保护非森林区域，对昆虫多样性为何重要？德国最新研究给出答案
保护非森林区域，对昆虫多样性为何重要？德国最新研究给出答案
近年来，全球范围内昆虫数量的急剧下降已成为一个令人担忧的生态危机。德国科学家团队在《Conservation Biology》发表的一项最新研究，通过大规模DNA分析揭示了一个重要发现：低植被的非森林区域对昆虫多样性的保护至关重要。
研究背景与方法
昆虫多样性的大规模下降已经成为一个全球性的生态危机。许多研究表明，昆虫种群正在以前所未有的速度减少，其结果可能会对整个生态系统的稳定性和功能性造成深远影响。但科学家们面临的一个主要问题是，昆虫多样性极其丰富，而要准确识别和统计所有昆虫种类，却并不容易。这种困境，使得我们对于昆虫下降的具体原因以及关键物种的保护状况了解不足，从而难以制定有效的保护措施。
德国的科学家团队2024年12月4日在国际期刊《Conservation Biology》上发表了一项最新研究。他们发现，昆虫的多样性正在全球范围内快速下降，而那些低植被的非森林区域，尽管物种丰富，却常常得不到应有的保护。这项研究结合了大规模的昆虫DNA分析数据，揭示了昆虫生存的关键所在，也为我们如何保护这些“小生灵”提供了新方向。
这项研究首次从多种飞行昆虫分类群的角度，系统地分析了昆虫群落指标与环境梯度之间的关系。该研究发现，低植被和土地覆盖异质性不仅能够提高昆虫的整体生物量和多样性，还能促进不同分类群昆虫的多样性。同时，研究还揭示了当前保护地体系的设计存在一定的偏差，导致许多具有保护意义的昆虫物种未能得到有效保护。因此，研究人员强调，扩展自然保护地的同时，也需要更加关注城市和农业地区的昆虫栖息地，并采取措施改善这些地区的昆虫多样性。为助力全球环境治理、并供我国学者了解最新研究动态信息，编译分享信息如下，供感兴趣的读者们参阅。（按/王芊佳）
研究发现
科学家们用了75个分布在德国各地的Malaise陷阱（专门用来捕捉飞行昆虫的工具, 详见后面的海湿小百科词条），采集了超过3万种飞行昆虫的数据（具体是31846种）。同时，他们还结合了土地覆盖类型、天气、气候和保护区分布等因素，系统分析了这些昆虫的生物量和多样性与环境的关系。结果显示，昆虫数量的减少，不仅意味着它们的种类越来越少，还导致群落变得越来越不稳定。
说得通俗一点，昆虫群体就像生态系统的“小螺丝钉”，它们一旦减少甚至消失，整个系统的稳定性就会受到威胁。而更值得注意的是，影响昆虫生存的最大因素，竟然不是我们通常认为的天气或者气候变化，而是土地的覆盖类型。
研究发现，在植被种类多样、土地利用比较“多元化”的区域，昆虫的数量和种类都有明显提升。比如，2019年~2020年间，这些区域的昆虫生物量分别增加了50%和56%，而物种多样性则分别提升了58%和33%。换句话说，植物和土地越“热闹”，昆虫就越“开心”。
但问题来了。研究还发现，那些昆虫多样性最高的地方，往往是低植被的非森林区域，而且这些地方并不在现有的保护区范围内。反倒是一些森林区域，虽然有保护措施，但昆虫种类并不算多。科学家们认为，这是因为非森林区域更适合像传粉者和濒危物种这样的关键类群生存，同时也有更多样化的取食环境。然而，正是这些对昆虫来说“最友好”的地方，常常因为农业开发和城市扩张而被忽视甚至破坏。
对此，研究团队提出，现有的保护区划分方式需要调整，不能只盯着森林地区，还要把目光放到那些低植被区域上。要知道，昆虫不仅是生态系统中不可或缺的一部分，它们还和我们的生活息息相关，比如传粉者的减少会直接影响农作物产量。因此，加强对非森林区域的法律保护，避免人类活动对这些地方的侵占，已经变得刻不容缓。
研究结论与启示
这项研究表明，在生物量较高的时段和地区，昆虫的物种丰富度通常较高，而时间上的物种更替则较低。这一发现揭示了昆虫生物量与多样性之间的复杂关系。尽管一些研究指出昆虫数量的大幅下降，但生物量的减少并不等同于生物多样性的丧失。研究人员发现，生物量较低的地区，昆虫群落通常较为单一，且时间上的变动较大，这可能会使这些群落在未来更容易受到干扰。因此，研究人员呼吁，今后的研究应进一步探讨这些指标如何与其他具有保护意义的群落特征（比如空间多样性）相互关联，帮助我们更好地理解昆虫群落的动态变化。
在对31,846种飞行昆虫的空间分布进行分析时，研究者发现昆虫的生物量和物种丰富度与土地覆盖类型密切相关。尤其是在低植被覆盖的区域，如草地、草甸和花园等，昆虫的生物量和物种丰富度都有显著提高。这个结果与研究人员原本的预期相反，他们原以为城市和农业地区（通常由低植被主导）会支持较少的昆虫。但是这个研究发现，低植被区域实际上是许多飞行昆虫的重要栖息地，甚至可能成为它们的“生物多样性热区”。这种现象并非偶然，已有研究表明，低植被区域通过提供多样的栖息和食物资源，能有效促进昆虫的生长和繁衍。因此，增加这些地区的草本植物种类可能有助于提升这些生物量较低地区的昆虫多样性。
但是，森林地区的昆虫生物量和多样性相对较低。研究者认为，这可能与这种陷阱的采样方式有关，因为这种陷阱主要针对飞行昆虫，而忽略了森林冠层下其他昆虫群体。尽管如此，研究者通过设置陷阱在森林的空隙或边缘，也尽量控制了这一偏差。另一个可能的解释是，森林地区土地覆盖的异质性较低，这可能限制了昆虫的多样性。相反，城市和农业地区往往栖息着更多种类的昆虫，因为这些地区的土地覆盖类型较为多样，提供了不同的栖息地和食物资源。
这个研究还发现，森林和城市、农业地区的土地覆盖差异因研究地点的不同而有所变化。例如，研究区域的森林覆盖度跨度较大，有些地方的森林覆盖达到100%，而有些则几乎没有森林。这种森林覆盖的差异，导致了不同地点昆虫群落的差异。此外，尽管城市和农业地区的土地覆盖类型较为复杂，但这些地区也为许多昆虫提供了丰富的栖息地，尤其是在较低的海拔和温暖的气候区。
尽管低到中度的城市化并未显著减少昆虫的生物量或物种丰富度，但在这些地区，入侵物种的数量却有所增加。研究者指出，城市地区的外来物种往往能够通过贸易和园艺等途径迅速扩散，这可能部分解释了为什么这些地区的昆虫群落中入侵物种较多。虽然低到中度的城市化可以通过增加栖息地异质性而有益于昆虫多样性，但这些好处可能伴随入侵物种带来的负面影响。为此，研究者建议，应该通过识别和控制外来物种的扩散，来减轻这些负面影响，此外，在城市绿化中优先种植本土物种也是一个值得考虑的解决方案。
在这项研究中，温度和降水等气候因素似乎对昆虫群落的差异没有显著影响，湿度是唯一显示出一致关系的因素。较高的湿度通常会抑制昆虫的飞行活动，因此，湿度较高的地方，昆虫的捕获数量较少。而温度和降水的作用可能在温带地区并不明显，因为这些地区的昆虫可能并不受到这些因素的直接影响。相反，在气候较为极端的地区，如热带或高海拔地区，昆虫对温度和降水的反应可能更为敏感。
另一个出乎意料的发现是，自然保护区内的昆虫生物量和物种丰富度，通常低于保护区外的区域。研究表明，保护区大多位于森林覆盖较高的地区，这些地方的昆虫生物量和物种丰富度相对较低。由于保护区往往设立在那些不适宜人类定居和农业的地区，如森林和山区，因此，保护区更倾向于支持森林栖息的昆虫物种。这一结果也表明，昆虫保护工作应更多关注那些非森林、相对温暖和低海拔的地区，这些地区通常会受到城市化和农业活动的影响。因此，研究者建议，未来在设立保护区时，应考虑到这些非森林地区的昆虫保护问题，特别是在低海拔、温暖气候区，这些地方的昆虫多样性常常被忽视。
研究意义与建议
这项研究的意义不仅在于揭示了昆虫群落变化的复杂性，还强调了采取综合性、系统性的保护措施的必要性。单纯依赖某种特定的环境因素或生态指标，难以全面了解昆虫群落的变化趋势。因此研究人员建议，未来的昆虫保护工作应当更加重视多维度的数据收集与分析，考虑不同环境因素的交互作用，并结合新兴的基因组学技术，为昆虫的保护和管理提供更为科学的依据。
昆虫是地球上种类最丰富的生物之一，它们在生态系统中扮演着至关重要的角色。昆虫对环境变化非常敏感，它们的多样性变化可以反映出生态系统的健康状况。摄影：Linda Wong©绿会融媒·“海洋与湿地”（图文无关）
在德国飞行昆虫监测网络所涵盖的各监测点和年份中，不同土地覆盖类型（农业用地、裸土、森林、低植被和城市）的平均比例，以及不同土地覆盖类型多样性的指标（H），分别在50米和1公里的半径范围内进行了测量。（Sinclair, James S., et al. ）
*这项研究中，研究团队使用了四种冗余分析（RDA）来探讨昆虫群落与土地覆盖、天气和气候变化等因素之间的关系。冗余分析的特点是，能够将复杂的多维关系降维，简化为几个主要维度，从而帮助研究人员更直观地理解昆虫群落的各类指标和物种如何与不同的环境因素相互作用。通过这些分析，研究人员还能够识别出哪些环境因子在昆虫群落变动中起到了最关键的作用。*
思考题·举一反三
Q1、这个研究显示，在某些区域低生物量与低多样性呈正相关，而在其他区域则表现出不同的趋势。这种尺度依赖性提示我们，昆虫群落的生物量与物种丰富度的关系是否可能在不同的栖息地类型（如城市、农业与自然森林）之间有所不同，进而对保护策略的制定提出不同的要求？
Q2、这个研究里面还讲到了，低至中等城市化的区域通常拥有较高的昆虫多样性，但也伴随有入侵物种的增加。那么，如何平衡低至中等城市化地区的生态多样性与入侵物种的风险？换句话讲，在城市化进程中，如何有效控制入侵物种的扩散，同时利用城市绿地的生态多样性潜力，成为未来城市生态保护中的一大挑战？
Q3、当前，DNA条形码在昆虫物种鉴定中提供了重要支持，但在大规模监测中，由于基因数据库的覆盖度和物种变异的复杂性，可能存在识别误差或遗漏。考虑到昆虫群落的多样性，你觉得，如何利用高通量测序技术跟环境DNA结合，进一步提升物种检测的准确性和解析度，特别是在那些物种鉴定困难的群体（如幼虫阶段、食物链高层次物种等）呢？
另外，可能还要考虑到一点就是，昆虫物种的遗传多样性和地方性适应性使得某些物种在不同地区表现出较大的基因差异，这可能导致现有DNA元条形码数据库在全球范围内应用时出现不匹配、或是误识别的情况。那么，如何通过建设更加多样化的本地化基因数据库，整合全球范围内的遗传数据，从而更精确地捕捉到昆虫物种在不同地理区域和生态环境中的遗传多样性，为全球生物多样性保护和生态监测提供更可靠的技术支撑呢？你怎么看这个问题？（尤其欢迎基因研究人员提供思路）
Q4、这个研究里面提到了“群落更替”这个词。在低植被覆盖的区域，昆虫群落的更替较少，这是否意味着这些区域的昆虫群落比较稳定，或者只是物种适应了一些暂时的变化？当环境发生变化，比如气候变化或栖息地破碎时，这种低群落更替的现象，你觉得：是会让昆虫群落更容易保持生态功能呢，还是会让它们变得更脆弱（因为物种多样性可能会减少）呢？
信息源 |Biological Sciences
编译 | 王芊佳
编辑 | 绿茵
排版 | 绿叶