Science Advances：同样是多种植物，为什么农田里害虫少了，森林里虫子反而多了？

主要内容

【背景】多营养级相互作用在生态学中普遍存在，并且在构建生物群落结构方面发挥着基础性作用。当这些相互作用发生在当一个营养级中的种群或行为发生变化时，这种变化会通过食物网中的其他营养级进行传播。

【不足】然而，随着植物多样性的增加，多营养级相互作用是否会变得更加以捕食者为主导，还是以植物本身为主导？或者两者都会发挥作用呢？

【方案】在这项研究中，作者整理了一个数据库，该数据库包含了 149 项野外研究，这些研究评估了不同营养级生物对植物多样性变化的反应。并提出以下假设进行验证：

(1) 在采用积极害虫管理方法的有机与非有机农田中，增加植物多样性可以通过增强天敌的作用来提升对食草动物的控制能力，从而抑制食草动物的数量，进而提高作物产量；

(2) 在草原和森林中，由于无脊椎食草动物很少被直接管理，增加植物多样性可以通过提高植物生产力来产生自下而上的效应，这种效应可能主要但不一定只会对食草动物种群及其天敌产生积极影响。

Abstract

多营养级相互作用能显著影响生态系统的结构与功能，但植物多样性如何影响农业生态系统与自然生态系统中多营养级相互作用的方向及可预测性，尚不明确。

通过对全球五大洲149项田间研究的分析，研究发现：

提高植物多样性在农田与草地/森林中往往产生不同的“自上而下”和“自下而上”效应。在有机和非有机农田中，提高植物多样性使得无脊椎动物天敌与植食性昆虫的丰度比分别增加了846%和148%。这一结果符合“自上而下”的控制模式，即捕食者数量增加导致植食性昆虫数量减少，从而改善作物生产效益。而在草地和森林中，提高植物多样性则表现出“自下而上”的效应：生产力的提升促进了植食性昆虫和捕食者种群的增长，其中天敌与植食性昆虫的比率在草地和森林中分别增加了4.73%和21.2%。

研究结果表明，生物多样性对生产力的影响并不能仅仅通过植物间的直接相互作用及其产生的“生物多样性-生产力”关系来解释。

相反，这些结果揭示了符合“自上而下”和“自下而上”效应框架的模式，且这两种效应的相对平衡状况会因生态系统类型及管理方式的不同而变化。多样化种植对作物害虫的影响程度表明，作物多样化可能是预防性治理作物害虫、进而提升农业可持续性的重要途径。

Figures

重要结论

总体而言，我们的多生态系统分析表明，在四大主要陆地生态系统（即有机与非有机农田、草地和森林）中，增加植物多样性通常能提高植物生产力并有益于无脊椎植食性昆虫的天敌。

其中，植物多样性对植物表现的影响仅在草地中具有统计学显著性，而对天敌表现的影响则在有机农田、非有机农田和草地中均显著。研究结果显示，植物多样性对植物生产力的影响并不能仅仅通过植物间的直接相互作用或经典的“生物多样性-生产力”关系来解释。

相反，数据揭示的相关性模式同时也符合“自上而下”和“自下而上”的生态效应，且这些效应的主导程度可能因生态系统背景及管理目标而异。在农田生态系统中观察到的“自上而下”过程表明，更高的植物多样性可能通过除“提供更多植食性猎物”以外的机制来支持捕食者种群。

相比之下，在草地和森林生态系统中，植物多样性的主要效应似乎是增加了植物资源量，进而导致植食性动物种群规模扩大；捕食者虽会对植食性动物数量的增加做出反应，但这种反应往往发生在植食性动物已造成显著取食危害之后。对于侧重于保护目标的草地和森林管理而言，这些“自下而上”的效应有助于提高植物生产力和消费者多样性。

反之，在面临持续虫害压力的集约化管理农田中，通过策略性增加植物多样性来增强天敌种群，从而强化“自上而下”的控制作用，有助于预先抑制植食性动物种群并保护作物产量。因此，在寻求实现可持续粮食生产的过程中，探索增加作物系统植物多样性的作用是一条重要途径。

文献参考

Nian-Feng Wan et al. ,Plant diversity modifies multi-trophic interactions in croplands, grasslands and forests.Sci. Adv.12,eaeb8680(2026).DOI:10.1126/sciadv.aeb8680

数据可获得性

该研究分析所使用的所有数据均已存入：

https://doi.org/10.6084/m9.figshare.31947189

用于数据分析的代码也已存入：

https://doi.org/10.6084/m9.figshare.31947165

欢迎关注

【欢迎投稿，欢迎留言讨论】

【投稿邮箱：3289595625@qq.com】

【知识传递，希望能给广大学者带来帮助】