有机管理对不同农田生境草本植物α、β和γ多样性的影响*

孙玉芳, 陈宝雄, 金 彬, 朱升海, 张松柏, 张宏斌,李垚奎, 刘云慧, 段美春

有机管理对不同农田生境草本植物α、β和γ多样性的影响*

孙玉芳1, 陈宝雄1, 金 彬2, 朱升海3, 张松柏2, 张宏斌1,李垚奎1, 刘云慧4, 段美春5**

(1. 农业农村部农业生态与资源保护总站 北京 100125; 2. 宁波市农产品质量安全管理总站 宁波 315012; 3.宁波天胜农牧发展有限公司 宁波 315012; 4. 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193; 5. 西南大学农学与生物科技学院 重庆 400715)

有机农业有利于增加农田中的植物多样性, 而丰富的植物群落可以为其他动物提供诸如蜜源、寄主、栖息地等多种生态系统服务功能。本研究基于一个有机管理的大面积多生境农场及其附近常规管理的农田区, 进行植物调查, 对比不同管理措施下大棚菜地、果园、稻田田埂、露天田块及其周边的农田边界等5种生境类型农田草本植物α、β和γ多样性的差异。研究发现, 虽然有机管理下所有生境的草本植物物种数和药用草本植物物种数(α多样性)的平均数显著高于常规管理农田, 但针对某一具体生境比较发现, 有机管理仅显著增加了露天田块和水稻田埂的植物物种数, 而对其他生境影响不显著。虽然有机管理农场和常规管理农田区的总体物种组成差异(β多样性)不大, 但有机管理下水稻田埂和露天田块的草本植物物种组成显著不同于常规管理下的对应生境。总的植物物种数(γ多样性)在有机管理的农场区和常规管理的农田区间没有显著差异。由此可见本研究中有机管理仅有利于水稻田埂和露天田块的草本植物α多样性和β多样性的增加, 而对大棚菜地、农田边界和果园影响不明显, 并且有机管理并不能显著地增加该地区的草本植物γ多样性。因此有机农业增加植物多样性并不具有普遍性, 需要具体考虑不同生境和不同层次多样性指数的差异。

有机种植; 有机农业; 农田; 生境; 草本植物; 药用草本植物; 多样性指数

有机农业是对生态系统、动物和人类损害最小的农业生产方式[1], 有助于实现农业可持续发展的目标[2], 是近年全球研究和社会实践的热点[3]。有机农业最重要的特征就是禁止使用化肥和农药[2], 使得有机产品没有农残等食品安全问题, 也不会导致面源污染、土壤酸化等环境问题[4]。有机农业作为一种对生物友好的生产方式, 也可以恢复和保护生物多样性。许多研究表明集约化的常规农业导致了生物多样性的下滑[5-6], 而有机农业却显著地提升了农田的生物多样性[7-9]。

植物多样性是生物多样性最重要的类群之一, 但是农田中的草本植物由于和作物竞争养分、光照等资源, 在国内往往被当作杂草来对待[10-11]。虽然对粮食生产有一定负面影响, 但是农田中丰富的草本植物群落可以提供多种生态系统服务功能[2,12]。首先可以为植食性昆虫、鸟类、传粉昆虫提供更为多样的食物来源[2-3], 而且某些农田杂草还是一些濒危昆虫的寄主, 例如西班牙贝母蝶()的幼虫只能在田间的三色堇()中繁殖[13]。其次, 它们也为昆虫或者其他动物提供更为多样的栖息环境和更为适宜的微气候条件[14], 进而提升整个生物群落的多样性。同时丰富的植物群落还可缓解农田面源污染, 减少水土流失等[13]。因此, 欧美等发达国家非常重视农田植物多样性的保护, 而实施有机农业正是恢复农田植物多样性的一项重要措施[15-16]。

为了更好地保护农田的植物多样性, 国外学者开展了较多有机农业对于农田植物多样性影响的研究[8,17-18], 但是国内相关研究仍较少[9]。已有的研究大都是针对单一生境有机和常规管理措施下植物多样性的比较[19-21], 而且采用有机田块和周边常规田块的成对试验设计[8,22], 探讨的只是某一种农田生境下植物多样性的差异, 也就是α多样性差异(即生境内的多样性或局地的多样性)。但是多样性还包括β多样性(即生境间的多样性差异)和γ多样性(包含多种生境的整个地区的多样性)[23-24]。虽然γ多样性可以看作α多样性和β多样性之和或乘积, 但是有研究表明α多样性结论并不适用于β多样性和γ多样性[25-26]。也就是说生境内的多样性高, 并不能保证不同生境间多样性或整个地区的多样性就一定高,因而衡量一个地区的多样性高低只评估α多样性是不够的, 必须综合考虑β多样性和γ多样性。欧美有研究表明不同生境类型、景观背景下有机种植的面积等都会对植物多样性产生显著的影响[8,18]。因此进一步的研究需要评估景观尺度下施行大面积多生境的有机农业是否会进一步增加农田生物多样性水平[7]。

植物物种丰富度是衡量植物多样性高低最常用的指数, 但是只对某一群落所有植物的物种总数分析往往不能代表不同功能群的特征, 比如具有药用价值的植物物种、昆虫传粉植物物种和濒危植物物种等[27-28]。因而分析植物群落中某些具有特定价值的植物功能群多样性也是当前研究的热点[15-16]。药用植物为具有药用价值的植物物种, 在发展中国家、现代医疗条件匮乏地区的居民常用其治病, 同时被现代医药公司进一步加工开发利用做成中成药或提纯药物活性成分, 因而具有直接的经济价值[29]。

为此, 笔者在浙江宁波调查了一个大面积且多生境实行有机管理的农场, 并从α、β和γ多样性3个层次比较有机管理和常规管理对于所有草本植物及药用植物多样性的影响, 同时比较不同生境间植物多样性对有机管理的响应差异, 以评估有机农业管理对于不同生境和不同层次下植物多样性的影响, 为通过有机农业管理提升多尺度多生境的农田植物多样性提供意见建议。我们提出以下3个假设: 1)有机管理下农场不同生境的局地物种数(α多样性)都显著高于常规管理的对应农田生境; 2)有机管理下不同生境间的植物组成差异(β多样性)大于常规管理的农田样地; 3)有机管理下整个农场的物种总数(γ多样性)显著高于常规管理的农田区。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于浙江省宁波市海曙区, 该地区属亚热带季风气候, 年平均气温16.4 ℃, 年平均降水量1 480 mm左右, 多年平均日照时数1 850 h。地形以平原为主, 海拔5 m, 水系丰富, 排水沟纵横。土壤以红壤和黄壤为主, 土层较厚。

有机管理农场位于古林镇前虞村(29°80¢N, 121°40¢E), 农场总面积68.7 hm2, 公司统一经营管理。自2011年建立至今, 农场全域范围施行有机管理, 未使用化肥和农药。大棚蔬菜地一年种植2轮瓜果和叶菜类蔬菜, 施用湿基有机肥22 500 kg∙hm-2。果园种植桃树()或樱桃(), 同时进行林下养鸡, 750只∙hm-2, 每年机器割草1次。露天田块每年种植作物或蔬菜1轮, 施用湿基有机肥15 000 kg∙hm-2, 水稻()田一年内进行水稻-小麦()轮作, 施用湿基有机肥22 500 kg∙hm-2。湿基有机肥均为粉碎后的农作物下脚料、禽畜粪便、发酵床填料等, 经过翻抛堆肥调水调质后做成。

常规管理农田区位于有机农场西约5 km的古林镇共任村(29°81¢N, 121°45¢E), 调查区总面积约67 hm2。该村的土地归村民集体所有, 个体分散经营, 以集约化的耕种方式进行管理。大棚蔬菜地年种植6轮, 以青菜()等绿叶蔬菜为主, 施用普通化肥较少, 复合肥约1 875 kg∙hm-2, 喷洒农药和杀虫剂约5次, 常用的农药杀虫剂有氯氟啶虫脒、啶虫哒螨灵、甲维虫螨腈、吡虫啉、四霉素等, 年合计施用费用约4 500元∙hm-2。常规管理农田区内果园生境较少, 同时考虑到样地间距离要求, 因而选择的3个果园生境均是非严格的常规管理果园, 其中两个果园[柑橘()和李树()]均已荒废, 未进行任何人为管理; 另外1个为梨园, 管理较为粗放, 未施用化肥或有机肥, 除草剂近两年也未使用。水稻田一年内进行水稻-蔺草()轮作, 施用氮肥225 kg∙hm-2, 复合肥375 kg∙hm-2, 喷洒农药和杀虫剂约5次, 常用的农药杀虫剂有康枯、稻藤等, 年合计施用费用约3 000元∙hm-2。露天田块一年一般种植2轮蔬菜或作物, 施用化肥复合肥600 kg∙hm-2, 喷洒农药和杀虫剂约5次, 常用的农药杀虫剂有三唑磷、啶虫哒螨灵、吡虫啉等, 年合计施用费用约750元∙hm-2。

1.2 样地选择与设置

在有机管理农场区和常规管理农田区内都分别选择大棚蔬菜(DC)、果园(GY)、水稻田埂(SD)、露天田块(LC)和露天田块边缘的农田边界(NB), 共5种生境类, 每种生境类型选择3块面积大于100 m2的样地。每种管理区各计15块样地, 两者合计30块样地。考虑到取样地的独立性, 至少保证样地之间间隔100 m以上(露天田块及其农田边界除外)。

5种生境类型可分为面状生境和线状生境。对果园、露天田块两类面状生境, 在样地中心选择1个10 m×10 m样方。在每个样方内, 取中线划分成4个5 m×5 m的方块, 在每个方块内随机选取一个1 m×1 m的小样方, 小样方距离样方边界至少1 m, 避免边缘效应。对于大棚蔬菜、农田边界和水稻田埂等线状生境, 在中部选择2 m×50 m(或 1 m×100 m)的样带, 以保证和面状生境相同的调查面积。在样带内随机选取至少间距1 m以上的4个1 m×1 m小样方。分别记录4个小样方内出现的草本物种及其盖度, 合并4个小样方的植物数据, 以某一植物物种的最大盖度作为整个样方或样带内草本物种及其盖度[30]。盖度记录采用Braun-Blanquet 多盖度等级法。植物田间调查于2018年5月29日至6月3日开展, 此时正是草本植物生长的茂盛期, 而且也是大棚蔬菜、大田作物的生长中期, 稻田生长的苗期。调查的样方在此前半个月内都未进行人工除草或者喷洒除草剂。现场进行植物鉴定并记录在册, 不能现场鉴定的植物被带回实验室由分类学专家或参考《浙江植物志》进行鉴定。植物的药用价值从植物志或中国自然标本馆网站查询。

1.3 数据分析

不同管理措施和不同生境间α多样性差异的显著性检验选用方差分析。物种丰富度(即物种数)作为衡量α多样性的指标。虽然物种数受到取样强度的影响, 但是植物调查的强度和样方面积在不同管理措施和不同生境间是一致性的。物种数也是物种多样性的最直接体现, 方便解读。在方差分析前, 进行物种数据的正态性和方差齐性检验, 结果都符合正态性和方差齐性的假定(>0.05)。在比较不同管理措施下(综合所有生境类型数据)的植物物种平均数差异时, 考虑到试验采用的双因素设计(管理措施和生境), 采用双因素方差分析方法。比较同一生境下不同管理措施的物种数差异, 和同一管理措施下不同生境间的植物物种数差异时, 采用单因素方差分析方法。多重比较选用Turkey检验法, 方差分析在SPSS 16.0软件中进行。

不同管理措施之间和不同生境之间的物种组成差异, 即β多样性, 采用基于Manhattan指数的非度量多维度分析(NMDS)。由于大多数生态意义的不相似指数都是Manhattan类型[31], 所以选择该指数衡量不同样地之间的物种组成差异。NMDS不同于主成分分析或者对应分析, 对于群落的分布模型没有要求, 而且样地间在二维平面上的距离就可以直接反映物种组成之间的差异, 距离越远, 差异越大。NMDS的压力指数stress的大小可以评价该方法的效果, 如果stress小于0.05, 说明效果很好, 小于0.1效果好, 小于0.2效果都是可以解释和接受的。NMDS在PAST软件进行。

对于整个有机农场区和常规管理农田区的总物种数(γ多样性)的比较, 采用稀疏曲线进行, 以消除样方大小及样本数量对物种丰富度的影响。稀疏曲线模拟随着调查小样地数量的增加, 发现的植物物种数的变化情况, 并给出95%的置信区间, 以便于比较不同曲线间的显著性差异。该分析也在PAST软件进行。

2 结果与分析

2.1 有机农场和常规农田不同生境植物的α多样性

基于不同管理措施和生境类型的双因素方差分析表明, 有机农场的草本植物物种数(图1A)和药用草本植物物种数(图1B)的均值都显著高于常规农田(<0.05)。针对同一生境类型下两种管理措施的物种数单因素方差分析发现, 只有在露天田块中, 草本植物和药用植物的物种数均显著高于常规农田。另外水稻田埂的药用植物物种数也是有机管理显著高于常规管理(图1B)。其他差异不显著。

针对同一管理措施下不同生境类型间的植物多样性显著性检验发现, 常规管理模式下, 不同生境类型间的植物物种数都不存在显著性差异(图1)。有机管理模式下, 露天田块(LC)的草本植物物种数显著地高于大棚蔬菜(DC), 水稻田埂(SD)的药用草本植物物种数显著地高于大棚蔬菜(DC), 其他生境类型间差异均不显著。

2.2 有机农场和常规农田植物的β多样性

在有机农场和常规农田都调查到的植物有39种(其中药用25种), 只在有机农场发现的植物24种(其中药用16种), 只在常规农田发现的物种21种(其中药用11种)。

NMDS分析表明, 两种管理方式下农田的样地相互混杂在一起, 说明有机管理和常规管理下的草本植物和药用草本植物的物种组成差异不大(图2)。但是有机农场的样地间更为分散, 而常规农田区的样地主要聚集在中心。这说明常规农田区样地间的物种组成差异较小, 而有机农场区样地间物种组成差异较大, 即有机农场样地间的植物β多样性较大, 而常规农田的β多样性较小。

图1 有机管理和常规管理下不同生境类型所有的草本植物(A)和药用草本植物(B)的物种丰富度

All: 所有的生境; DC: 大棚蔬菜; GY: 果园; LC: 露天田块; NB: 农田边界; SD: 水稻田埂。不同小写字母表示同一生境下不同管理措施间的显著性差异(<0.05), 不同大写字母表示同一管理措施下不同生境间的显著性差异(<0.05)。All: all habitats; DC: vegetable greenhouse; GY: orchard; LC: open-air field; NB: field boundary; SD: paddy ridge. Different lowercase letters show significant differences between organic and conventional management practices in the same habitat type (< 0.05). Different capital letters show significant differences among different habitats under the same management practice (< 0.05).

对于不同的生境类型, 不管是草本植物群落(图2 A), 还是药用草本植物群落(图2 B), 有机农场的水稻田埂和露天田块的样地都分别相隔于常规管理的水稻田埂和露天田块, 而其他生境类型间, 两个管理措施下的样地都混合交错在一起。这表明有机管理下的水稻田埂和露天田块的植物组合显著不同于常规管理的对应生境, 而且其他生境间的植物物种组成在有机和常规管理下差异不大。同一管理措施下, 有机农场区各类生境的样地基本相互区分, 表明各个生境间形成了较为独立的植物群落, 而常规农田的不同生境间的样地还是混杂在一起, 表明物种组成在常规管理下不同生境间差异不大。

2.3 有机农场和常规农田植物的γ多样性

调查结果表明, 有机农场共有63种植物, 其中药用植物41种。常规对照农田共有60种植物, 其中药用植物36种。通过对植物小样方稀疏曲线的分析表明, 随着小样方数量的增加, 即取样强度的增加, 虽然有机农场的草本植物和药用草本植物总数一直高于常规对照农田, 但差异逐渐减小, 差异也从显著变为不显著(图3)。即两种管理措施对总的植物物种丰富度(γ多样性)并没有显著的影响。

3 讨论

3.1 有机管理对α和β多样性的影响

Tuck等[8]通过Meta分析总结有机管理田块的植物物种数高于常规农田约70%。我们的结果(约40%)虽低于此值, 但有机管理下草本植物局地的物种数显著高于常规管理, 和前人的研究结果基本一致[7-8,22]。β多样性的分析, 也和本研究的假设2)一致, 有机管理下农场不同样地间的β多样性大于常规管理的农田。并且有机管理下各生境间植物群落相对独立, 而常规管理的生境间植物群落组成差异不大。以往的研究表明长期的有机管理有利于在不同生境类型间形成较高且各自独立的植物群落[8,18], 而常规管理使得整个景观的生物多样性单一化[5-6]。这主要得力于有机管理的措施, 如禁用除草剂、化肥和采用人工或机器除草等[8]。除草剂的使用会直接减少农田中开花植物和稀有植物物种多样性[12]。特别是在开花期, 农药对其繁殖发育有显著的负面影响[2]。人工或者机器除草只把土壤表层或者浅层的杂草去除, 深层的根和种子得以保留, 因此有助于植物群落的恢复和发展[2]。过度的机器除草也可能会减少多年生的冬季植物, 并增加一年生的夏季植物, 从而形成单一恶性杂草为主的植物群落[32]。化肥的使用可以直接影响植物多样性[33]。虽然化肥能为植物提供更为快速高效的养分, 但如氮肥等化肥往往支持那些需氮强的植物(主要是作物)[10,34], 而这些嗜氮植物的过度生长, 压制了其他植物的生长[22], 从而降低了整体的多样性。此外, 有机农业的耕作方式、多样化的种植(间套轮作)、非耕作生境的保留等都有助于增加植物多样性[8,35]。

3.2 有机管理对γ多样性的影响

与假设3)不同, 虽然有机管理区的γ多样性高于常规管理区, 但差异并不显著。可见, 即使有机管理显著地增加了局地的植物物种数(α多样性), 但是并没有显著地增加整个区域的植物物种总数(γ多样性)。对节肢动物类群的研究也有类似的结论[25-26]。这印证景观生态学中的“尺度效应”问题, 即某一尺度上的结果在另一个更高的层次上并一定不适用[18,36]。

图2 有机管理和常规管理农田不同生境类型植被群落非度量多维度分析(NMDS)(A: 所有草本植物, stress=0.22; B: 药用草本植物, stress=0.19)

第1个字母为C代表常规管理的生境, O代表有机管理的生境; DC为大棚蔬菜; GY为果园; LC为露天田块; NB为农田边界; SD为水稻田埂。The first letter of codes represents different management practices, C means conventional management, and O means organic management. DC is vegetable greenhouse; GY is orchard; LC is open-air field; NB is field boundary; SD is paddy ridge.

图3 基于有机农场和常规农田小样方的草本植物和药用草本植物的群落稀疏化曲线

圆点代表所有的草本植物, 三角形代表药用草本植物。The dot represents all herb plants, and the triangle represents medicinal herb plants.

取样强度、有机管理时间和距离有机农场的距离及景观背景都可能对本研究的结果产生影响。我们只在5月进行了一次取样, 也有一年两次、分别在夏秋进行的植物调查, 以获取某一地方的植物目录全貌[14,30]。一次调查虽然不能反映整个年度植物多样性的状况, 但也是某一个重要时期的反映。类似的进行一次植物调查来衡量生物多样性也在其他研究中广泛采用[15,27-28]。同时, 我们的调查强度在所有的样地都是一致的, 所以这一结果应该是无偏的。有研究指出, 较短的有机管理时间并不足以显著提升生物多样性的水平[8,37]。但是本研究调查的有机农场, 已经施行了8年的有机管理。也有研究指出有机农田的植物物种也可以迁移到附近常规农田中[18], 但是调查的有机农场和常规对照地间距5 km, 考虑到植物种植的扩散效应和响应的景观尺度, 这种作用应该比较弱[18,30]。许多研究表明除有机管理的各种措施, 景观的异质性[5,22]、周边景观的半自然生境比例[38]及其距离对植物多样性都有显著的影响[2]。虽然我们没有详细考察景观背景, 但是有机农场由于大面积的进行有机管理, 应具有更高的γ多样性[18]。由此可见, 取样强度、有机管理时间、距离有机农场的位置和景观背景等都不是导致假设3)不成立的主要原因。

另一种解释可能是有机和常规管理农田的植物物种都来自同一个物种库贫瘠的区域物种池[5,39]。对比湖北潜江[30]、北京、河北曲周[40]、崇礼[14]等其他农业景观区, 整个宁波研究区的植物物种总数相对较低。如其他研究指出, 形成多样化的植物群落是一个缓慢而不确定的过程, 特别是在种子库贫瘠和周围景观中稀有物种很少的情况下[7,18]。由于区域物种池的物种多样性有限, 有机和常规管理下的两片农区可能都已经包含了该地区域物种池的大部分物种, 所以总的物种数差异并不显著。不过, 我们的结果也不支持这种解释。因为有机和常规管理的两片地区的共有的物种比例并不高(84种植物物种中只有39种被两片地区共有), 说明它们各自并没有汇集区域物种池的大部分物种。

我们的结果更支持不同管理措施下的地区具有各自特有的物种[15], 也就是说有些物种可能适合于常规管理的农田环境, 而另一些物种适合在有机管理环境下[14]。一般来说, 有机田块有更多的开花植物[27]、阔叶植物、稀有或受威胁的植物, 以及较少的嗜氮物种, 而常规田块的更偏向抗除草剂性杂草, 特别是禾本科及抗性窄叶植物[18,22]。对比物种目录, 我们也发现猪殃殃()、草地早熟禾()、异型莎草()等禾本科物种及窄叶植物只发现在常规管理农田中, 而广布野豌豆()、平车前()、抱茎苦荬菜()只发现于有机管理农场中。β多样性分析也表明有机农场的水稻田埂和露天田块的物种组成有别于常规管理的各种生境, 这也进一步印证了这个结论。虽然本文没有进一步分析分科数据及各个功能类群差异, 但药用草本植物丰度变化也推论出类似的结论。与常规管理农田相比, 有机管理下的田块具有更高的药用植物多样性。中医中草药仍然是民间常用的治病和保健的常用资源之一[29], 因此有机管理措施下增加的药用植物多样性可以带来更多的医疗价值。

3.3 有机管理对不同生境间植物物种多样性的影响

虽然包含所有生境的植物物种平均数在有机和常规管理间差异显著, 但是在不同生境类型间, 有机管理和常规管理的差异并不相同。由于更为强烈的农药化肥等管理措施, 作物田块受到管理措施的影响往往比果园生境更高[8]。我们的研究也得到了类似结论。与常规管理农田相比, 仅有露天田块和水稻田埂在有机管理措施下具有更高的植物多样性和不同的物种组成, 而其他生境的植物多样性在两种管理措施下差异并不显著。不同生境管理措施和环境差异可能是导致该结果的主要原因。大棚菜地由于受到高强度管理且处于半封闭环境, 缺少本地种子库的充分生长和外源种子进入的机会, 因此在有机和常规管理下物种数及物种组成差异都不明显。常规管理农田区选择的果园生境为粗放式管理的果园, 近几年也未使用农药化肥, 因此它与有机管理果园的植物多样性差异也不明显。农田边界在两种管理措施下差异并不显著, 可能是由于有机农场为了景观美化在农田边界多次进行人工除草, 一定程度上降低了其物种多样性。

很多研究发现农田内部和农田边界的植物多样性差异在常规管理下比有机管理下更加显著[18,20], 因此提出农田边界可以作为集约化管理下植物多样性的保护或庇护区的假设[38]。在本研究中, 常规管理下农田边界的物种数高于露天田块内部, 而有机管理下农田边界物种数反而低于露天田块内部。这可能是由于常规管理主要针对农田内部的除草、施肥、翻耕等管理, 农田边界的植物得以保留。有机管理的农田边界, 在基本相同的管理措施下, 土壤水肥等条件却不及农田内部, 因此植物物种数相对较低。不过, 有机农场和常规管理农田边界和露天田块之间的植物物种数没有显著的差异, 而且物种组成上面也没有明显的差异, 因此我们的结果并不支持农田边界作为植物多样性保护区或庇护区的假设。有机农业对生物多样性的益处可能根据位置、气候、作物种类和品种等因素而有所不同, 并有可能受到具体管理做法的强烈影响[18], 而且区域内较贫瘠的物种池会进一步减少这种差异[5,14]。

总的来说, 长达8年的有机管理显著地增加露天田块的草本和药用草本植物的多样性, 并形成了不同生境间较为独立的植物群落。这将进一步为其他类群提供更多取食或栖息机会, 如植食性昆虫, 或以植物形成的环境为栖息地的昆虫、小动物和鸟类等。因此, 有机农业在提升农田植物多样性方面是积极有效的。有机农业虽然可以增加局地的植物多样性, 但是对整体的γ多样性的影响还不够显著, 这或许是因为有机农业增加了阔叶类植物多样性, 而常规管理增加了窄叶类植物多样性。进一步的研究可以从不同功能群, 如单子叶和双子叶植物、外来植物和乡土植物、农业耐受性植物和敏感性植物、一年生植物和多年生植物等角度进行分析。考虑到常规管理和有机管理下各自独立所有的物种仍占相当大的比例, 也许更长时间的有机管理, 还会进一步增加有机农场整体的γ多样性, 并进一步形成各个生境更为丰富和稳定的植物群落。在有机管理下恢复农田生境的植物多样性或许可以尝试通过其他一些措施, 如引入或恢复一些本地曾经局地灭绝或者稀少的植物物种, 种植野花带等, 同时减少对非农作生境的干扰, 如减少人工除草次数, 秋季结实后再除草等, 以加速农田生境植被多样性恢复的过程。最后需要注意的是提升的为整个植物群落的物种多样性, 而不是某一恶性杂草的盖度。

致谢: 感谢宁波天胜农牧“四不用”农场职工裘辰光、俞婉君、陈良才、梁东生、华家宁的田间协助。感谢古林镇共任村经济合作社吴红峰社长对于调查的支持和帮助。感谢西南大学学生王慧婷在植物药用价值上的查询工作。

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Effects of organic management on the diversity of α, β and γ of herbaceous plants in different agricultural habitats*

SUN Yufang1, CHEN Baoxiong1, JIN Bin2, ZHU Shenghai3, ZHANG Songbai2, ZHANG Hongbin1, LI Yaokui1, LIU Yunhui4, DUAN Meichun5**

(1. Rural Energy & Environment Agency, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125, China; 2. Ningbo Agricultural Products Quality and Safety Management Station, Ningbo 315012, China; 3. Ningbo Tiansheng Farming Development Co., LTD, Ningbo 315012, China; 4. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 5. College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Organic agriculture is conducive to increasing plant diversity in farmland, and rich plant communities can provide animals with a range of services, including sources of pollen for honey, host, and habitats. Although there have been many studies of the effect of organic management on plant α diversity in single farmland habitat, little research into β and γ diversity has been conducted. In this study, a large area of organically managed farmland and a nearby conventionally managed farmland with multi-habitats were selected, and the differences in the α, β, and γ diversity of herbaceous plants between two management practices and among different habitat types were studied. In both cases, the farmland habitats included vegetable greenhouse, orchard, open-air field, field boundary, and paddy ridge. The herb plant survey was conducted at the start of summer. Findings from ANOVA revealed that, though the average number of local herb plants and medicinal herb plants (α diversity) was significantly higher in all habitats in organic farmland than the case in conventional farmland, organic management only increased the number of herb plant and medicinal herb plant species in open-air field and the number of medicinal herb plant species in paddy ridge. The impact of organic management on other habitats was not significant. Under conventional management, there were no significant differences in the number of plant species among five habitat types. However, under organic management, the number of herb plant species in open-air field and medicinal herb plant species in paddy ridge were significantly higher than those in vegetable greenhouse. Results of non-metric multi-dimensional analysis based on the Manhattan index indicated that, although there was no difference in the overall species composition (β diversity) of organically managed farmland and conventionally managed farmland, there were significant differences between organic management and conventional management in the herb plant and medicinal herb plant species compositions of open-air field and paddy ridge. β diversity was higher in organic farmland than in conventional farmland, and relatively independent plant communities formed in different habitats. A rarefaction curve of species richness indicated that, although the total number of herb plant species and the number of medicinal herb species (γ diversity) in organically managed farmland were higher than those in conventionally managed farmland, the difference was not significant statistically. Organic management increased the α diversity and β diversity of herbaceous plants in both paddy ridge and open-air field, but there was no obviously beneficial effect of organic management in vegetable greenhouse, field boundary, and orchard. The increase in local α diversity and β diversity did not necessarily result in a significant increase in γ diversity. In summary, it cannot be concluded universally that organic agriculture can increase plant diversity in different habitats and at different spatial scales. It is necessary to specifically consider the differences in different habitats and diversity indices at different spatial scales. Longer implementation of organic management, low-frequency weeding, and artificial increases in the pool of local plant species can help increase herbaceous plant diversity of the entire region and in all habitat types.

Organic farming; Organic agriculture; Farmland; Habitat; Herbaceous plant; Medicinal herb plant; Diversity index

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*国家重点研发计划项目(2018YFC0507203)和农业农村部农业生态与资源保护总站物种品种资源保护项目(2130135)资助

段美春, 主要研究方向为农业景观与生物多样性。E-mail: duanmc@swu.edu.cn

孙玉芳, 研究方向为农业经济管理和资源保护。E-mail: sunyufang06@163.com

2019-07-22

2019-08-28

*This study was founded by the National Key R&D Program of China (2018YFC0507203) and the Species Variety Resource Protection Fund of the Rural Energy & Environment Agency, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, China(2130135).

, E-mail: duanmc@swu.edu.cn

Jul. 22, 2019;

Aug. 28, 2019

S154.5

2096-6237(2019)11-1617-09

10.13930/j.cnki.cjea.190549