本文是Iryna Litovska等人于2026年发表在《Agriculture, Ecosystems and Environment》上的一篇文章。
长期以来，人们对现代农业系统的可持续性存在疑虑。目前的许多农业系统对环境有不利影响，部分原因是大量使用对非目标生物和当地环境有负面副作用的农用化学品、密集的单一栽培和景观简化，导致生物多样性丧失。生物多样性的重要性不仅在于其内在价值，还在于其推动了许多生态系统服务的提供，不可持续的做法可能最终损害农业系统的生产力。在人口快速增长导致粮食需求增加的背景下，迫切需要找到平衡农业生产力与环境可持续性的方法。在荷兰，自然包容型农业的提出是应对这一挑战的有前景的新方法。与主要侧重于作物生产并严重依赖农用化学品的传统农业相比，自然包容型农业被定义为一种将生产农业与提升生物多样性相结合的系统。在自然包容型农业系统中，增加自然和半自然栖息地的覆盖通常有助于创造更复杂的农业景观，可提高捕食害虫的节肢动物的密度，包括寄生蜂、瓢虫和草蛉等，其可以提供天然的害虫防治，能够减少杀虫剂的使用。
为了比较自然包容型农业系统与传统农业系统中的自然害虫防治，本研究聚焦于一个已实施该方法的地区，并将其与附近的传统农业区域进行比较。研究了自然包容型农业系统和传统集约农业系统中马铃薯田的天敌丰度、害虫丰度、叶片和块茎损害与产量之间的关系。选择研究马铃薯(Solanum tuberosum L.)，原因为：1）在两个研究区域均广泛种植，2）其高产量和经济性在全球范围内享有重要价值，3）虫害爆发可能导致严重的产量损失。以马铃薯为食最主要的草食性害虫是以韧皮部为食的蚜虫（Myzus persicae）和以叶片为食的科罗拉多马铃薯甲虫（Leptinotarsa decemlineata）。提出问题：1）不同农业系统的马铃薯田是否支持不同丰度的天敌、害虫和其他节肢动物，是否影响马铃薯产量；2）不同农业系统中的马铃薯田在天敌数量、害虫数量、叶片和块茎损害及产量之间的关系上是否存在差异？做出假设：1）自然包容型农业会有更多天敌，2）各农业系统的害虫数量相似，因为自然害虫防治可能与化学害虫防治一样有效，3）预期自然包容型农业系统与传统农业系统的马铃薯产量将相似，4）不同的农业系统会有不同的生态路径驱动害虫控制和马铃薯产量，自然包容型农业显示出天敌、害虫与景观特征之间更为紧密的联系。
该研究于2023年夏季在荷兰西部两个相距不到10公里的不同农场区进行。Bujtenland van Rhoon是一种以自然为基础的圩田，其特点是管理实践旨在改善生物多样性，从而增强食物网络的稳定性和生态系统的韧性，措施包括限制农药的使用、增加地区不同作物种类种植、创造各种半自然栖息地，是一种可持续农业形式。Hoeksche Waard是一种传统农业系统，特点是农业景观较为简单，耕地面积普遍较大，半自然区域较小，杀虫剂使用更密集，马铃薯田施用更多氮肥（表1）。由于两个农业区距离很近，因此在土壤类型、海拔和气候等方面非常相似。共研究了20个马铃薯田，其中8块属于自然包容型农业系统，12块属于传统农业系统（图1）。
图1 a）荷兰地图，研究区域以深蓝色标示。b）研究区地图及所有采样点（n=60），来自Buijtenland van Rhoon（红色;自然特征）和Hoeksche Waard（黄色;常规）。c） 深蓝色线代表某一田地的扫网样带。
表1 关键农业系统特征的平均值（± SD）
2.2 采样方法
2.2.1 节肢动物采样与叶片损害评估
2023年，在7月和8月分两轮用扫网取样节肢动物。每轮采样中，每个田地进行三次扫网采集飞行和植被栖息的节肢动物，共计采集120个节肢动物样本。三条平行的横断面与田地边缘的距离不同：一条距离田边0.8–1.6m，另一条位于田地中间，再一条位于前两条之间（图1c）。每个样带覆盖50 m的距离，每条样带共进行80次扫网。对半翅目、鞘翅目和双翅目进行科级、属级和尽可能的种级鉴定，以确定害虫和天敌分类群。对膜翅目寄生蜂总科进行了统计。
害虫丰度通过将半翅目和鞘翅目中发现的害虫数量相加计算，重点关注植食性和马铃薯特有物种。天敌丰度通过蜘蛛目、脉翅目、盲蛛目、蜻蜓目、寄生蜂翅目、捕食性和寄生性双翅目、半翅目和鞘翅目数量相加计算得出。最常见的害虫有科罗拉多马铃薯甲虫（Leptinotarsa decemlineata）、叶蝉（Empoasca spp. and Eupteryx atropunctata）、植物虫（Lygus spp.）和蚜虫（Aphidoidea）。最常见的天敌有膜翅目寄生蜂、蜘蛛（Araneae）、草蛉（Neuroptera）和花蝽（Orius spp.）。
为了确定叶片损害，在两轮扫网样带旁边进行了样带取样。在50m的范围内，观察到100片复叶，并估计了受损叶表面的百分比，包括所有缺失和非绿叶区域。每个样带计算平均100片复叶的叶片损伤。最终数据集包含来自20个田块的117条样带。
在商业化收获前一周内，从每个扫网样带的中心采取马铃薯样本，作为单独的单元处理(n = 60)。在每个地点收获一排1m长的马铃薯段中的全部块茎。通过记录每个收获马铃薯的损害百分比来评估块茎损害，计算每批马铃薯的平均损害。
对每片田三个地点的产量分别进行了估算，产量以kg·ha-1表示，根据考虑行距的每个地点收获的马铃薯总鲜重(kg)计算。由于研究包括了八种不同的马铃薯品种，将产量与各品种的预期产量进行了比较。产量表示为每个品种的预期产量比例，从而修正了不同马铃薯品种之间的差异。
干物质含量百分比是评价马铃薯质量的重要指标，通常与淀粉含量相关。从收集的马铃薯中，随机选取五个切成薯条，称重放入100°C烤箱烘烤24–48h，再称重以获得干重。干物质含量的百分比按下方式计算：（干重/鲜重）×100。
2023年7月，使用直径1.4cm的土壤螺旋钻从每个样带中心采集了三份土壤表层20cm样本，并用塑料袋收集。土壤样品在实验室通过在管中消解H2SO4 -水杨酸- H2O2和硒来分析土壤总氮水平。
评估了每个节肢动物横断面中心500m半径内（半）自然面积的比例，自然害虫防治服务通常在此空间范围内提供。
为了研究农业系统是否与天敌、害虫和产量相关，以及通过哪些途径相关，采用了分段结构方程建模（SEM；R4.4.1版本中的R包“piecewiseSEM” 版本 2.3.0.1）。首先，利用两种农业系统的所有数据在一个模型中创建了SEM（图2），以探讨传统农业系统与自然包容型农业系统在节肢动物丰度、害虫控制和马铃薯产量之间的关系中通过哪些机制存在差异。其次，为了检验不同农业系统之间害虫、天敌和产量之间的关系所产生的生态功能是否不同，创建了两个在结构上与整个数据集的相似的SEMs。使用Fisher卡方检验来评估所有SEMs的拟合。
图2 结构方程模型展示了农业系统（面积）、轮数、田边距离、天敌和害虫丰度、叶片和块茎损害、产量和干物质含量（产量质量）之间的关系。
初步分析表明，土壤氮与耕作制度、害虫丰度、天敌丰度、产量和质量关系不显著，被排除在SEM之外。因此，第一个SEM由6个线性混合模型组成：1)由农业系统和轮数、距田边距离和害虫丰度解释的天敌丰度；2)由距田边距离和农业系统与轮数之间的相互作用解释的害虫丰度；3)叶片损害由轮数和害虫丰度解释；4)块茎损害由害虫丰度解释；5)产量由农业系统、距田边距离、叶片损害和块茎损害解释；6)干物质含量由农业系统、距田边距离、叶片损害和块茎损害解释(图2)。在所有六个模型中，田地ID都被用作随机效应。害虫丰度和叶片损害进行对数变换，块茎损害进行对数变换+ 1，以实现残差的正态性。选择对天敌丰度进行建模，以反映其对害虫丰度的响应，期望更高的猎物丰度能够吸引捕食者。
不同农业系统的两个SEMs与包含所有数据的SEM基本相同（图2）。唯一的区别是农业系统用(半)自然面积百分比代替了天敌丰度和害虫丰度。由于马铃薯田中节肢动物总丰度在任何SEM中均未显示，运行了一个线性混合模型，以检验该变量与距田边距离以及农田系统与农田与轮期之间的相互作用，田地ID同样是随机效应。
总计从扫网样带采集到51,100只节肢动物。节肢动物总数从7月到8月有所变化，但不同农业系统之间存在差异（显著相互作用，p < 0.001)。传统农业系统中马铃薯田节肢动物丰度在整个季节保持相对稳定，而自然包容型农业系统在7月至8月间显著增加。田边距离与马铃薯田节肢动物丰度呈负相关（p = 0.033）（图3）。
图3 不同地区农业系统在不同轮次的平均（± SE）节肢动物总丰度，以及不同节肢动物群体的分布（n = 117）。绿色代表天敌数量，红色代表害虫数量，灰色代表剩余节肢动物。
第一个SEM的结果显示，天敌丰度通过两条途径与自然包容型农业相关。首先，自然包容型农业对天敌丰度有显著的直接负向影响，这一关系仅在7月显现（p = 0.012），8月则未见。其次，天敌丰度与害虫丰度呈正相关（p < 0.001），自然包容型农业中的害虫丰度显著更高（p < 0.001），通过这一间接途径，自然包容型农业对天敌丰度产生了积极影响。这两条路径的最终结果是，自然包容型农业中的天敌丰度高于传统农业，尤其是在8月。这种动态在图3中也可定性观察到，两种农业系统中害虫丰度在整个季节均增加，而传统农业中天敌丰度随季节下降，而自然包容型农业未减少。马铃薯叶片损害随着季节、害虫丰度的增加而增加。产量随距离田边增加而增加，而干物质含量下降（p = 0.023，p < 0.001）。相比之下，马铃薯块茎损害、产量和干物质含量与害虫丰度、农业系统或其他测试变量无显著相关性（图4、图5）。
图4 SEM显示了农业系统（面积）对马铃薯产量和质量的直接和间接影响。
图5 a）产量和农业系统的关系；b）干物质含量与农业系统的关系。
为了检验两种农业系统在生态功能上的差异，分别对自然包容型农业系统和传统农业系统运行了单独的SEMs（图6）。结果显示，两个农业系统中害虫丰度从7月到8月均有所增加。传统农业中7月至8月天敌丰度下降，而自然包容型农业中则未出现明显下降；传统农业中天敌丰度随距田边距离减少，而自然包容型农业中无；自然包容农业中害虫丰度随距田边距离减少，但传统农业中无。在传统农业中，害虫丰度显著增加，但自然包容型农业则无显著变化（图7a）。传统农业中，叶片损害从7月至8月有所增加，自然包容型农业中则没有。在自然包容型农业中，叶片损害与害虫丰度有显著正相关，但传统农业中则无显著相关（图7b）。在自然包容型农业中，块茎损害与产量显著负相关，但在传统农业中则无此影响（图7c）。在传统农业中，干物质含量与块茎损害呈微小正相关，与田边距离呈负相关，但自然包容型农业中则无显著关系。（半）自然面积比例在两种农业系统中都没有显著关系。
图6 自然包容型农业和传统农业分别显示了（半）自然面积百分比、田边距离和圆周对马铃薯产量和质量的直接和间接影响。
图7 a）天敌丰度与害虫丰度之间的关系；b 叶片损伤与害虫丰度的关系；c）产量与块茎损害的关系。
自然包容型农业旨在支持生物多样性和作物产量，为可持续农业带来了希望。本研究评估了采用传统和自然包容型农业系统的马铃薯田在节肢动物、害虫和天敌数量及作物损害、产量和质量方面的差异。研究发现自然包容型农业的节肢动物总丰度高出2.5倍，表明自然包容型农业提升生物多样性的目标已经实现。自然包容型农业与更高的害虫丰度有关，间接增加了天敌丰度，尤其是在季节后期。害虫丰度较高与叶片损伤较大相关，但传统和自然包容型农业的马铃薯产量和质量相似。这些见解表明尽管自然包容型农业与传统农业的生态功能不同，但具有相似的生产力和作物质量。
农业系统在解释节肢动物丰度变化方面起着重要作用。自然包容型农业在景观尺度实施时效果最佳，而大规模实施自然包容型农业的地区极为罕见。这意味着两种马铃薯田的差异不能仅归因于农业系统，两地在影响节肢动物或作物的非管理相关因素方面也可能存在差异。马铃薯田周围（半）自然栖息地覆盖差异及施用的肥料和杀虫剂投入差异足够大，可将节肢动物的差异一部分归因于管理变化。
自然包容型农业系统中马铃薯田的天敌丰度更高，与系统中害虫丰度较高相吻合，且可能部分由害虫丰度驱动。农田内害虫与天敌之间的显著关系，可能归因于许多害虫物种为天敌提供食物，这种关系主要出现在传统农业系统中，而非自然包容型农业系统。这可能是由于在自然包容型农业中节肢动物的总体丰度更高，可以为天敌提供更广泛的猎物，减少其对害虫出没的斑块的依赖。两种农业系统中马铃薯田的生产力相似，表明按耕地面积计算自然包容型耕作方式不会导致与产量相关的经济损失。
不同农业系统对天敌的种群积累有所不同，从7月到8月，传统农业中的天敌丰度显著下降，但在自然包容型农业中保持稳定。两种系统在7月至8月期间害虫数量均有所增加，表明任何一种害虫防治策略都未能完全抑制季节内害虫数量的增加。研究发现节肢动物丰度在田地边缘最高，且马铃薯田边缘常见半自然栖息地。只有在自然包容型农业中，害虫数量随着距田边的距离而下降，表明附着在农田上的多年生野花带可能在生长季节之外寄生害虫，使其在条件允许时进入农田。
7-8月叶片损害增加，与害虫丰度呈正相关，但在不同农业系统之间该关系有所不同。在传统农业中7-8月叶片损害显著增加，而自然包容型农业中不显著。随着季节的推移，叶片损害会产生累积效应，一些植物或叶片遭受严重损害无法恢复。采样与叶片损害存在间接关系，叶片损害与害虫丰度呈正相关，这种情况仅发生在自然包容型农业中，因为其有更多高害虫丰度和高叶片损伤的田地，而传统田地中极高的害虫丰度较为罕见。
尽管自然包容型农业中节肢动物丰度更高，不同农业系统之间的产量和质量并无显著差异。害虫主要损害了马铃薯植株的叶片，与马铃薯块茎的严重损害或产量损失无关。距田边的距离与产量增加和干物质含量降低有关。在自然包容型农业中块茎损害与产量呈显著负相关，当大量块茎受损时，其在分选和销售阶段往往被淘汰，从而减少总产量。
自然包容型农业创造了一个与传统农业功能不同的农业生态系统，其在作物中有更多的节肢动物包括害虫，但仍然支持相同的农业生产力。较高的节肢动物密度也可能支持其他以节肢动物为食的类群。从传统农业向自然包容型农业的过渡支持了旨在增加半自然区域和减少农业农药使用的现行政策。增加半自然面积，从而使农业景观更复杂，可能会显著减少对杀虫剂的依赖。补偿农民将农业用地从生产中撤出并创造半自然栖息地的农业补贴，可以提高生物多样性并减少杀虫剂的使用，而不会影响其盈利能力。
自然包容型农业旨在平衡农业生产力与环境可持续性。构建更多半自然区域和减少农药使用等措施是自然包容型农业的核心，能够有利于节肢动物的生物多样性。该研究考察了农业系统与害虫和天敌丰度之间的关系，以及这些关系如何影响马铃薯的产量和质量。研究结果显示，自然包容型农业中的马铃薯田支持更高的节肢动物丰度，包括害虫、天敌和其他物种。在传统农业中，害虫在整个季节中都在增加，而天敌数量随着时间和距离田边的距离逐渐减少。在自然包容型农业中，害虫随时间增加，且随着距离田边的距离而减少。不同农业系统间的产量和质量无显著差异。这些结果表明，在不影响每公顷农业生产力的前提下，采用自然包容型农业有望提高田间生物多样性并减少农业化学品的投入，从而帮助农民实现与传统农业相似的产量。在人口增长与生态保护的双重压力下，自然包容型农业展示了平衡粮食安全与环境可持续性的可能，农业不仅是食物生产系统，更是人与自然交互的生态系统，推动农业绿色转型需要科学认知生态规律，更需要政策创新与社会共识。尊重自然、顺应自然的农业生产方式，将在保障粮食安全的同时，为人类留下更丰富的生物多样性和更健康的生态环境。
原文信息：Litovska I ,Plas D V F ,Buijs G , et al.Nature-inclusive farming results in higher arthropod abundance, without compromising agricultural productivity[J].Agriculture, Ecosystems and Environment,2026,397110033-110033.
阅读原文：https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.110033
声明：本推送内容为课题组对论文的理解，因水平有限，难免出现错讹。敬请各位专家、同学批评指正。
本期编辑：郑媛 硕士
审稿：一审 王楚翘 博士 二审 张宇飞 老师 三审 边振兴 教授
邮箱：2830360562@qq.com
