全球农业管理下动物群落响应的评估

《Conservation Biology》：A global assessment of animal community responses to agricultural management

　　

通过集约化管理农田或牧场上的作物与非作物多样化转型，农业管理已显示出对生物多样性的益处。然而，农业管理在多大程度上有利于未受干扰生态系统中存在的物种群落，目前尚不清楚。研究人员量化了与一系列作物和非作物多样性各异的农业系统相关的动物生物多样性，并将其与未受干扰参考生态系统（主要为森林）相关的生物多样性进行了比较。研究人员将农业管理数据添加到三个大型数据库——PREDICTS、GLOBIO和Kuipers等人编制的数据库中，并将来自151项研究的107,386个观测值归类为九种农业类别之一。基于四种生物多样性指标（完整性Intactness、相对丰富度Relative richness、组成相似性Compositional similarity、相对多度Relative abundance），研究人员评估了与农业类别相关的动物生物多样性，包括受威胁物种的存在情况。单作一年生和多年生农田的生物多样性在所有生物多样性指标上均与参考生态系统的生物多样性差异最大。研究人员发现作物多样化和农田中稀疏树木的存在对生物多样性有微小的益处。农林复合系统（Agroforests）和林牧系统（Silvopastures）的生物多样性与参考生态系统最为相似，这可能是由于树木密度高，导致其植被结构和多样性与未受干扰的森林相似。随着时间的推移，农林复合系统的生物多样性有所增加，而多年生农田的生物多样性则保持稳定。总体而言，研究结果表明，与未受干扰生态系统相关的物种在农业区找到避难所的程度受农业管理的影响，但不同类型的农业系统产生的效益各不相同。该研究的结果强调了通过植树和作物多样化来改善农业管理的政策潜力，以适应栖息于未受干扰生态系统中的物种。

论文解读：全球农业管理下动物群落响应的综合评估

研究背景与动机

全球超过三分之一的陆地面积用于农业，随着人口增长和富裕程度的提高，对农业用地的需求日益加剧，导致农业扩张和集约化成为生物多样性丧失的主要驱动力。尽管《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》（GBF）设定了到2030年增强对生物多样性友好的农业实践的目标，但当前的全球模型未能有效区分传统管理与对生物多样性友好的管理，仅笼统地划分粗放与集约化管理。这种局限性阻碍了对农业转型有效性的理解及其可能产生的权衡（如产量下降导致的土地需求增加）。因此，为了制定明确的政策路径以遏制生物多样性丧失，迫切需要量化不同农业管理措施对生物多样性的具体影响，并将其纳入生物多样性模型。本研究旨在通过比较九种农业管理类别下的全球动物生物多样性与未受干扰参考生态系统（主要是森林和天然草地）的差异，填补这一知识空白。

研究方法概述

研究人员合并了PREDICTS、GLOBIO和Kuipers等人编制的三个大型生物多样性数据库，共纳入151项研究中的107,386个观测数据，涵盖脊椎动物和昆虫。研究依据López Rodríguez等人的分类体系，将数据划分为九种农业类别，包括单作一年生作物、单作多年生作物、多作一年生作物、多作多年生作物、农田稀疏树木、农林复合系统、牧场、牧场稀疏树木和林牧系统。研究采用四种生物多样性指标进行评估：生物多样性完整性（Intactness, IN）、组成相似性（Similarity, SI）、相对物种丰富度（Relative Richness, SR）和相对总多度（Relative Total Abundance, TA）。统计分析采用广义线性混合效应模型（Generalized Linear Mixed-Effects Models），以源研究组合作为随机效应，并通过Tukey事后检验进行显著性差异分析。此外，研究还针对受威胁物种进行了单独建模，并评估了多年生农业类别随时间变化的动态。

研究结果

数据（Data）

数据库涵盖151项研究，涉及6523个物种。研究地理分布不均，非洲（40项）和南美洲（36项）研究最多，欧洲最少（7项）。哺乳动物是研究最多的类群（79项研究），其次是昆虫（58项）。由于数据限制，作物-牲畜综合系统和景观多样性效应未能评估。

不同农业类别相关的生物多样性指标（Biodiversity metrics associated with different agricultural classes）

农业类别显著解释了完整性、相似性和相对丰富度的数据变异性，表明农业管理直接影响生物多样性。相比之下，总多度在各类别间无显著差异。所有指标间呈正相关，其中IN与SI相关性最高（0.9）。

完整性（Intactness, IN）

所有农业类别的IN均显著低于参考站点。单作一年生作物（95% CI 0.12–0.31）、单作多年生作物（95% CI 0.23–0.44）和牧场（95% CI 0.24–0.45）的IN水平最低。农林复合系统（95% CI 0.48–0.71）、林牧系统（95% CI 0.25–0.65）和多作多年生作物（95% CI 0.27–0.63）的IN最高。农林复合系统的IN显著高于单作一年生、单作多年生和牧场类别。

组成相似性（Compositional Similarity, SI）

单作一年生（95% CI 0.36–0.71）和单作多年生作物（95% CI 0.55–0.81）的SI最低，而农林复合系统（95% CI 0.86–0.95）、林牧系统（95% CI 0.61–0.94）和多作一年生作物（95% CI 0.60–0.97）的SI最高。农林复合系统的SI显著高于单作一年生、单作多年生和牧场类别。对于易危至极危动物物种，仅在单作多年生作物、农林复合系统和农田稀疏树木类别中评估了SI。

相对物种丰富度（Relative Species Richness, SR）

单作一年生作物、单作多年生作物和牧场的SR显著低于参考站点，而其他类别与参考站点无显著差异。单作多年生作物的SR显著低于农林复合系统。对于易危至极危动物物种，单作多年生作物和农田稀疏树木的SR低于参考站点。

相对总多度（Relative Total Abundance, TA）

除多作一年生作物（95% CI 0.16–0.91）外，大多数类别的TA与参考站点相似。易危至极危动物的TA在单作多年生作物中显著降低。

多年生农业类别的时间变化（Temporal changes in biodiversity for agricultural classes with perennials）

在农林复合系统中，自建立以来，IN（χ²_{1, 15}= 77.127, p ≤ 2.2 × 10^?16）和SI（χ²_{1, 15}= 40.482, p = 1.98 × 10^?10）在最初几年迅速增加，约30年后增速放缓。相比之下，多年生作物（单作和多作）的IN和SR在40年期间保持稳定，而SI略有但显著的下降。

稳健性分析（Robustness analyses）

随机剔除10–40%的数据源对动物生物多样性指标的影响较小（方差低于0.06）。加入大陆作为附加解释变量的模型并未显著改善仅包含农业类别的模型。

讨论与结论

本研究评估了田间作物和非作物多样性对动物生物多样性相对于未受干扰参考生态系统的影响。研究发现，单作和牧场的生物多样性水平最低，其次是多作和农林复合系统类别。总体而言，农林复合系统表现出最高的生物多样性水平，包括丰富的濒危动物。

讨论部分指出，单作的完整性和丰富度最低，这归因于有限的作物多样性和缺乏树木导致的植被结构同质化。多年生单作略优于一年生单作，可能是因为干扰较少。多作作物支持与未受干扰生态系统更相似的动物群落，这与先前的研究一致。农林复合系统和林牧系统由于高树木密度和复杂的植被结构，其生物多样性最接近参考生态系统。特别是农林复合系统，随时间推移生物多样性显著增加，且能容纳许多易危和极危物种，尽管其物种组成与参考生态系统仍存在差异。

研究也存在局限性，包括地理偏差（热带地区数据过多，温带地区尤其是亚洲数据不足）、缺乏对农业投入（如化肥、农药）影响的评估、分类群聚合分析可能掩盖特定类群的响应，以及对农业类别的定性分类带来的不确定性。

该研究的意义在于，其提供的生物多样性估计值可用于参数化全球生物多样性模型（如GLOBIO、PREDICTS），模拟不同农业管理转型对生物多样性的影响，从而帮助识别减缓全球生物多样性丧失的政策路径。研究强调，通过植树和作物多样化来改善农业管理，能够适应栖息于未受干扰生态系统中的物种，但在制定政策时需考虑潜在的权衡。本文发表于《Conservation Biology》。