重點(diǎn)。例如2018年種子遺產(chǎn)計(jì)劃(Seed A Legacy)是由美國(guó)蜂蝶生境基金(The Bee & Butterfly Habitat Fund, BBHF)支持的一項(xiàng)傳粉者生境保護(hù)計(jì)劃, 旨在為美國(guó)中西部和大平原的11個(gè)州的很多項(xiàng)目提供免費(fèi)的傳粉者混播組合。其中, 美國(guó)密歇根州立大學(xué)、俄勒岡州立大學(xué)、加州大學(xué)等的研究者[56-57]經(jīng)過(guò)數(shù)年研究, 篩選了美國(guó)北部及中西部23~46種多年生植物, 并強(qiáng)調(diào)本土植物對(duì)本土野生生物生境管理的重要性, 根據(jù)開(kāi)花期、生境適應(yīng)性, 與大型種業(yè)公司如Roundstone Seeds等開(kāi)發(fā)出如傳粉者保育組合、河岸緩沖帶傳粉者組合、帝王蝶保育組合等, 包含6~27種本土植物種類(lèi), 旨在延續(xù)其鄉(xiāng)土農(nóng)地景觀, 增加本土農(nóng)作物的授粉和害蟲(chóng)控制等。美國(guó)的高叢藍(lán)莓()種植園、扁桃()種植園中, 20世紀(jì)90年代中后期即有一些研究者和農(nóng)戶開(kāi)始運(yùn)用昆蟲(chóng)野花帶吸引更多傳粉者幫助果樹(shù)完成傳粉, 尤其注重對(duì)本土蜂種如壁蜂屬(spp.)等的吸引能力[58]。而美國(guó)農(nóng)業(yè)部林務(wù)局則認(rèn)為多年生的野花帶給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的效益在7年左右可以真正實(shí)現(xiàn)。而對(duì)傳粉者生境的保護(hù), 農(nóng)業(yè)部從生物遷徙路線展開(kāi)了全國(guó)性的野花帶適應(yīng)性規(guī)劃并制定了相關(guān)設(shè)計(jì)指南[59]。

2.4 總結(jié)

昆蟲(chóng)野花帶以瑞士、比利時(shí)等德語(yǔ)國(guó)家為發(fā)源中心, 著力推行生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制, 農(nóng)民均有義務(wù)利用耕地的2%~7%土地建植野花帶; 而有著同樣種植傳統(tǒng)的英國(guó)則在政策與形式上不斷細(xì)化與豐富; 在美國(guó)則以本土植物的開(kāi)發(fā)、草原生境的修復(fù)及重要傳粉者保護(hù)為研究與實(shí)踐的重點(diǎn)。不同國(guó)家在野花帶管理方式、植物構(gòu)成上既有共識(shí), 也因生產(chǎn)力水平、氣候環(huán)境條件、保育目標(biāo)等不同而存在差異, 但各國(guó)開(kāi)展了多種野花帶模式的實(shí)驗(yàn)、推廣, 理論及營(yíng)造經(jīng)驗(yàn)業(yè)已成熟, 政府也以不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境計(jì)劃予以政策支持, 對(duì)實(shí)踐野花帶的農(nóng)民施行了生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制, 在野花帶植物構(gòu)成的研究也做了相應(yīng)本土化、功能指向性的優(yōu)化配置, 這些都對(duì)發(fā)展昆蟲(chóng)野花帶初期的中國(guó)有所借鑒。

3 中國(guó)昆蟲(chóng)野花帶未來(lái)的發(fā)展

中國(guó)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀仍以精耕細(xì)作的小農(nóng)經(jīng)營(yíng)模式為主。南方經(jīng)營(yíng)作物多樣, 以水田作物為主, 如水稻()、油菜()、甘蔗()等; 而在北方旱田作物以小麥、玉米、花生()等為主, 生產(chǎn)規(guī)模較大, 集約化程度較高。這意味著南北方在農(nóng)田野花帶的應(yīng)用時(shí), 規(guī)模、種類(lèi)、建植方式、景觀背景等皆有差異。

中國(guó)的農(nóng)地周邊多數(shù)以防風(fēng)林、農(nóng)民自發(fā)間作的作物、個(gè)別覆蓋作物種植等為主。據(jù)調(diào)查, 有近30%的田間空地、田邊道路裸露嚴(yán)重[60]。馬守臣等[61]研究表明, 果園邊際植被均勻度指數(shù)最低, 受人類(lèi)干擾的作物邊界多樣性指數(shù)和生態(tài)優(yōu)勢(shì)度又顯著小于其他農(nóng)田邊際。鮮有多樣化草本植物的大規(guī)模種植研究、實(shí)踐等, 且與周邊生境的物種相似性也更高。如今, 更多的田間土地則面臨著空心蓮子草()、豚草()、大狼把草()等入侵植物的控制中, 本土蜂種受到西方蜜蜂等攜帶的病菌感染、食源減少而瀕臨消失。

近年來(lái), 在中國(guó)臺(tái)灣花蓮農(nóng)改場(chǎng), 研究者以仙草()、鴨舌癀()、黃花蜜菜()等十來(lái)種本土物種以野花植生毯的形式改良果園的土壤有機(jī)質(zhì)、抑制雜草等, 并調(diào)查到27種寄生蜂, 尤其有一種依賴于馬蘭()蜜源的東方果實(shí)蠅()的天敵——格氏突闊小蜂(), 有效抑制了果園中的害蟲(chóng)密度[62]。在中國(guó)大陸地區(qū), 南方的水稻田早有田埂間種植蜜量豐富的芝麻()等其他作物的傳統(tǒng), 可以有效控制稻飛虱()、稻縱卷葉螟()等稻田害蟲(chóng)[63]。目前, 國(guó)內(nèi)非作物生境種植普遍以單一植物為主, 如2017年, 北京市順義、密云等十多處農(nóng)田附近建成了以柳葉馬鞭草()、白車(chē)軸草()等單一植物種植為主的野花帶[64]。但單一植物很難長(zhǎng)久維持生境管理功能。真正把昆蟲(chóng)野花帶引入實(shí)踐還是在近兩三年間, 先正達(dá)種業(yè)公司的“傳粉者行動(dòng)”(operation pollinator)本土化“運(yùn)動(dòng)”, 在10 391 hm2的耕地上建設(shè)蜜粉源植物為主的昆蟲(chóng)野花帶[65]。另外, 北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站于2016年開(kāi)始在順義大孫各莊、延慶野鴨湖濕地等地展開(kāi)了昆蟲(chóng)野花帶示范工程, 并初具規(guī)模[66-67]。

未來(lái)中國(guó)昆蟲(chóng)野花帶的發(fā)展, 首先要針對(duì)現(xiàn)有非作物生境植物群落及各類(lèi)昆蟲(chóng)群落展開(kāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與調(diào)查, 在大尺度上劃定生態(tài)保護(hù)區(qū)域, 分析現(xiàn)有生境格局, 構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[68]; 研究昆蟲(chóng)野花帶的規(guī)劃方案, 分清主次和功能需求, 并根據(jù)節(jié)肢動(dòng)物功能團(tuán)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化, 確定最佳群落結(jié)構(gòu); 保持昆蟲(chóng)野花帶生境與其他自然與半自然生境的功能連接度, 保留多樣的景觀因素(包括裸地等); 以不同形式、功能的昆蟲(chóng)野花帶, 建立合理、多樣的生境, 例如結(jié)合木槿()、荊條(var.)、華北木香薷()、繡線菊(spp.)、蕕()、檫木()、油茶()、山楂()等蜜粉源、動(dòng)物食源灌木、小喬木等, 形成多功能、多物種、多樣化的農(nóng)地景觀。另外, 研究者和種業(yè)公司還需借鑒國(guó)際經(jīng)驗(yàn), 篩選和開(kāi)發(fā)昆蟲(chóng)野花帶功能植物, 尤其是影響著越冬天敵存活時(shí)間和控害能力的早春和晚秋的蜜粉源野花, 真正實(shí)現(xiàn)本土化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與落地的完整流程。

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Application of wildflower strips for agricultural landscaping*

WU Xuefeng, GAO Yike**, XIE Zhecheng, XU Jun

(School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

Wildflower strips in the agricultural landscape are constructed in strip or matrix forms as buffers on headlands, orchards, vegetable fields, etc. by means of mixture sowing. By combining different functional plants into communities, the wildflower strips provide nectar and pollen resources as well as habitats for natural enemies and pollinators. They also contribute in improving the quality of habitats; strengthen the support system for natural enemies; and provide different ecosystem services, such as improving pollination rates, reducing pesticide use, improving and restoring farmland soil, purifying water sources, and inhibiting weeds. The application and development of wildflower strips in Central and Western Europe and the United States were reviewed in this study. Wildflower strips originated in Switzerland but were first applied with the intention of ecological conservation in agricultural settings in Belgium. Over time, the ecological compensation mechanism improved in these countries. In United Kingdom, wildflower strip application occured with strong, detailed policy support involving the use of a variety of methods. However, in the United States, the promotion of native plants, grassland habitat restoration, and the conservation of key pollinators were emphasized. In China, the lack of landscape heterogeneity and habitat fragmentation was mainly caused by the invasion of exotic species and human intervention. The introduction of these methods of wildflower strip implementation as a means for habitat management and planning was crucial. The study on wildflower strip usage in China was still in the early stages of development and was not yet to be practically applied at larger scales. In the future, wildflower strip implementation would be initiated with simultaneous dynamic monitoring and investigation of plant community interactions along with various insect communities in existing non-crop habitats. These investigations will provide the data necessary to construct ecological networks after delimitation of ecological protection areas on a large scale. In addition, these studies will facilitate decision-making on suitable vegetation structures to combine natural and semi-natural habitats based on spatial and temporal dynamics of arthropod functional groups.

Wildflower meadow; Pollinators; Habitat management; Wildflower strip; Ecosystem services

, E-mail: gaoyk@bjfu.edu.cn

May 4, 2019;

Jun. 25, 2019

S181; S731.7

2096-6237(2019)10-1481-11

10.13930/j.cnki.cjea.190330

吳學(xué)峰, 高亦珂, 謝哲城, 徐俊. 昆蟲(chóng)野花帶在農(nóng)業(yè)景觀中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(10): 1481-1491

WU X F, GAO Y K, XIE Z C, XU J. Application of wildflower strips for agricultural landscaping[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(10): 1481-1491

* 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31770736)資助

高亦珂, 主要研究方向?yàn)閳@林植物應(yīng)用與生態(tài)。E-mail: gaoyk@bjfu.edu.cn

吳學(xué)峰, 主要研究方向?yàn)閳@林植物應(yīng)用與生態(tài)。E-mail: 2636203727@qq.com

2019-05-04

2019-06-25

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31770736).