上海郊区桃园林下生草（图片来源：万年峰）

 天敌、植食性昆虫和植物互作效应的路径分析（图片来源：万年峰）

农林业集约化代表的是从自然栖息地向单一种植农耕区的转化。随着农药的过度使用，我们赖以生存的环境受到了破坏。

为了减轻这些负面影响，生态学家提出了“生态集约化”的想法，即在农林业生产中使用自然生态过程来更有效地利用资源。

增加植物物种多样性被证明是其中一条有效途径。

5月4日，《自然—植物》发表中外科学家合作研究成果。他们通过分析全球2900余组植物种植系统的数据发现，在农业、草原和森林系统，增加植物物种多样性能够减少害虫、保育害虫的天敌、提升作物产量与品质。

这为降低农药用量、防止农药污染、保护生态环境，提供了食物网层面的理论依据。

植物、害虫、天敌，谁说了算？

生物多样性能促进生态系统的服务功能，这已为人所熟知。

论文第一作者、上海市农业科学院研究员万年峰告诉《中国科学报》，此前的研究往往是局限于某个点、某个区域的小范围试验，尚未在全球范围内综合考虑植物多样性增加，对食物网中不同营养级及其在不同生态系统和生物群落中相互作用的影响。

营养级是指，生物在生态系统食物链中所处的层次。作为生产者的绿色植物和所有自养生物都处于食物链的起点，共同构成第一营养级；以绿色植物为食物的植食性动物处于第二营养级；第三营养级包括所有以植食性动物为食物的食肉动物，如捕食性天敌和寄生性天敌。

“我们研究的是植物物种多样性，农业系统的主栽作物、草原和森林系统的植物属于第一营养级；植食性昆虫是第二营养级，其中包括害虫；而植食性昆虫的天敌属于第三营养级。”万年峰解释说。

目前，不同作物的间套作、果园生草等措施，都能增加农业系统物种多样性。“种植者和管理者都比较青睐这些技术，因为能够提高土地利用率、增加额外的经济收入和提高天敌对害虫的控制效果。”万年峰说。

虽然分析植物物种多样性对作物、植食性昆虫及其天敌影响的个案很多，但是从全球视野分析这三个营养级功能群之间的互作关系，鲜见报道。

“作为生态学家，我们对上述问题很感兴趣。”万年峰说，“从全球尺度分析上述问题，其研究结果将更具说服力和普遍性，为生产者和管理部门完善植物物种多样性种植体系提供尺度更大的理论依据。”

多样性增加，营养级联动

为了得到可靠的答案，上海市农业科学院、复旦大学联合浙江农林大学，以及丹麦哥本哈根大学、德国康斯坦茨大学、美国斯坦福大学、意大利阿尔卑斯环境研究所、美国匹兹堡大学、美国明尼苏达大学科研人员共同收集并分析全球范围内的数据。

论文共同通讯作者、上海市农业科学院研究员蔡友铭介绍，在他们搜集分析的2900余组包含多种或单种植物种植系统的数据中，有95%以上的数据来自人工管理的环境，如农业和草原系统。

他们的研究结果显示，在农业、草原和森林系统，添加其他植物物种能提高捕食性天敌的丰度和捕食率、寄生性天敌的丰度和寄生率。

为什么第一营养级的结构变化会直接影响第三营养级？

“科学家提出过多个假说解释这一现象，经典假说之一是天敌假说。”万年峰对《中国科学报》解释道，在农田系统中，植物物种多样性增加可表现为作物间套作，或者农田周边种植其他经济植物等。这给天敌昆虫提供了一个很好的躲避恶劣天气的庇护所，也能为它们提供花蜜等食物。

因此，处在第三营养级的天敌数量增加，捕食或者寄生能力增强。这降低了位于第二营养级的害虫的丰度和危害程度，提升了第一营养级的作物产量与品质。

论文共同通讯作者、上海市农业科学院研究员蒋杰贤指出，在陆地生态系统中，增加植物物种多样性，有促进植物、植食性昆虫和天敌三个营养级联动的倾向。尤其在多样化种植的农业系统，营养级功能群之间的联动效应更加明显。

“+1”，效果就完全不同

“有趣的是，我们发现，添加一种植物与添加多种植物，对增加农业生态系统中的天敌数量并没有太显著的影响。”蔡友铭说，因此，在农业生态系统，只需在主栽作物田块通过种植诱集植物、间套作、果园生草等措施添加1种植物，便可明显增加主栽作物上天敌的数量和多样性。

“这些发现清楚地表明，植物物种多样性可以帮助农民、决策者利用有益昆虫提供的重要生态系统服务。”蒋杰贤说。

参与此项研究的浙江农林大学副研究员邓建宇说，这鼓励充分利用植物多样性来增加天敌的种群数量，促进有害生物自然控制作用，减少化学农药的使用。

“总之，增加物种多样性有助于增强农业的生态集约化，这表现在有益生物和植物性能（生长、繁殖和质量）的增加、害虫和杀虫剂的减少，以及经济利润的增加。”万年峰说，这提示种植者、管理决策者可通过植物物种多样化种植，充分利用天敌提供的生态服务功能来实现化学农药减量和作物产量品质提升。

“政府管理部门应该制定相关政策，在生产实践中广泛应用与推广植物物种多样性种植体系，以便更好造福全人类及其居住的地球。”蔡友铭说。

除了植物物种多样性外，在亚洲独有的稻鱼共生和菜鱼共养也被证明可以促进农业生态集约化。

万年峰举例说，鱼类捕食让害虫和杂草减少，继而有助于化学农药减量使用，这有利于保育天敌昆虫；此外，鱼的粪便改良了土壤，土壤肥力提升增加水稻产量和品质。更可观的是，稻鱼共生比常规的单作水稻的经济利润更高。

“鉴于物种多样性的多重好处，我们将联合上海市农委、林业局和农林推广部门，力争在上海主推这些技术，为乡村振兴提供切实可行的技术支撑。”蔡友铭对该类技术的应用前景充满了信心。

这些结论提示科学家，物种多样性对营养级影响的研究，不仅在学术上具有重要的理论意义，更具有服务社会和满足国家重大需求的应用价值。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-020-0654-y