农田边界多营养级生物多样性维持及相互关联机制研究

Agricultural landscape is one of the most important components of the terrestrial ecosystem, while agricultural modernization and intensification significant decreased biodiversity, and influenced the sustainable development of agricultural landscapes. Field margin was the main semi-natural compartment of agricultural landscapes, could increase biodiversity of agricultural landscapes significantly. Although numerous studies have been conducted on the biodiversity of field margin at single trophic level, a comprehensive understanding of how field margin affects multi-trophic levels biodiversity and the relationship among different trophic levels remains elusive. Our project based on agricultural landscape demonstration base in Hebei, investigate the plants, arthropods and microbial diversity and related environmental factors of natural grassland, agricultural ecosystem and the field margin. We designed to find the differences in trophic level biodiversity among different land use types, explore the key influencing factors of biodiversity, identify the interrelated mechanisms of different trophic-level biodiversity, and then reveal the intrinsic mechanism of maintaining biodiversity at the field margin, provide some important reference for the planning of ecological agriculture landscape, achieve the goal for improvement of agricultural landscapes biodiversity.

农业景观是陆地生态系统的重要组成部分，而农业现代化和集约化显著降低了生物多样性，严重威胁农业生产的可持续性发展。农田边界作为农业景观中最主要的半自然生境类型，能够显著提高农业景观的生物多样性。虽然大量研究探讨了农田边界单一营养级的生物多样性，但关于农田边界如何影响多营养级生物多样性（植物、节肢动物、微生物）以及各营养级相互关联机制的研究鲜有报道。本项目以课题组在河北省崇礼县建立的农业景观示范基地为基础，以华北平原自然草地、农田生态系统和农田边界为研究对象，旨在通过对三种不同土地利用类型中植物、节肢动物和微生物多样性及环境因素的长期调查，对比不同土地利用类型各营养级生物多样性的差异，探讨农田边界各营养级生物多样性的主要影响因子，明确农田边界不同营养级生物多样性的相互关联机制，揭示农田边界生物多样性维持的内在机理，以期为生态农业景观规划提供重要的参考意见，达到提高农业景观生物多样性的目的。

农业景观是陆地生态系统的重要组成部分，而农业现代化和集约化管理显著降低了生物多样性和生态系统服务，严重威胁农业生产的可持续性发展。农田边界作为农业景观中最主要的半自然生境类型，能够显著提高农业景观的生物多样性。本项目以课题组在河北省崇礼县建立的农业景观示范基地为基础，通过长期样点监测和区域调查相结合的手段，深入探讨了耕地、农田边界、草地生物多样性的影响因子及不同营养级生物多样性之间的相互关系。我们的研究发现，相比于耕地，边界具有较高的植物、步甲昆虫、土壤真菌多样性；相比于草地，边界具有较高的步甲昆虫多样性。此外，边界中植物和步甲昆虫多样性显著受到坡位和距离的影响。网络分析发现农田边界不同营养级生物多样性紧密联系，且农田边界生物多样性网络的连接度与耕地和自然草地不存在显著差异，但耕地生物多样性网络复杂度显著高于边界和天然草地。进一步分析发现，边界植物多样性与表层土壤湿度显著正相关，步甲昆虫多样性与植物凋落物量显著正相关。同时，我们的研究发现草地生物多样性显著受到放牧强度的影响，其中低强度放牧显著增加了植物、细菌、真菌的多样性，高强度放牧显著降低了其多样性；而不论哪种放牧强度，步甲和传粉昆虫的多样性都降低。为了进一步验证样点尺度农田边界多样性的影响因素，区域调查的结果显示，边界植物和步甲昆虫多样性在多个景观尺度上与农田景观边界组成和聚集度相关，且景观复杂度间接的通过改变边界植物和步甲昆虫多样性来影响土壤多功能性。总之，本项目揭示了农业景观中植物、步甲昆虫多样性、土壤微生物的主要影响因素及潜在维持机制，为生态农业景观规划提供重要的参考意见。