《Resources, Environment and Sustainability》：Conservation agriculture practices enhance maize pest control: A global meta-analysis and modeling study
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保护性耕作（Conservation Agriculture, CA）长期被认为可改善土壤健康并维持农业生产力，其在有害生物治理方面的功效也日益受到认可。然而，关于其实际效能的科学共识仍存争议。研究人员通过对925项玉米田间试验进行全球整合分析（meta?an
保护性耕作（Conservation Agriculture, CA）长期被认为可改善土壤健康并维持农业生产力，其在有害生物治理方面的功效也日益受到认可。然而，关于其实际效能的科学共识仍存争议。研究人员通过对925项玉米田间试验进行全球整合分析（meta?analysis），并结合梯度提升回归树（Gradient Boosting Regression Tree, GBRT）建模，证明CA措施可显著减少害虫种群数量及相关作物危害，同时提高天敌丰度并维持作物产量。在各类CA措施中，作物多样化（crop diversification）在合理设计的农田生态系统框架下对综合害虫管理（Integrated Pest Management, IPM）及维持农业生产力的效果最为显著。CA对害虫防控的影响在暖湿气候区和中等肥力土壤中最为突出。此外，GBRT模型识别出全氮（total soil nitrogen, TN）、伴生作物类型和土壤质地是影响玉米田害虫及天敌动态的三个最关键因子。预测结果显示，全球范围内采用CA可使玉米田害虫丰度降低10.91%，天敌种群提升3.82%，且该效能在中度至重度未来变暖情景下进一步增强。本研究首次提供大尺度证据表明CA可增强玉米农田生态系统的害虫抑制能力，并凸显其在气候韧性可持续农业生产中的关键作用。
一、研究背景与目的意义
保护性耕作（Conservation Agriculture, CA）以永久性地表覆盖、少免耕（minimum or no tillage）和作物多样化（crop diversification）为核心原则，被广泛推广以应对粮食安全与气候变化挑战。尽管CA在改土培肥方面效果明确，但其对农田节肢动物群落——特别是害虫及其天敌（natural enemies）——的影响长期缺乏全球性定量评估，学界对其害虫防控效能尚存争议。全球因昆虫害虫造成的作物产量损失自绿色革命前至今呈上升趋势，而气候变化可能进一步加剧害虫发生风险。在此背景下，Wenjun Wang、Ming Jiang、Yuwan Li、Peng Fu、Tong Li、Ram C. Dalal、Neil McLaughlin及Aizhen Liang研究人员以全球重要粮食与生物能源作物玉米（Zea mays L.）为对象，通过全球尺度的整合分析与机器学习建模，系统量化CA措施对害虫丰度、天敌丰度、害虫致害引起的植株损伤及玉米产量的影响，阐明关键驱动因子并预测当前及未来气候情景下的响应，为气候韧性可持续农业生产中CA介导的害虫生态防控提供科学依据。论文发表于《Resources, Environment and Sustainability》。
二、主要关键技术方法
研究人员在Web of Science数据库中检索截至2025年4月发表的同行评审文献，按严格纳入标准（大田试验、含常规耕作对照、报告均值±离散度、≥3次重复等）筛选得到来自42个国家163篇研究共925组观测值构成全球数据集。以处理组与对照组比值取自然对数（ln响应比，ln Response Ratio, lnRR）为效应量，采用"metafor"包中多水平随机效应模型（mixed?effects model, rma.mv）进行整体及分类（CA措施类型、气候—年均温MAT与年均降水MAP、土壤类型FAO?90、伴生作物、施肥、除草剂、实施年限等）整合分析，并进行发表偏倚检验。同时选取CA管理变量、土壤属性（0–20 cm土层全氮TN、有机碳SOC、容重BD、pH）、气候因子（MAT、MAP、太阳辐射）及地形高程等作为输入，利用梯度提升回归树（Gradient Boosting Regression Tree, GBRT）算法拟合害虫与天敌对CA响应的驱动因子相对重要性，并基于CMIP6的SSP2?4.5与SSP5?8.5情景预测2041–2060年全球空间响应格局。
三、研究结果
3.1. Overall effects of CA practice on pests, natural enemies, maize damage and yield（CA措施对害虫、天敌、玉米危害及产量的整体效应）
整合分析显示，相较于常规耕作，CA措施整体显著降低害虫丰度与植株受害率（p<0.05），显著提高天敌丰度（p<0.05），并在有虫害胁迫下小幅但显著提升玉米产量（p<0.05）。分措施看，作物多样化对压低害虫与危害、提升天敌和产量效果最一致显著；少免耕各指标效应弱且不显著；地表覆盖（残茬覆盖—地表覆盖或翻埋、活体覆盖作物）可提高天敌丰度与产量，但对害虫抑制有限。残茬翻埋入土对害虫控制无效甚至不利于有益节肢动物。不同害虫类群响应各异：CA显著抑制蚜虫、蛾类及稀有类群，叶蝉和白蚁有增加趋势；天敌中蚂蚁、非瓢虫食蚜步甲（Other beetle）、寄生蜂及稀有类群显著增加，而食蚜蝇、蠼螋、盲蝽蝽类和瓢虫被抑制。
3.2. Effects of CA by climate, soil, and management practice（CA效应随气候、土壤及管理方式的差异）
CA害虫抑制效果受气候与土壤调控：在温带暖湿区（MAT 10–20℃，MAP>1000 mm）及Luvisols等中等肥力土壤中最强；寒区（MAT<10℃）、高肥力黑钙土/栗钙土（Chernozems, Phaeozems）及强淋溶低肥力砖红壤/强酸性土（Acrisols, Ferralsols）下效果减弱甚至残茬覆盖在寒区可能加重害虫发生。作物多样化在各气候带均表现较强且稳定的害虫压制与天敌促进，但在寒区虽减害虫却未能显著降低植株损伤。间作与诱集作物显著降低害虫丰度但未同步减轻植株损伤；轮作则降害虫但不明显增天敌；混作（mixed cropping）对害虫与天敌均无显著影响。伴生作物类型效应异质：大豆显著降低害虫但未减损且略降产量；其他豆科伴生作物护株效果更好；禾草伴生作物增产明显但害虫防控弱；多物种混种可提天敌与产量。
3.3. Other factors influencing four response variables under CA（CA下其他农事因子对四项指标的影响）
有机肥与氮磷钾化肥在CA体系中可强化害虫抑制与天敌促进，且随施用量增加而增强。CA在未施用化学杀虫剂的田块中害虫抑制更显著，表明其可助减农药依赖。CA实施初期（<10年）对害虫—天敌动态影响较明显，长期（>10年）持续降低植株受害。保留适度杂草覆盖（0–25%）有利于天敌增殖与作物保护。GBRT模型解释力R2害虫=0.57、天敌=0.66，最重要三大驱动因子依次为：土壤全氮TN、伴生作物类型（Crop type）、土壤质地（Texture），土壤性质合计贡献约40%。
3.4. Spatial response of pests and natural enemies to CA under different climate scenarios（不同气候情景下害虫与天敌对CA的空间响应）
GBRT预测全球当前气候（1970–2000均值）下CA使害虫丰度降10.91%、天敌升3.82%；SSP2?4.5（2041–2060）下害虫降14.78%、天敌升4.41%；SSP5?8.5下害虫降15.72%、天敌升4.54%，变暖使CA害虫抑制增效进一步放大。空间上热带气候区（Af/Am/Aw）CA害虫抑制稳定，寒冷湿润玉米带（Dfb K?ppen?Geiger区）CA可能加重害虫发生，但该负面效应在未来变暖中部分缓解。天敌响应总体稳定，个别寒漠气候（Dsc）区SSP5?8.5下显著升高。
四、讨论与结论总结
讨论指出CA最佳害虫防控效现在暖湿气候与中等肥力土壤，寒区残茬可为害虫提供越冬场所削弱控害，极低肥力土壤需配施肥料补强作物抗性；作物多样化是最有效的单一CA组分，不同多样化方式（间作、诱集作物、轮作）通过化感驱避、打断寄主连续性等不同机制发挥作用，应依当地条件选用伴生作物与组合模式；少免耕单独对害虫控制作用有限但利于土壤与水保；残茬地表覆盖利天敌栖息，翻埋效果差且在寒区慎用；未来变暖背景下CA害虫抑制潜力增大，可能与升温促玉米次生代谢抗性及天敌功能变化有关。研究亦说明数据粒度（CA亚类细分不足、未考虑节肢动物功能性状及土壤生物互作、气候用年均值未反映极端事件等）是局限方向。
结论部分翻译总结：本研究提供大尺度实证证据表明保护性耕作（CA）可在玉米系统中实现基于生态的害虫抑制并维持产量。CA的害虫防控效益具生境依赖性，在适宜气候与土壤条件下更强。相比普适方案，CA应按区域具体制定策略匹配作物类型、覆盖与耕作方式与当地环境与害虫压力。三大CA原则中作物多样化对增强害虫抑制与维持生产力尤为关键。模型预测CA在全球变暖下对害虫调控的作用将更为重要，但区域间效果有别，需经区域化优化与田间验证。结果支持将CA纳入气候韧性玉米生产体系并有潜力降低化学农药依赖。未来需融合更精细CA分类、节肢动物功能性状、季节气候极值及区域验证以推进CA害虫调控的可靠应用。
