优化低成本的传粉昆虫在油菜的领域
- 1重点实验室动物分类学和进化动物学研究所,中国科学院,北京,中国
- 2中科院重点实验室的山地生态恢复与生物资源利用和生态修复和生物多样性保护四川省重点实验室,成都生物研究所,中国科学院,北京,中国
- 3贵州大学药学院中药,贵阳,中国
- 4重点实验室动物生态学和保护生物学、动物学研究所,中国科学院,北京,中国
- 5健康和环境科学系的,西安Jiaotong-Liverpool大学,苏州,中国
- 6综合病虫害管理的国家重点实验室,中国科学院动物研究所,北京,中国
- 7生命科学学院、中国科学院大学,北京,中国
昆虫是生态系统功能的关键传粉者,但确定最具成本效益的,还有大量工作要做可靠的计划来监视他们。潘陷阱(PT)和飞行拦截陷阱(健康)是两个最受欢迎的昆虫取样方法。然而,他们的相对采样性能和成本不出名的是农业生态系统在中国。我们进行了一项研究在18油菜的字段在浙江小农农田,中国使用这两个陷阱。我们的研究结果显示,一个适合更大的采样效率(更多的个人和更高的物种丰富度)比单个PT,但控制成本,四分(4分的成本接近一个适合)显示比适合更大的采样效率。分收集更小的个体而适合和分没有显著不同的监测大体型的授粉昆虫。当探索半自然生境是否嵌入在农业景观影响这些结果,结果从两个陷阱类型显示半自然生境对野生传粉者有显著积极影响多样性和纯净的物种丰富度。未来的农业景观的影响研究野生传粉者社会应结合分网或其他活动长期野生传粉者的监控策略的方法。
介绍
昆虫传粉者为作物提供重要的生态服务在全球范围内(克莱恩et al ., 2007;蓝染et al ., 2009),但是最近的报告的下降使他们的未来不确定(Potts et al ., 2010,2016年;罗德,2018;LeBuhn Vargas Luna, 2021)。传粉者的衰落在农业生态系统中可能导致产量损失pollinator-dependent作物(Steffan-Dewenter et al ., 2005)。为更好地保护昆虫传粉者和维护他们的授粉服务,有必要监控他们的种群动态和群落组成使用固体抽样方法(Howlett et al ., 2009;维斯特伯格et al ., 2021),另有建议和后续保护行动可能是无效的。
昆虫监测通常是通过主动和被动收集方法的结合。活跃的方法相对简单,涉及直接样本收集或观察,和是最好搭配的被动采样,以确保一个完整的会计本地生物多样性(吉布斯et al ., 2017;Templ et al ., 2019;波特曼et al ., 2020;Prendergast et al ., 2020)。被动的方法更复杂,通过开展各种类型的陷阱(Prendergast et al ., 2020)。值得注意的是,这是非常重要的测试被动在设置陷阱,也理解他们的偏见和确保他们以负责任的方式使用,不可能导致当地敏感物种的减少(吉布斯et al ., 2017;波特曼et al ., 2020)。
各种被动采样陷阱已经开发了传粉昆虫,包括锅陷阱(甘蔗et al ., 2000;Westphal et al ., 2008)和飞行拦截器(Howlett et al ., 2009)。潘陷阱(PTs)的容器装满液体,吸引采花昆虫种群不断减少,(甘蔗et al ., 2000;Westphal et al ., 2008);他们被广泛应用于以前的研究为授粉生物多样性监测由于其成本效益(邹et al ., 2017;吴et al ., 2018;拉金和斯坦利,2021年;施et al ., 2022 a)。然而,作为一个attractant-based抽样陷阱,他们固有的偏见(甘蔗et al ., 2000)。PT的采样性能可能会影响到周围的开花植物(史蒂文et al ., 2003;鲍姆·沃伦,2011;维斯特伯格et al ., 2021),尤其是当部署在mass-flowering作物,往往是偏向传粉者相似的特征,例如,地面筑巢(Roulston et al ., 2007),或者来自家庭Halictidae。飞行拦截陷阱(适合)non-attractant陷阱和可能导致不同的捕获从分(Lamarre et al ., 2012;台面et al ., 2013)。符合本质上是透明的窗格用于直接飞虫进入陷阱集合举行下面(Knuff et al ., 2019;冈萨雷斯et al ., 2020)。
先前一些研究比较PT和健康功效,但这些大多pollinator-dependent以外的农业生态系统,在温带地区(主要是进行Kehinde Samways, 2012;坎宁安et al ., 2013;雷德et al ., 2014)。此外,抽样方法可能与不同的功能特征(偏向传粉者Prendergast et al ., 2020)。体型是重要的功能性特征的传粉者和更大的传粉者被发现提供优越的授粉服务(Huda et al ., 2015;偷懒et al ., 2016)。虽然一些研究探讨了影响身体大小的捕获(McCravy et al ., 2019;Krahner et al ., 2021;汤普森et al ., 2021),分和适合相比尚未明确。
栖息地类型也可以强烈影响捕获的结果。在农业景观、半自然生境(森林、灌木和草地)可以支持当地野生传粉者社区通过提供花卉资源和嵌套的位置(加里波第et al ., 2020;Raderschall et al ., 2021;施et al ., 2021)。因此,有必要考虑在农业生态系统生境类型从一个广泛的气候和作物,另有捕获可能的最佳实践的一般性限制过度用功温带环境。
在这项研究中,我们收集野生传粉者使用分和适合18油菜(芸苔属植物显著l .)字段小农农业景观在中国亚热带。油菜的需要昆虫授粉最优产量(pollinator-dependent) (邹et al ., 2017)。因此,监测授粉多样性油菜对农业生产至关重要(Ouvrard et al ., 2019)。然而,我们的知识的最佳实践在油菜的监测是有限的。在进行长期监测,金融(钱陷阱)和劳动力成本必须考虑在组装和部署(努力)。我们的目标是(1)评估这些地区油菜的传粉者的多样性;(2)比较这两种圈闭类型的采样性能在相同预算占野生传粉者数量和物种丰富度。我们进一步探讨这两个抽样方法是否偏向传粉者的体型;(3)占农业景观的影响,我们也收集了在各种情况下涉及不同程度的半自然栖息地。因此,我们提供一个更好的理解框架和监测在东亚的超亚热带作物授粉多样性。
方法
研究地点和土地利用分析
本研究是在油菜的字段进行Kaihua县,浙江省,中国。Kaihua县被选为其小字段大小由于山区地形(卢et al ., 2019)。因此,这些风景好代表小农种植园。在早春,油菜是最主要的作物。5月晚些时候,油菜的将收获和大米种植在同一领域(油籽rape-rice旋转)。油菜的生产是至关重要的当地小农生计以来许多农民使用油料强奸作为食用油来源而不是出售。油菜的传粉者抽样从2月底开始,结束于2022年4月底,覆盖整个油菜开花的季节。,共有18个研究地点选择一个字段(图1)。所有的字段都是管理使用小农农业实践(< 2公顷)(Lowder et al ., 2016)。两个采样地点之间的最小距离为1.9公里,山地地形,超过许多昆虫传粉昆虫的觅食的平均距离(Chifflet et al ., 2011)。半自然生境的栖息地被定义为农业景观水植物生长(荷兰et al ., 2016)。半自然生境在这项研究包括森林、灌木和草地,嵌入在农业景观和水体,像河流和小溪并不包括在分析,在先前的研究在中国邹et al ., 2017;施et al ., 2021,2022 b国外)和(Papanikolaou et al ., 2017;邹et al ., 2017;施et al ., 2021)。土地利用数据(森林、灌木、草原等)在1000米半径的焦油料强奸现场收集使用地面验证方法(刘et al ., 2016;邹et al ., 2017)在2022年的春天。我们选择了一个1000米半径景观分析这是许多传粉昆虫的觅食范围(Zurbuchen et al ., 2010;Chifflet et al ., 2011)和最强大的农业景观对传粉者的多样性的影响已被证明在1000米半径的范围(例如,邹et al ., 2017)。半自然生境的比例在每个站点在Arcmap 10.8计算。
传粉者抽样方法
适合和分被部署在一个焦点油菜的领域在每个采样站点。每个适合组成的透明压克力板(55*50厘米,厚3毫米)使用塑料尼龙扎带固定在两个木棍。在压克力板,一个白色的塑料托盘(60*43厘米和11厘米深度)是使用金属线固定在棍子。PT数组是由三个塑料杯与直径为8.3厘米(450毫升)与紫外线白色,蓝色和黄色,固定在一根大约1.5米高度使用金属环绝缘螺丝。拦截器和分,小洞钻雨水排水的容器的顶部附近。的照片可以找到两种陷阱图2。18符合生产成本的是1450元,包括丙烯酸板块(650元人民币),塑料托盘(630元人民币),木棍(90元人民币),铁丝和塑料绝缘电缆(80元人民币)的关系。制造业的资金成本72分是1410元,包括塑料杯(500元人民币),油漆(550元人民币),和木棍(360元人民币)。制造一个适合的资金成本(80.6元),四分(78.3元)被关闭。此外,人类劳动生产两种陷阱是亲密的(例如,工时陷阱都是大约16 h 2天)。因此,在每个焦油菜的字段4 PT集被~ 1米的边缘和一个适合部署,一个随机选择的领域边缘的拦截传粉者访问焦点油菜的字段。作为两个被动陷阱,适合和PT抽样不涉及在密集的劳动,这是不同的扫净,涉及劳动密集型工作经验的人员。总的来说,货币和劳动力成本进行授粉采样项目都是低的和可行的。
样本收集和陷阱重置每七天,导致52抽样天/网站。收集到的样本存储在冰箱里(-20°C)进行进一步的物种鉴定。欧洲蜜蜂(的蜜蜂在中国),管理非传粉者,被排除在本研究之外。所有的昆虫样本分类morpho-species然后确定分类鉴定了总共物种或某一个变种。传粉者属于大规模(体长> 12毫米)和小昆虫(体长< 12毫米)据Albrecht et al。(2007)。因此,蝴蝶,木匠蜜蜂、黄蜂黄蜂,一个长角牛蜂(Eucera弗洛拉利亚),两台挖掘机蜜蜂(Anthophora villosula和Anthophora plagiata),两个scoliid黄蜂物种(土蜂科sp1和土蜂科sp2)和一个大食蚜蝇(Phytomia zonata)被分组为欢心,传粉者和其他传粉者被分组为小的传粉者(补充表S1)。
统计分析
样品使用相同的抽样方法从每个站点被被汇集一个健壮的数据集。线性混合模型被用来比较不同的野生传粉者丰富,多样性和物种丰富度两个陷阱类型,研究网站的随机因素。三个最丰富的物种丰度(cerana Eucera弗洛拉利亚,api和Gametis jucunda),以及丰富的大型和小型传粉者之间的两个陷阱类型也比较通过线性混合模型。物种丰富度是稀薄31个人使用符合最低样本量和分在所有网站。丰度计算使用传粉者个人的总额除以抽样天(例如每个采样的个体数天)。我们首先比较捕获的一套符合一套分,然后用单一分。
为了检查是否符合样本和分有类似的物种组成,我们计算了beta-diversity基于每个站点和不同的陷阱(即。从每个网站一个适合与4分)。比较传粉者社区组成,我们使用主坐标分析(PCoA)基于Bray-Curtis距离。Bray-Curtis距离矩阵计算作为beta-diversity索引,并相对强劲的抽样大小(意大利乳清干酪和Podani, 2017)。然后我们使用主坐标分析(PCoA)可视化结果。ANOSIM与9999年进行排列分析不同传粉者社区之间分和适合。我们也进行指示种分析检查更多的物种类型收集的一个陷阱。
多元线性回归是用来调查比例的半自然生境的影响在野生传粉者数量和纯净的物种丰富度。半自然生境的比例在1000作为响应变量。检查半自然生境是否一致的样本不同的陷阱,影响比例的半自然栖息地和圈闭类型之间的相互作用被添加作为解释变量。对于没有交互效应(这是我们的情况下,看到“结果”),分析半自然栖息地和传粉者变量之间进行了分别适合和分。我们检查了所有的线性回归模型的异方差性。检查空间自相关,我们计算莫兰的模型残差(我巨大和科特市1990),我们没有发现任何显著的空间相关性的分析研究(p> 0.05)。
所有统计分析进行了R 3.5.2 (R核心团队,2016年)。在每个站点(计算稀薄物种丰富度n= 31个,最少的采样野生传粉者使用适合和分在所有网站),我们使用了包“素食主义者”(Oksanen et al ., 2019)。产生稀疏曲线外推,我们使用了函数iNEXT在包“iNEXT”(谢长廷et al ., 2016)。“lme()函数”“nlme”(包ibsen Pinheiro et al ., 2017)被用来进行线性混合模型。“anosim()函数”“素食”包(Oksanen et al ., 2019)是用来比较适合野生传粉者的社区组成的差异和分。函数“multipatt”包“indicspecies”是用来进行指示种分析(德·卡塞雷斯et al ., 2016)。Breusch-Pagan测试使用“双极性晶体管()函数R包“以前”(Hothorn et al ., 2015)被用来检查异方差性。包“猿”(- Schliep, 2019)被用来检查莫兰的我的价值。
结果
总共2970种(53)野生传粉者适合收集的标本(1230人;33种)和分(1740人;50种)(物种列表补充表S1稀疏曲线PT和配合补充图S1)。五个最丰富的野生传粉昆虫取样的适合Eucera弗洛拉利亚(226),api cerana(203),Gametis jucunda(158),地区rapae(152)和Halictus aerarius(62)。五个最丰富的野生传粉者收集的分大肠弗洛拉利亚(254),g . jucunda(161),Xylocopa tranquabaroroum(146),答:cerana(140)和Lasioglossumsp (133) (补充表S1)。单一适合捕捉更多个人每采样一天(1.31±0.14)和稀薄的物种比单(9.22±0.46)分每采样一天(0.47±0.04,2.61±0.12物种)(p< 0.05),而四分显著高于个人收集每采样一天(1.86±0.14)和物种(10.43±0.46)比单符合(p< 0.05)(图3一,B)。没有显著差异丰富每三个主要传粉昆虫取样的一天a . cerana g . jucunda和大肠弗洛拉利亚分之间,适合(p> 0.05)。Lasioglossumsp.1,Ceratina粳稻,Lasioglossumsp2,Chrysomya油菜,Lasioglossumsp五种被显著的分(p< 0.0.05)虽然没有物种被明显的符合。
每个物种野生传粉者的比例(对数转换)昆虫分和适合显著相关(r2= 0.70,p< 0.001)(图4)。野生传粉者数量措施收集使用适合和分没有显著相关(p> 0.05),但在适合物种丰富度和多样性和PTs(呈极显著的正相关关系p< 0.05)。相似性的分析(ANOSIM)测试恢复传粉者之间的显著差异社区收集的适合和整体分(R= 0.2081;p< 0.001;图5)。没有显著差异的丰度和相对丰富的大型传粉者在符合和分(p> 0.05)(补充图S2)。丰富的小授粉昆虫分显著高于符合(p< 0.05),而相对丰度没有显著差异(p> 0.05)(补充图S2)。
半自然生境小规模(500米)和大规模(1000米)有积极影响野生传粉者稀薄物种丰富度和多样性(p< 0.05),而半自然生境对野生传粉者数量(没有显著影响p> 0.05)(表1)。没有显著影响抽样类型的野生传粉者数量,稀薄的物种丰富度和多样性(p> 0.05)(图6;表1)。也没有显著影响抽样类型和半自然生境之间的相互作用的野生传粉者数量,稀薄的物种丰富度和多样性(p> 0.05)(图6;表1)。在1000米半径范围内,半自然生境对收集的野生传粉者数量没有显著的影响符合(斜率= 0.09,拦截= 1.25,p> 0.05)或分(斜率= 0.29,拦截= 1.65,p> 0.05)(图6)。半自然生境有显著积极影响野生传粉者稀薄收集的物种丰富度都符合(斜率= 10.43,拦截= 1.53,p< 0.001)和分(斜率= 8.35,拦截= 4.28,p< 0.05)(图6 b)。半自然生境在农业景观有显著积极影响野生传粉者适合收集的多样性(斜率= 1.41,拦截= 0.95,p< 0.001),近乎显著影响多样性收集的PTs(斜率= 0.88,拦截= 1.52,p = 0.07) (图6 c)。在500米半径范围内,半自然生境对收集的野生传粉者数量没有显著的影响符合(斜率= 0.72,拦截= 0.88,p> 0.05)或分(斜率= 0.84,拦截= 1.36,p> 0.05)(图6 d)。半自然生境有显著积极影响野生传粉者稀薄收集的物种丰富度都符合(斜率= 7.31,拦截= 4.86,p< 0.001)和分(斜率= 7.20,拦截= 6.13,p< 0.05)(图6 e)。半自然生境在农业景观有显著积极影响野生传粉者适合收集的多样性(斜率= 1.13,拦截= 1.31,p< 0.001)和分(斜率= 0.82,拦截= 1.68,p< 0.05)(图6 f)。
图6。抽样方法的影响(适合和PT)和半自然栖息地的比例(A, D)野生传粉者数量(每采样一天),(B, E)稀薄的物种丰富度和(C、F)香农多样性。(两者)在1000米半径和吗(D-F)在500米半径范围内。实线发生半自然生境的影响是重要的(p< 0.05)。
讨论
尽管研究主题之前,仍有许多我们在知识方面的有效监测授粉昆虫,特别是亚洲亚热带环境和众多的被动陷阱的方法(甘蔗et al ., 2000;坎贝尔和Hanula, 2007年;冈萨雷斯et al ., 2020;范Drunen et al ., 2022)。适合的采样性能和分两个常见的被动授粉抽样方法,一直在评估有限尺度(一个油菜的字段)之前,发现飞行拦截陷阱比锅陷阱(更多的个体和物种收集每个陷阱;施et al ., 2022 b)。这里,我们之前努力通过扩大抽样范围扩大,将特征和半自然区域分析,以确定这些因素引入偏见。
我们的研究结果表明,适合和分都惊人的类似单位成本效率和覆盖率捕获传粉者。结果表明,一个适合了个体和物种比单一的分,同意之前的研究(Rubene et al ., 2015;施et al ., 2022 b)。似乎极具吸引力的油料强奸降低PTs的捕获,所以non-attractant适合不太影响,收集更多的样本单位(鲍姆·沃伦,2011;Vrdoljak Samways, 2012;Prendergast et al ., 2020)。
大型监控规模的努力,还必须考虑成本。我们发现分每网站(4)表现符合(每个网站,一个类似的成本4 PT集)在油菜的领域(更多野生传粉者的个体和物种),虽然现在也有不同的传粉者社区两个陷阱类型之间的成分。值得注意的是,适合仍然可以设法捕捉野生传粉昆虫分没有,等Xylocopa nasalis(一个普通的木匠蜜蜂物种广泛分布在中国南方),和更多的人api cerana。此外,适合可以用来追踪野生传粉者在农业景观(运动模式坎宁安et al ., 2013),而分不能。因此,根据预算和研究问题,适合仍可能在某些情况下很有用。
更小的传粉者收集的锅陷阱和更小的物种,如Lasioglossumsp,明显被潘陷阱,而没有明显差异的欢心,物种之间的分和适合,先前的结果报道。与之相反,McCravy et al。(2019)发现问题的陷阱,有些类似于他们的身体适合捕获块飞行,收集更高比例的小野生蜜蜂比PTs和叶片陷阱。Krahner et al。(2021)还发现不适陷阱收集更高比例的小野生蜜蜂比分,但是他们在2年结果不一致。因此,看来,这些方法可能都比衰退陷阱抽样更大的物种,但这需要进一步的研究,独特的集合Xylocopa nasalis只适合表明,也许一些最大的传粉者仍然可能更容易避免分。
半自然生境对野生传粉者也有一致的积极影响多样性和物种丰富度在陷阱类型。半自然生境内部农业景观可以受益野生传粉者通过提供多样化的花卉资源作为食物,潜在的栖息地和筑巢材料(Tscharntke et al ., 2005),和大量研究证实半自然栖息地的重要作用在维持野生传粉者的多样性(Le Feon et al ., 2010;Carvell et al ., 2011;邹et al ., 2017;吴et al ., 2019;施et al ., 2021)。之前的研究表明,油菜的,高质量的花粉和花蜜来源,可以极其吸引传粉者(Holzschuh et al ., 2013),但这两种捕获方法恢复的积极影响半野生的地区,然而,可能由于杀虫剂或其他特定于区域管理体制因素。
许多生态研究集成多种圈闭类型。最常用的组合是活跃扫净和被动分(Morandin et al ., 2007;Kwaiser亨德里克斯,2008年;吉尔和奥尼尔,2015年;Perrot et al ., 2018;范Drunen et al ., 2022),人们普遍认为这样的主动和被动的方法是最优的(Prendergast et al ., 2020)。许多这样的研究已经集中样本的方法(Morandin和温斯顿,2005年;塔克和Rehan, 2018年),但一些研究选择从不同的方法分别分析结果(Perrot et al ., 2018)。适合和分也曾一起分析(Kehinde Samways, 2012;雷德et al ., 2014),但这两个陷阱的一致性在栖息地类型是未知的。进一步测试额外的网站,它可能适合,一般分可以一起分析,这样可以解决多个问题。为了避免过度泛化,更多的采样项目应该在其他网站,如江西、福建和湖南两省,全面了解中国小农的传粉者社区农田。此外,不同方法之间的潜在的竞争(即在同一采样点。,一个陷阱可能会影响另一个陷阱捕获)应该探索。其他潜在的问题,例如,造成损害作物部署陷阱和收集样本时,应该在进一步的研究解决。
结论
总之,分比适合在油菜的领域更有效的在不同农业景观梯度的半自然生境覆盖在一个成本效益的框架。监控大的和小的传粉者而言,分收集更多小型个人虽然有适合和分之间没有显著差异。同时也产生一致的结果在调查半自然生境的影响对野生传粉者多样性和物种丰富度(半自然生境对野生传粉者有显著积极影响多样性和稀薄的物种丰富度)。因此,分似乎是一个可行的方法,监测授粉亚热带农业生态系统的多样性,这些努力可以通过将积极加强抽样方法如网(Prendergast et al ., 2020)。值得注意的是,虽然我们恢复类似抓住这两个方法,采样效率在不同的栖息地可能有所不同。因此,进一步测试额外的栖息地和气候将用于开发一个可概括的指南应该使用什么样的方法在不同的情况下。鉴于文献分的优势,我们建议用于可比性应该首选为被动捕获可用有限的资源时,资源投入另外主动方法,最好补充被动方法提供一个清晰的动物群。
数据可用性声明
原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。
作者的贡献
x - y、C-DZ和YZ构思。莫、总部,Q-SZ、PG M-QW,锌参与研究设计。x - y收集数据并进行统计分析。所有作者的文章和批准提交的版本。
资金
x - y是资助的博士后研究人员由国家科学和技术基础资源调查项目调查授粉昆虫在中国东部(2018 fy100400)和美国国家科学基金优秀年轻学者(排名32122016)。C-DZ的实验室支持的重点实验室由中国科学院动物分类学和进化(批准号2008 dp173354)和国家重点实验室的综合管理害虫昆虫和啮齿动物。
确认
我们感谢冯元动物学研究所中国科学院识别传粉者。我们感谢所有的油菜的农民的允许样本在各自领域以及现场工作协助。我们感谢浙江Qianjiangyuan森林生物多样性国家和研究站的支持。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fsufs.2023.1155458/full补充材料
引用
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收到:2023年1月31日;接受:07年3月2023;
发表:2023年3月28日。
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