《Paddy and Water Environment》：Biodiversity and agro-biodiversity assessments at different spatial scales in rice farming districts in Italy
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摘要：协调生物多样性保护与水田农业生态系统是可持续食物体系面临的挑战。意大利有机水稻生产正在增长，促进了自然与农业生物多样性(agro-biodiversity)。稻田可被视作湿地替代生境(wetland surrogates)，作为集约化农区内的生物多样性热
摘要：协调生物多样性保护与水田农业生态系统是可持续食物体系面临的挑战。意大利有机水稻生产正在增长，促进了自然与农业生物多样性(agro-biodiversity)。稻田可被视作湿地替代生境(wetland surrogates)，作为集约化农区内的生物多样性热点(biodiversity hotspot)及半自然生境具重要生态价值，结合农业生态学耕作方式可提升其生态作用。本研究旨在评估有机与常规种植条件下，田埂(field banks)至景观(district/landscape)不同空间尺度上稻田对生物多样性的促进作用，从周边环境基质到单一农艺措施的可持续性进行考察。研究人员构建了一套可扩展的生态指标体系(scalable ecological indicators)，依据参照农业系统评估湿地关联生物多样性，选用蝴蝶(Lepidoptera: Rhopalocera)与蜻蜓(Odonata)分类群作为主要生物多样性与生态系统服务(ecosystem services)代理指标(proxy)。田间试验表明，田埂上所有低影响水稻农艺措施——如改善土壤覆盖度与水位、减少刈割与除草、增加植物多样性——均证实可有效促进生物多样性。研究人员认为昆虫监测可纳入水稻农场评价体系以量化作物与自然多样化水平；该数据与田块、农场或区域/景观尺度上生物多样性友好型措施相关联，可成为衡量水稻管理中生物多样性友好措施及其相关生态系统服务效益的有用工具。农业生态学低投入(agro-ecological low-input)水稻种植方式能提升食物系统对抗气候变化所致非生物与生物胁迫的韧性(resilience)，并在农场与景观双重尺度上增强生物多样性及系统韧性(resilience)。
研究背景与意义
在农业与城市化压力下，生物多样性日趋向农田与城市退缩，集约化农业活动导致物种定量下降及群落简化，尤其对欧洲依赖草地与湿地的类群威胁显著。关于农业与环境的全局交互及其对生物多样性的影响在公共政策与农户决策中尚未得到充分考量。"土地共享"(land sharing)与"土地 sparing"(land land sparing)之争中，生境改变——包括食物资源枯竭、寄主植物与栖息位点丧失——是无脊椎动物生物多样性衰退的主因之一。稻田在欧洲历史上与高生物多样性洪泛平原及湿地景观相关联，可作为湿地依赖物种（两栖类、水鸟、节肢动物类群如蜻蜓和部分蝴蝶）的重要储库，其中蜻蜓及部分湿地依赖蝶类对田埂植被与低干扰生境尤为敏感。然而，针对水稻种植方式（有机vs常规）及其配套农艺措施对关联生物多样性影响的研究仍较匮乏，且缺乏适用于稻作系统的代表性环境指标体系。因此，明确不同空间尺度下水稻田（尤指田埂管理）对蝴蝶与蜻蜓多样性的影响，识别具正向效应的低影响农艺措施，对将生物多样性友好实践纳入欧盟共同农业政策(Common Agricultural Policy, CAP)农业环境计划(agri-environmental schemes, AES)具重要现实意义。本文发表于《Paddy and Water Environment》。
主要技术方法概述
研究人员在意大利西北部皮埃蒙特(Piedmont)与伦巴第(Lombardy)稻作区选取10个农场（5个有机、5个常规），以约6 km缓冲区配对设置，避免相邻干扰。以蝴蝶（Lepidoptera: Rhopalocera）和蜻蜓（Odonata）为指示类群(indicator-taxa)，采用Pollard标准线性样线法(Pollard transect walk)于2022年5—9月进行监测。沿每个农场设固定样线记录昆虫多度(abundance)与物种丰富度(species richness)，同步采集环境变量：景观—农场尺度变量(Env1，如田块面积、树篱评分、作物数、景观复杂度指数Shannon Index、Simpson Index等)、田埂局部尺度变量(Env2，如裸土/覆被/刈割/除草/开花百分比、草高、水位、植物及开花种数)、农场—田块尺度影响变量(Env3，如干旱相关性、农药处理、灌溉、覆盖作物、轮作及CAP措施依从度等)。统计分析先用主成分分析(principal component analysis, PCA)对各尺度环境变量聚类，再以广义线性混合模型(generalized linear mixed model, GLMM，包'lme4'/'glmer'，泊松分布，'DHARMa'检验离差)和非线性回归分析Env2中与昆虫多度/丰富度显著相关的非共线变量，将样线长度作offset处理，用R('vegan'包)完成分析。
研究结果
Study areas（研究区）
研究区位于意大利西北部皮埃蒙特与伦巴第稻作核心区（北纬45.546492°–45.256954°，东经8.321866°–9.021354°），海拔98–221 m，属波河平原(Po Plain)湿润亚热带气候(K?ppen分类)，土壤由南至北呈砂质至粘质变化。农场分属三个稻作背景：东提契诺河(East Ticino River)混合种植区、洛梅利纳(Lomellina)专业化稻作区、瓦尔切利斯男爵区(Baraggia Vercellese)混合种植区。
Farm selection（农场选取）
按有机（无化学投入、愿试种异质材料、同意监测）与常规配对选取，有机与常规农场间距平均约1600 m，各设6 km缓冲区分景观(landscape, 6 km)、农场(farm, 数百米–1 km)、实验田(field, 数百米)三尺度。PCA显示有机与常规农场在Env1（景观—农场矩阵）与Env2（田埂管理）上各自聚为明显分离的两组。
Taxa selection（指示类群选择）
蝴蝶反映田埂植被关联（含湿地种如Lycaena dispar），蜻蜓反映水位与水生植被关联（繁殖依赖）。采用标准Pollard样线法监测。
Transect selection（样线选取）
每农场选5条580–1000 m样线，要求具生态交错带(ecotone)、品种/措施多样性、不同作物系统及景观要素（树篱、土路、供水渠等）。2022年共监测到蝴蝶31种708头、蜻蜓24种4460头，优势种分别为菜粉蝶Pieris rapae和黄翅赤蜻Sympetrum fonscolombii，群落以广布种(generalist species)为主，β多样性聚集明显。
Statistical analysis steps → Type and steps of statistical analysis（统计分析步骤）
经PCA聚类确认有机与常规分组后，以GLMM分析Env2中非共线变量与昆虫响应变量的关系。回归结果显示蝴蝶与蜻蜓多度均与田埂开花带比例(% flowered strips)、植物物种丰富度(N. vegetable species)、开花物种丰富度(N. flowering species)呈非线性正相关（见图3、图4），即覆被率高(90–100%)、植被与蜜源多样、少刈割/少化学除草的田埂管理显著提升两类昆虫多度与α多样性。栽培制度输入水平直接影响田埂自然组分与承载生物多样性潜力。
讨论部分总结
2022年受严重干旱与高温胁迫影响，昆虫总体多度与丰富度偏低，常规农场普遍呈高干扰率。PCA表明有机农场景观更复杂、作物多样、与半自然生境整合度高；而常规农场景观均质化、高投入。但田埂尺度(Env2)两组内部变异有重叠，说明具体田埂管理措施比农场大类标签更具预测力。降低刈割频次、减少化学除草、保持高土壤覆盖与植物/开花多样性（低投入田埂管理）可同时支持蝴蝶（幼虫寄主植物+成虫蜜源）与蜻蜓（猎物丰度+停栖/产卵微生境），即使常规农场若采取此类措施亦能局部提升昆虫多样性。蝴蝶对田埂植被组成与蜜源更敏感，蜻蜓则更依赖水位管理与低干扰的水域—田埂复合生境。研究结论指出：稻田——特别是田埂——的现场农艺管理（低影响、低输入措施及周围 flora community 整合）比单纯的有机/常规分类更能解释湿地关联昆虫多样性；开发可扩展指标并将昆虫监测纳入农场评价，配合明确分析指数与规程，可在集约化农业区实现湿地生物多样性保护与高强度水稻生产之"土地共享"(land sharing)。
结论（翻译自Conclusions部分）
本研究表明，结合位点特异性昆虫学特征与农作系统特征的多功能方法可应用于稻作情境。昆虫监测所获信息配合植被群落数据可为维持局地生物多样性提供关键管理指引，尤其在土壤、海拔及周边农作背景变异较小的相对均质研究区内。本试验在真实集约化常规与有机水稻生产背景下进行，证明尽管存在正式耕作方式差异，农艺措施——尤指极局地化的环境指标——仍可影响蝴蝶与蜻蜓生物多样性。具体而言，作物与农场景观多样化、低投入、推广低环境冲击农艺措施及整合田埂植物群落可支撑生物多样性；最局地尺度的农艺措施是解释所考量类群丰富度与多样性的最关键因素。在水稻产业中，对自然湿地关联生物多样性而言，农艺措施的重要性甚至超过农场官方分类。本研究结果表明，在集约化农业区维持并促进湿地关联生物多样性是可行的，若辅以明晰的分析指数与规程将更具成效并可扩展推广，从而推动湿地生物多样性物种与集约化农业生产通过土地共享(land sharing)实现共存。
