鄉(xiāng)土野花組合在農(nóng)業(yè)景觀中的應(yīng)用*

胡文浩, 那書豪, 李學(xué)東, 李 想, 宇振榮, 王文靜, 段美春

鄉(xiāng)土野花組合在農(nóng)業(yè)景觀中的應(yīng)用*

胡文浩1, 那書豪1, 李學(xué)東1, 李 想1, 宇振榮1, 王文靜3, 段美春2**

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 北京 100193; 2. 西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院 重慶 400715; 3. 西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 杭州 300124)

鄉(xiāng)土野花組合是篩選以鄉(xiāng)土野花為主體的, 并通過混合播種建立群落的一種景觀植被建植模式, 是歐美國家近年來較為流行的一種農(nóng)業(yè)景觀恢復(fù)與建設(shè)的技術(shù)措施。已有的研究發(fā)現(xiàn)鄉(xiāng)土野花組合能夠改善景觀結(jié)構(gòu)與生境質(zhì)量, 吸引傳粉生物和自然天敵, 從而起到增強農(nóng)業(yè)景觀的傳粉及害蟲控制功能, 并改善農(nóng)作物品質(zhì)、提高農(nóng)作物產(chǎn)量; 與此同時, 鄉(xiāng)土野花組合也具有較好的文化功能。鄉(xiāng)土野花組合的設(shè)計對建植效果具有重要作用, 其物種篩選、配比、播種方式及布局是設(shè)計中需要主要解決的問題。本文在總結(jié)歐美國家鄉(xiāng)土野花組合設(shè)計模式與生態(tài)監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)上, 提出鄉(xiāng)土野花組合物種篩選的3原則: 鄉(xiāng)土性、功能多樣性與包含特定關(guān)鍵物種; 并對其生長周期、物種數(shù)、播量、播種面積與空間布局等技術(shù)細節(jié)進行了討論, 以促進鄉(xiāng)土野花組合的本土化、區(qū)域化發(fā)展。歐美國家提出了一系列推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展及農(nóng)戶補貼的有關(guān)政策, 其中美國主要以推動基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策為主, 注重限制植物材料本土化; 歐洲國家通過多項立法及農(nóng)業(yè)環(huán)境管護政策為農(nóng)戶提供多樣化的生態(tài)補貼, 以促進農(nóng)戶充分參與鄉(xiāng)土野花組合栽植過程。在我國, 尚缺乏成熟的鄉(xiāng)土野花組合應(yīng)用案例。中國的鄉(xiāng)土野花組合需充分發(fā)掘種質(zhì)資源并進行生態(tài)、栽培與景觀特性評估, 以實現(xiàn)本土化的鄉(xiāng)土野花組合。本文最后提出, 通過多學(xué)科合作實現(xiàn)鄉(xiāng)土野花組合的設(shè)計與推廣, 政府、產(chǎn)業(yè)、科研機構(gòu)與農(nóng)民共同參與鄉(xiāng)土野花組合的設(shè)計過程, 并提出市場化的生態(tài)補貼政策, 以推動鄉(xiāng)土野花組合在我國農(nóng)業(yè)景觀的應(yīng)用, 為改善我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境做出應(yīng)有貢獻。

鄉(xiāng)土植物; 野花; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能; 傳粉; 自然天敵; 害蟲控制; 農(nóng)業(yè)景觀

近年來, 農(nóng)業(yè)集約化的發(fā)展以及單一農(nóng)作物種植面積比例不斷擴大[1], 導(dǎo)致農(nóng)業(yè)景觀單一化, 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)多樣性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性降低, 生境破碎化等生態(tài)問題, 這些問題已被證實是生物多樣性和相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降的主要原因之一。農(nóng)田中傳粉生物及自然天敵為代表的有益生物的豐富度和多樣性在近年來逐步減少, 及其導(dǎo)致的農(nóng)田病蟲害現(xiàn)象加劇, 傳粉服務(wù)功能減少, 農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)受到嚴(yán)重影響, 已成為近年來農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)面臨的重要問題[2-4]。在盡可能維持現(xiàn)有種植結(jié)構(gòu)和作物生產(chǎn)力的基礎(chǔ)上, 如何提高農(nóng)田生物多樣性并恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能, 引起了人們的廣泛興趣[5-7]。近年來的研究表明, 在農(nóng)業(yè)景觀中恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的關(guān)鍵, 除發(fā)展有機農(nóng)業(yè)、實施間套作等傳統(tǒng)措施外, 一方面還需要完善農(nóng)田景觀結(jié)構(gòu), 促進生境異質(zhì)性[8]; 另一方面則需要營造農(nóng)田有益昆蟲所適應(yīng)的生境和植被結(jié)構(gòu), 完善植物多樣性, 為農(nóng)田生物提供所需要的生態(tài)資源[9-10]。

20世紀(jì)90年代初期, 瑞士、德國等國的農(nóng)民自發(fā)在農(nóng)田邊緣及殘存生境中播撒當(dāng)?shù)氐囊盎ǚN子, 用來補充農(nóng)田中的花卉資源, 解決農(nóng)業(yè)集約化造成的傳粉昆蟲不足的問題, 取得了良好效果[11]。這些鄉(xiāng)土的野花為昆蟲提供了越冬棲息地以及花蜜與花粉等食物, 并使得這些昆蟲免于人類干擾, 并以此為基礎(chǔ)提供了多項服務(wù)。從景觀角度來看, 這種小塊生境增加了區(qū)域的連通性, 完善了區(qū)域的景觀結(jié)構(gòu), 促進了生物的交流, 進一步提升了區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[12]。經(jīng)過若干年的研究與實踐, 經(jīng)過科學(xué)設(shè)計與配比, 這種做法逐漸演變成固定的野花組合模式, 體現(xiàn)出良好的生態(tài)與經(jīng)濟效益, 得到了各國政府的充分重視。近年來, 在農(nóng)業(yè)景觀中種植鄉(xiāng)土野花組合, 已經(jīng)成為歐美各國進行景觀生態(tài)修復(fù)的重要推薦措施。

在中國, 廣大鄉(xiāng)村地區(qū)經(jīng)歷了大規(guī)模的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè), 一方面, 農(nóng)業(yè)集約化與土地利用方式的改變已經(jīng)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和景觀產(chǎn)生了重大影響; 另一方面, 種植結(jié)構(gòu)的改變與對農(nóng)作物產(chǎn)量品質(zhì)需求大大提升。這就要求我們在區(qū)域及景觀尺度上修復(fù)農(nóng)業(yè)景觀, 并提升農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[13-15]。歐美國家的經(jīng)驗表明, 鄉(xiāng)土野花組合是解決這一問題的重要方法與途徑之一。本文通過介紹鄉(xiāng)土野花組合的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能, 并從工程與政策角度介紹鄉(xiāng)土野花組合的設(shè)計與構(gòu)建方法, 希望能為鄉(xiāng)土野花組合在國內(nèi)的研究與推廣提供參考。

1 鄉(xiāng)土野花組合的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能

1.1 傳粉生物多樣性保護與功能恢復(fù)

傳粉是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、尤其是傳粉依賴型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的重要保障[16]。傳粉功能依賴多樣化的傳粉生物群落。調(diào)查顯示, 農(nóng)田中約25%的傳粉生物是蜂類[17], 其余部分還包括蝶類、寄生蜂類、食蚜蠅類等。這部分生物的傳粉功能很難僅通過人工傳粉及補充蜂源得以彌補。因此, 仍然需要通過修復(fù)生境的手段, 修復(fù)并補充自然傳粉群落。

提高傳粉功能, 不僅需要提升區(qū)域內(nèi)傳粉生物群落的豐富度及規(guī)模, 還需要增加傳粉生物對農(nóng)田的訪花頻率。鄉(xiāng)土野花組合最早出現(xiàn), 正是應(yīng)對傳粉功能不足這一問題。在這方面, 歐美國家進行了大量的研究, 基本證實了鄉(xiāng)土野花組合對傳粉功能提升的重要作用[18]。以英國為例, 英國種植以豆科(Leguminosae)植物為主的鄉(xiāng)土野花組合, 有效提升了農(nóng)田邊緣野生熊蜂的多度, 特別是部分稀有熊蜂物種的數(shù)量, 監(jiān)測顯示, 熊蜂群落傾向于在具有鄉(xiāng)土野花組合的區(qū)域建立穩(wěn)定群落[19]; 在蘇格蘭的研究顯示, 鄉(xiāng)土野花組合能夠提升25%的傳粉者的訪花頻率, 還改變了傳粉生物的群落構(gòu)成, 增加了熊蜂在傳粉生物群落中的比例, 從而進一步提升了傳粉的效率及質(zhì)量[20]。

1.2 自然天敵生物多樣性保護與害蟲控制

鄉(xiāng)土野花組合可以為自然天敵提供結(jié)構(gòu)資源和未受干擾的棲息地, 并提供額外的食物來源, 因此可以支持天敵種群的長期生存[21-22]。試驗證明, 無論是針對以寄生蜂類為代表的寄生性自然天敵, 還是以步甲、蜘蛛為代表的捕食性自然天敵, 鄉(xiāng)土野花組合都能對其群落發(fā)展產(chǎn)生正面效益, 并降低所在區(qū)域害蟲數(shù)量, 從而加強所在區(qū)域的害蟲控制功能。

一項在荷蘭的研究顯示, 對寄生者而言, 野花組合營造的生境能夠增加農(nóng)田附近繭蜂的數(shù)量, 并提升其對蚜蟲的寄生率, 從而起到控制蚜蟲密度的效果[23]。野花組合對捕食者也有類似的作用。一項瑞士的定位研究顯示, 在麥田邊緣種植鄉(xiāng)土野花組合, 可以有效提升麥田中蟹蛛科(Thomisidae)、平腹蛛科(Gnaphosidae)、狼蛛科(Lycosidae)和園蛛科幼體(Araneidae)等蜘蛛的密度; 同時, 狼蛛科蜘蛛的密度也從農(nóng)田內(nèi)部向野花帶邊緣增加[24]。

目前鄉(xiāng)土野花組合針對蚜蟲、鱗翅目害蟲等能夠起到較好的防控效果[25], 但是對廣譜食性、活動范圍較大的部分害蟲[如牧草盲椿()]防控效果不佳[21]。造成這種情況的原因是多方面的, 與害蟲的活動習(xí)性、趨勢范圍, 鄉(xiāng)土野花組合的栽植方式及當(dāng)?shù)氐淖匀惶鞌城闆r等均有一定的關(guān)系。此外, 如果實施區(qū)域附近原本自然天敵群落就過少甚至沒有, 也會影響野花組合的害蟲控制效果。因此, 在利用鄉(xiāng)土野花組合進行害蟲控制時, 要對所在區(qū)域害蟲與自然天敵的數(shù)量及分布、活動及取食習(xí)性、生態(tài)習(xí)性等進行調(diào)查分析, 并在調(diào)查基礎(chǔ)上制定適當(dāng)?shù)?、個性化的種植方案, 并結(jié)合其他生態(tài)措施共同增加自然天敵數(shù)量, 實現(xiàn)害蟲自然控制的目的。

1.3 農(nóng)作物產(chǎn)量品質(zhì)提升

農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)提升是多個生態(tài)功能與生態(tài)過程共同作用的結(jié)果。增強農(nóng)田害蟲控制能力、提升傳粉功能效益, 均對農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)提升有正面影響。但是這一過程往往需要鄉(xiāng)土野花組合的多年種植, 種植時間越長, 潛在的生態(tài)效益越好。

對傳統(tǒng)作物而言, 鄉(xiāng)土野花組合具備提升傳統(tǒng)作物產(chǎn)量的潛力。一項基于冬小麥()的研究顯示,周邊存在野花帶的田塊,冬小麥的平均產(chǎn)量增加10%[26]。而對傳粉依賴性作物而言, 種植鄉(xiāng)土野花組合, 特別是長期種植鄉(xiāng)土野花組合, 可以顯著提升果實品質(zhì), 且隨著種植時間的增加, 效益也逐步提升。一項針對藍莓(spp.)田周邊種植野花組合的研究顯示, 種植野花組合4年后, 單果重量由原來的0.47 g提升至0.64 g, 且其總產(chǎn)量提升約25%。從經(jīng)濟角度來看, 鄉(xiāng)土野花組合帶來的持續(xù)收益要高于投入的成本[27]。

1.4 大眾感知與經(jīng)濟價值

鄉(xiāng)土野花一直以來都是人類認知及了解自然的一個重要窗口。從景觀效果及美學(xué)效果講, 鄉(xiāng)土野花是人類最易接觸到的自然特征之一, 寄托了人類對自然的認知, 是人類了解自然生態(tài)系統(tǒng)的一個重要紐帶。在長期的演變中, 鄉(xiāng)土野花被賦予了除自然屬性之外的文化屬性, 在東西方均誕生了以花神為代表的民間信仰, 這也可以被看作是鄉(xiāng)土野花文化標(biāo)記的集中體現(xiàn)[28]。從研究角度來看, 以英國邱園為代表的歐洲植物園大量收集并培育了當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土野花資源, 自此, 利用鄉(xiāng)土野花成為歐洲重要的園藝傳統(tǒng)[29]; 我國同樣有悠久的野花馴養(yǎng)歷史, 與此同時, 很多鄉(xiāng)土野花同時可以作為中草藥被大量應(yīng)用于醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域, 僅在壩上地區(qū), 就有如金蓮花()、烏頭()、柴胡()、秦艽()、獨活()、瞿麥()等多種鄉(xiāng)土野花被開發(fā)成重要的中草藥資源[30-31]。因此, 鄉(xiāng)土野花不僅是重要的文化標(biāo)記, 也和人類發(fā)展息息相關(guān)。

鑒于鄉(xiāng)土野花在人類歷史上的獨特作用與文化脈絡(luò), 相較于商業(yè)花卉, 大眾對鄉(xiāng)土野花具有更強的偏好性。一項針對于北京市鄉(xiāng)土野花組合的大眾調(diào)查顯示, 大眾對目前城鎮(zhèn)綠地結(jié)構(gòu)不滿意, 并期望在公園、住宅區(qū)、附屬綠地、路邊以及鄉(xiāng)村地區(qū)見到更多的鄉(xiāng)土野花組合; 在美國, 一項針對大學(xué)生的調(diào)查顯示, 大眾傾向于購買鄉(xiāng)土野花的種子以及成品植物, 并展示出在不同環(huán)境中保護和使用鄉(xiāng)土野花的興趣[32]。從經(jīng)濟效益的角度來看, 人們對于鄉(xiāng)土野花的支付購買意愿甚至可以達到非鄉(xiāng)土野花的2.89~4.74倍[33]。這也就說明, 使用鄉(xiāng)土野花不但能促進大眾感知, 增進文化功能, 還能提供良好的經(jīng)濟效益。

2 鄉(xiāng)土野花組合的建植設(shè)計策略

鄉(xiāng)土野花組合的建植設(shè)計決定了組合效果及市場前景, 且研究周期較長。歐美國家在具有較好研究基礎(chǔ)上, 開發(fā)一個鄉(xiāng)土野花組合也需要3~5年。鄉(xiāng)土野花組合構(gòu)建規(guī)模通常較小, 需要在小面積上實現(xiàn)盡可能高的生態(tài)效益, 就需要充分評估其生態(tài)原理, 并在原有基礎(chǔ)上提升, 因此設(shè)計目標(biāo)是在近自然修復(fù)基礎(chǔ)上的功能強化。其中, 物種的來源、篩選、配比、布局、栽植與后期管護等問題, 是鄉(xiāng)土野花建植過程中主要需要解決的問題。

2.1 鄉(xiāng)土性原則

鄉(xiāng)土野花組合的鄉(xiāng)土性是設(shè)計的首要原則。在設(shè)計中, 應(yīng)盡可能以建植區(qū)域的鄉(xiāng)土物種為主, 避免片面追求景觀效果, 使用波斯菊()一類具有入侵性的外來及商業(yè)花卉(見表1)。鄉(xiāng)土野花相對外來野花傳粉效益更好, 美國的監(jiān)測結(jié)果表明, 以外來野花組合作為對照組, 新建立的鄉(xiāng)土野花帶的本土傳粉昆蟲訪花頻率是對照組的接近2倍, 而維持10年以上的鄉(xiāng)土野花帶可以達到6倍[34-35]; 而外來花卉的入侵性存在較多負面影響: 1)缺乏文化屬性, 不容易營造具有地域特色與文化深度的景觀效果; 2)花期集中, 花型花色單一, 造景效果時間短, 缺乏長期的景觀效益; 3)具備一定的化感作用, 阻礙其他花卉發(fā)芽及生長; 4)可能導(dǎo)致形成野外及農(nóng)田擴散, 對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響; 5)生態(tài)效益不佳, 對傳粉生物的訪花行為存在顯著的負面影響[34]。

表1 國內(nèi)野外造景主要應(yīng)用的外來商業(yè)花卉及其入侵性

數(shù)據(jù)來源: 作者調(diào)研獲得。入侵性判定依據(jù): 根據(jù)中國入侵植物數(shù)據(jù)庫(http://www.chinaias.cn/wjPart/SpeciesSearch.aspx?speciesType=3)及《中國入侵植物名錄》[36]綜合判斷。Data are obtained by author research. Invasive plants are according to the Chinese Invasion Plants Database (http://www.chinaias.cn/wjPart/SpeciesSearch.aspx?SpeciesType =3) and Directory of Invasive Plants in China[37].

鄉(xiāng)土野花組合要求以鄉(xiāng)土植物為主, 一些具有良好生態(tài)效果、且不具備入侵性的高自然價值馴化種, 則應(yīng)充分評估其生態(tài)效果與入侵性等情況后, 結(jié)合其實際效果納入鄉(xiāng)土野花組合中。因此, 基于國內(nèi)不同區(qū)域現(xiàn)狀以及歐美國家通行方案作用機理及特點, 進行鄉(xiāng)土野花組合的鄉(xiāng)土化嘗試就顯得十分重要。韓國及日本在這方面則進行了一些探索性的嘗試, 例如在韓國的一項試驗表明, 由70%鄉(xiāng)土野花及30%高自然價值引入野花共同構(gòu)成的鄉(xiāng)土野花組合, 其種植及景觀效果較好[37]。

2.2 功能多樣性原則

在物種篩選中, 應(yīng)盡可能包含不同的花期、花色、高度、花朵形態(tài)等功能要素, 功能多樣性是維持害控及傳粉功能的重要驅(qū)動力[38]。以傳粉生物為例, 不同的傳粉生物具有不同的生理結(jié)構(gòu)和生態(tài)習(xí)性, 只有當(dāng)野花組合同所對應(yīng)生物群落的習(xí)性相契合時, 才能體現(xiàn)出良好的生態(tài)修復(fù)作用。例如花朵結(jié)構(gòu)能夠影響傳粉生物的取食形式, 進而影響傳粉生物的偏好。同時可以進行傳粉與害蟲寄生的寡節(jié)小蜂()在取食花蜜時只能夠取食雄蕊完全暴露的花朵, 而瓢蟲柄腹姬小蜂()則對花蜜結(jié)構(gòu)要求不嚴(yán)格。在設(shè)計中為保證生態(tài)效益, 歐洲的研究人員主張在鄉(xiāng)土野花組合中應(yīng)納入茴香()等傘形科花卉, 以方便其取食[39]; 從花卉顏色及大小的角度來看, 熊蜂對白色、紅色等色花朵不敏感, 采用這類顏色為單一色調(diào)的野花組合會顯著增加熊蜂的覓食搜尋時間, 降低傳粉效率。同理, 如鄉(xiāng)土野花組合中存在大型花卉, 則會顯著降低熊蜂對大型花卉目標(biāo)搜尋時間, 增加熊蜂的傳粉效率[40-42]。

在設(shè)計中突出功能多樣性的主要目的, 就是通過豐富植物功能多樣性來滿足多種不同有益昆蟲的不同需求, 使之作為一個整體, 能夠?qū)Χ喾N有益昆蟲具有吸引力, 從而促進有益昆蟲的生物多樣性, 有助于提高資源利用效率, 提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

2.3 包含特定關(guān)鍵物種

部分昆蟲存在特定的寄主植物。例如北美重要的瀕危動物帝王蝶()需要在馬利筋()上才能產(chǎn)卵繁殖, 因此美國伯德·約翰遜野花中心推動在野花組合中加入馬利筋, 為帝王蝶提供合適的生境[43-44]。此外, 有研究顯示有部分特定種對稀有的傳粉生物有重要作用, 在實踐中也需要將這些特定關(guān)鍵物種納入野花組合中[41]。需要引起注意的是, 特定關(guān)鍵物種的定義具有區(qū)域性, 不同區(qū)域的特定關(guān)鍵物種不同, 需要結(jié)合區(qū)域生物多樣性的監(jiān)測結(jié)果來逐步篩選關(guān)鍵物種。

2.4 生長周期及花期設(shè)計

如前文所述, 鄉(xiāng)土野花組合在所在區(qū)域建立的時間越長, 所發(fā)揮的多元化生態(tài)效益越明顯, 因此在設(shè)計鄉(xiāng)土野花組合的生長周期時, 必須考慮到鄉(xiāng)土野花組合的持續(xù)時間問題。當(dāng)前, 不同鄉(xiāng)土野花組合的生長周期主要分為兩類, 一類是以多年生為主, 輔以一年生野花, 建植時間相對較長, 但是景觀效果能夠保持較長時間, 通?？梢员Ａ?~6年; 一類是以一年生野花為主, 演替很快, 通常景觀效果只能保留1~2年。多年生野花組合生態(tài)效果較好[45], 建植的邊際成本也相對較低, 因而更受到農(nóng)民青睞。但從歐洲的種植監(jiān)測來看, 經(jīng)過多年后野花組合同樣會逐步發(fā)生演替, 其生態(tài)效益會逐漸降低, 此時則需要人為干預(yù)。盡管鄉(xiāng)土野花組合具有一定的自播能力, 但在后期維護上, 往往需要通過針對性補充種子的手段來保證其景觀效果[46]。最新的研究表明, 在保留足夠面積“安全島”的基礎(chǔ)上, 以兩年為周期對野花帶進行交替刈割, 可以有效增進開花植物的多度、豐富度及多樣性指標(biāo), 從而進一步維護生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能, 并提供部分牧草資源[47]。

花期是鄉(xiāng)土野花組合生長周期的重要參數(shù), 在設(shè)計建植中既要充分考慮維持花期的連續(xù)性, 也要考慮花期持續(xù)的時間。當(dāng)野花組合能夠在整個生長季節(jié)為傳粉生物類群提供持續(xù)的食物來源, 尤其是在早春等時間段(如4—5月)為剛剛結(jié)束冬眠期的野生傳粉生物提供蜜源和棲息地, 有利于野生傳粉生物在建植區(qū)域形成固定的群落, 并在未來較長時間內(nèi)發(fā)揮生態(tài)效益[48]。此外, 保持較長的花期和植被結(jié)構(gòu), 對蜘蛛、步甲等自然天敵越冬也有積極作用, 能夠顯著降低因越冬損失的農(nóng)田自然天敵數(shù)目[49]。為保證持續(xù)花期, 需要結(jié)合種質(zhì)資源和栽培條件下的生長參數(shù), 保證在不同時間段內(nèi)均有開放的野花; 為保證早期花期, 可以適當(dāng)改變栽植方式, 例如采用春化法、改春播為頂凌播和秋播等, 同時在秋季盡可能保證殘茬過冬, 不要對栽植區(qū)域施加過多人為干擾, 有利于保證早期花期、花期的持久性, 并延長野鄉(xiāng)土野花組合的生長周期。

2.5 物種數(shù)及播量設(shè)計

高物種多樣性是實現(xiàn)高功能多樣性的基礎(chǔ), 有研究顯示高植物多樣性的鄉(xiāng)土野花組合能夠更好地發(fā)揮其多元化的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[50], 因此在歐美國家的鄉(xiāng)土野花組合中, 往往擁有很高的物種豐富度, 有的較為成熟的組合甚至包含20余種野花[51]。從實踐角度來看, 除在初期設(shè)計中保留較高的物種數(shù)外, 還需要考慮不同物種間的競爭共生關(guān)系問題。例如, 部分入侵植物生長速度過快, 且存在化感作用, 抑制其他植物種子發(fā)芽, 造成野花組合種植效果不佳的問題。解決這一問題, 需要綜合多個學(xué)科的研究成果。對這一問題的研究相對較少, 但僅從實踐角度來看, 以下辦法可能對解決這一問題有幫助: 1)避免應(yīng)用具有明確化感作用的植物和入侵植物; 2)對不同野花的生長參數(shù)進行測定; 3)適當(dāng)降低單位面積播種量; 4)改進鄉(xiāng)土野花組合的研發(fā)流程, 通過設(shè)定基底的野花組合, 并逐步添加新種來逐步提升野花組合的植物多樣性; 5)參考自然條件下鄉(xiāng)土野花群落的分布特征及群落結(jié)構(gòu)。值得一提的是, 我國有學(xué)者學(xué)習(xí)英國及瑞士的野花組合的構(gòu)建技術(shù), 基于自然條件下的天然草甸植被群落結(jié)構(gòu)對野花組合進行模擬, 取得了很多有益的經(jīng)驗和啟示[52]。

鄉(xiāng)土野花組合的單位面積播種量通常不高, 一般在2 g?m-2左右, 很少高于4 g?m-2[53]。這和鄉(xiāng)土野花種子顆粒普遍較小有關(guān)。提高播種量可能壓縮不同野花的生長空間, 并加劇競爭, 抑制出芽率, 影響建植效果。此外, 在設(shè)計不同野花物種的播種比例時, 除了需要注意該種鄉(xiāng)土野花的單播推薦播種量, 同時也要考慮最終長成后的規(guī)模大小, 要適當(dāng)降低高大植物的播種量, 以降低競爭, 促進多種鄉(xiāng)土野花生長, 形成高物種豐富度的野花群落。

2.6 播種面積及空間布局

在歐美國家, 鄉(xiāng)土野花組合的播種通常需要占用部分耕地。盡管有研究顯示占用3%和8%的耕地用于種植鄉(xiāng)土野花組合不會影響農(nóng)作物的最終產(chǎn)量, 并帶來豐富的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能收益[54]。但充分考慮不同占用面積帶來的收益和潛在經(jīng)濟成本, 對設(shè)計者而言, 優(yōu)化種植方案, 降低成本增加收益仍然非常重要, 因此需要進一步討論鄉(xiāng)土野花組合的播種面積與空間布局問題。不同國家對半自然生境的要求及面積比例受地形、耕作方式等多種因素影響, 因而不盡相同, 瑞士的農(nóng)業(yè)景觀中半自然生境大約占用14%的面積, 其中野花帶的面積占用一半, 約占總面積的7%[55]。鄉(xiāng)土野花的播種面積變化有一個逐漸攀升至平穩(wěn)的動態(tài)過程, 要充分考慮到農(nóng)民的接受程度、經(jīng)濟要素、政策條件等多種因素, 因此在設(shè)計時可以保持一個相對靈活的比例。

鄉(xiāng)土野花組合的空間布局同對應(yīng)生物的活動與遷移規(guī)律有關(guān)。以自然天敵中的寄生蜂類為例, 對與農(nóng)田邊界的野花帶保持不同距離的樣地進行生物多樣性監(jiān)測, 但是寄生的蟲卵數(shù)量會隨著距離的不斷增加而顯著降低[12]。因此為了保證效果, 需要確保野花帶彼此之間間隔有限距離; 在考慮空間布局時, 應(yīng)以促進生態(tài)過程, 減少常規(guī)耕地占用, 降低經(jīng)濟及人力成本為設(shè)計原則。

最常見的空間布局模式是在農(nóng)田邊緣帶狀種植野花組合, 這種形式被稱為野花帶或野花緩沖帶(如圖1a), 對于小型地塊, 寬度可以設(shè)置在2~3 m, 對于大型集約型農(nóng)用地塊, 寬度則需要進行相應(yīng)提升[56]。這種形式通常適用于密集型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè), 例如小麥、卷心菜()等種植, 而對于豌豆()等占地面積不大的作物而言, 則可以采用逐行種植的模式, 在不影響產(chǎn)量的情況下進一步增進其生態(tài)效益(如圖1b)[23]。

有研究顯示, 較大的野花播種面積可以在更大尺度上支持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[22,57], 因此, 近年來的實踐和研究強調(diào)在栽種模式上保持一定的靈活性, 以充分發(fā)揮鄉(xiāng)土野花組合的生態(tài)效益。除了利用鄉(xiāng)土野花組合帶狀種植, 形成野花緩沖帶以外, 在實踐中也可以根據(jù)地形、環(huán)境等, 在農(nóng)田的殘存斑塊、草地、棄耕地等地因地制宜, 設(shè)計野花斑塊。近年來, 在農(nóng)業(yè)景觀中的林地、草地廣泛撒播野花種子的做法逐漸興起, 亦可以作為鄉(xiāng)土野花組合的新興應(yīng)用形式[58-59]。

3 鄉(xiāng)土野花組合的相關(guān)政策

在推廣鄉(xiāng)土野花組合方面, 歐美各國政府做出了大量實踐, 并逐步形成政策體系。縱觀各國政策, 均主要包含產(chǎn)業(yè)推廣與政策補貼兩個相對主要的方面。值得一提的是, 各國在政策制定方面各有側(cè)重, 例如美國主要強調(diào)鄉(xiāng)土植物的概念, 注重產(chǎn)業(yè)及基礎(chǔ)研發(fā), 而歐洲則更多通過財政補貼的形式對農(nóng)業(yè)景觀中構(gòu)建半自然生境給予一定的財政支持。歐美各國的相關(guān)政策均多以導(dǎo)則及技術(shù)文件的方式給出, 在執(zhí)行上結(jié)合具體情境, 保留了一定的彈性, 充分尊重農(nóng)民意愿, 且兼顧基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)開發(fā), 因此推廣效果較好。

圖1 兩種不同的鄉(xiāng)土野花緩沖帶構(gòu)建空間模式

a: 農(nóng)田邊界帶狀種植形式(改繪自Ganser等,2018)[56]; b: 逐行帶狀種植形式(改繪自Hatt等,2017)[23]。a: wildflower strips along farmland boundaries (draw from Ganser et al.,2018)[56]; b: linear wildflower strips in farmland (draw from Hatt et al., 2017)[23].

3.1 美國的基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)開發(fā)政策

在美國, 鄉(xiāng)土野花及組合的研究與推廣主要由美國農(nóng)業(yè)部森林服務(wù)局以及美國內(nèi)政部土地管理局共同承擔(dān), 美國漁業(yè)及野生動物管理局及美國國家公園管理局也會參與特定項目, 各州也有對應(yīng)機構(gòu)從事相關(guān)政策制定與推動, 形成了多部門共同參與, 共同治理的政策體系。美國鄉(xiāng)土野花的應(yīng)用最早開端于礦區(qū)修復(fù)及火災(zāi)損毀土地植被重建, 此后在約翰遜夫人的推動下, 逐步應(yīng)用于城鎮(zhèn)綠化及其他修復(fù)領(lǐng)域[60-61]。

美國對鄉(xiāng)土植物重視程度很高, 認為鄉(xiāng)土植物十分契合美國本土的生態(tài)理念, 并制定了國家鄉(xiāng)土植物材料戰(zhàn)略(native plant material policy), 對生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用外來植物做出明確規(guī)定和限制, 要求在非極特殊情況下(例如應(yīng)用本土植物無法建植), 在生態(tài)修復(fù)與建設(shè)中不得使用外來植物材料[62-63]; 此外, 該政策還對鄉(xiāng)土植物的種質(zhì)資源開發(fā)保護以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)等具體方面做出非常具體的指導(dǎo)。美國對鄉(xiāng)土野花組合采取項目導(dǎo)向性政策, 鼓勵成立專門的非政府研究機構(gòu)從事相關(guān)推廣服務(wù)職能[如伯德約翰遜夫人野花中心(原美國國立野花中心)等]。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能導(dǎo)向的項目框架中(例如美國的國家種子戰(zhàn)略、植物傳粉戰(zhàn)略、傳粉友好型管理政策等)將鄉(xiāng)土野花作為綜合性實施框架中的一部分, 對鄉(xiāng)土野花組合進行應(yīng)用[64]。近年來, 美國對鄉(xiāng)土野花組合這一新興事物關(guān)注度較高, 憑借較好的植物材料與設(shè)計基礎(chǔ), 取得了大量成績, 尤其是鄉(xiāng)土野花組合結(jié)合藍莓產(chǎn)業(yè), 顯著提升了藍莓的品質(zhì)和農(nóng)民的經(jīng)濟收益。此外, 美國的部分州(如蒙大拿州)則進一步鼓勵農(nóng)民通過零售野花帶種子來實現(xiàn)更多收益, 這一項收入就可以抵消包含人力成本在內(nèi)的鄉(xiāng)土野花的各項經(jīng)濟開支, 并實現(xiàn)盈利[65]。

3.2 歐洲的法規(guī)立法及生態(tài)補貼政策

歐洲對鄉(xiāng)土野花組合的推動主要通過法規(guī)立法及政策型生態(tài)補貼實現(xiàn)鄉(xiāng)土野花組合的生態(tài)效益。其中影響及規(guī)模最大的是歐盟推出的Natura 2000計劃[66]以及歐盟共同農(nóng)業(yè)政策(common agricultural policy, CAP)。Natura 2000計劃是歐洲綜合性的環(huán)境保護計劃, 提出了多項生物多樣性保護、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升的目標(biāo)和愿景, 推動歐洲各國在農(nóng)田生態(tài)與景觀建設(shè)提供支持。CAP計劃的核心是價格支持, 由一系列政策及生態(tài)補貼共同構(gòu)成。為達到環(huán)境友好農(nóng)業(yè)的目的, 歐盟制定了相應(yīng)的措施——農(nóng)業(yè)環(huán)境項目(agri-environmental programme, AEP)來引導(dǎo)農(nóng)民的決定和生產(chǎn)方式, 其農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境政策包括了鄉(xiāng)村景觀的保護、維持和強化。其中明確提出, 要在農(nóng)田周圍和邊界創(chuàng)造緩沖帶和甲蟲棲息地, 創(chuàng)造不同類型的生境區(qū)域, 在農(nóng)村范圍內(nèi)建設(shè)生物保護核心區(qū)和生物廊道, 增加區(qū)域景觀鄉(xiāng)土性, 降低區(qū)域景觀破碎度等措施[67], 這些措施均需要應(yīng)用鄉(xiāng)土野花組合。

中歐、西歐及北歐是歐洲鄉(xiāng)土野花組合的主要推動者。部分國家對鄉(xiāng)土野花組合的利用進行了立法, 確定農(nóng)田中必須有一定的面積作為“生態(tài)補償區(qū)”。例如, 瑞士政府最早規(guī)定瑞士農(nóng)民有義務(wù)至少將7%的農(nóng)業(yè)用地作為“生態(tài)補償區(qū)”(ecological compensation area, ECA), 其中, 鄉(xiāng)土野花組合占到其中20%的比例, 而時至今日, 生態(tài)補償區(qū)和其中鄉(xiāng)土野花組合在補償區(qū)的占比已經(jīng)分別提高到14%和50%[68-69]。而奧地利則將播種鄉(xiāng)土野花帶作為第2個奧地利發(fā)展計劃中的眾多環(huán)境措施之一, 農(nóng)民有義務(wù)在2%的耕地上建設(shè)野花條帶, 并建議每年進行刈割[70]。盡管在北歐地區(qū), 生態(tài)環(huán)境保護的重點在于濕地、草原等自然生境保護, 但是芬蘭、瑞典等國也分別開始逐步鼓勵農(nóng)民在特定地區(qū)播撒鄉(xiāng)土野花組合的種子(如水道緩沖帶等), 而芬蘭還特別制定了一項鼓勵景觀異質(zhì)性的保護政策, 鼓勵沿農(nóng)田邊緣播種鄉(xiāng)土野花條帶[71]。

英國政府則推動了一個面向所有農(nóng)民、土地管理者和承租者的環(huán)境管護項目(environmental stewardship, ES), 由Natural England進行技術(shù)指導(dǎo)、補助發(fā)放等相關(guān)工作, 農(nóng)民可根據(jù)自身情況選擇是否加入, 及加入的不同層級。隨管理水平的不同, 這一政策包含4個層級, 分別為ELS(entry level stewardship, 入門管理)、OELS(organic entry level stewardship, 有機入門管理)、HLS(higher level stewardship, 較高水平的管理)和UELS/UOELS (upland entry level stewardship, 高地的管理)[72]。在這項政策中, ELS及OELS層級中的E選擇(緩沖帶)、F選擇(耕地與輪作農(nóng)田)具有種植鄉(xiāng)土野花緩沖帶的選項, 并根據(jù)種植規(guī)?？梢陨暾埫抗?00~600英鎊可疊加的生態(tài)補助, 足以補助農(nóng)民的栽植開支。此外如申請高級環(huán)境管護技術(shù), 則可以通過草地緩沖帶的植物強化建設(shè)、物種豐富的半自然草地的維護、外來入侵植物物種的控制、邊坡地的恢復(fù)等項目進一步申請補貼[73]。

4 鄉(xiāng)土野花組合發(fā)展對我國的啟示

當(dāng)前, “山水林田湖生命共同體”的理念為農(nóng)業(yè)環(huán)境的保護與生態(tài)功能提升提出了系統(tǒng)的指導(dǎo)思想, 要求我們關(guān)注生態(tài)過程與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能, 加強農(nóng)業(yè)景觀修復(fù)建設(shè), 提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)彈性[74]。歐美國家鄉(xiāng)土野花組合的建設(shè)為我國的農(nóng)業(yè)景觀修復(fù)提供了新的方法與思路。應(yīng)進一步加強對鄉(xiāng)土野花組合開發(fā)利用關(guān)鍵步驟和關(guān)鍵技術(shù), 開發(fā)具有區(qū)域性特色的鄉(xiāng)土野花組合。

盡管歐美國家已有較為成熟的鄉(xiāng)土野花開發(fā)方案, 且國內(nèi)也有利用商業(yè)花卉種子混播形成的類野花組合景觀, 但建立中國特有的鄉(xiāng)土野花開發(fā)體系, 開發(fā)具有本土化的鄉(xiāng)土野花組合政策、設(shè)計與應(yīng)用方案仍然是未來的主要發(fā)展方向。鄉(xiāng)土野花的概念具有地域性和區(qū)域性, 歐美國家的鄉(xiāng)土野花在中國直接應(yīng)用則有可能會產(chǎn)生入侵性, 且其生態(tài)效果需要驗證, 需謹(jǐn)慎使用商業(yè)花卉種子。鄉(xiāng)土野花的開發(fā)目標(biāo)是通過形成完整的政策推動、公眾參與、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科研推廣的體系, 致力于開發(fā)生態(tài)效益顯著、栽植方法簡單、景觀效益良好、富有地域特色的鄉(xiāng)土野花組合。為了進一步達成這一目標(biāo), 需要政府、相關(guān)產(chǎn)業(yè)機構(gòu)、科研院所、公眾機構(gòu)共同參與。為進一步建設(shè)鄉(xiāng)土野花組合的研發(fā)、生產(chǎn)及推廣體系, 突出鄉(xiāng)土野花組合的區(qū)域性、生態(tài)性與功能性, 以下工作仍然需要各方進行推動:

4.1 拓展鄉(xiāng)土野花種質(zhì)資源

結(jié)合各地植物區(qū)系的調(diào)查, 了解各地鄉(xiāng)土野花的名稱及不同生境中植物群落的主要構(gòu)成; 此外, 需要結(jié)合現(xiàn)有種質(zhì)資源及商業(yè)化育種現(xiàn)狀, 逐步開發(fā)新的鄉(xiāng)土野花的繁育體系。在我國, 有大量鄉(xiāng)土野花是重要的中藥資源, 在藥用植物領(lǐng)域已經(jīng)完成了商業(yè)化的育種及栽培流程, 生產(chǎn)技術(shù)非常成熟。以華北地區(qū)為例, 金蓮花()、烏頭()、瞿麥()、短毛獨活()、野罌粟()等, 既具有良好的景觀效益, 也具有良好的文化屬性和生態(tài)效益潛力, 是鄉(xiāng)土野花組合應(yīng)用的重要候選物種[75-77]。

4.2 物種生態(tài)效益評估以推動鄉(xiāng)土野花組合的廣泛應(yīng)用

生態(tài)工程及生態(tài)設(shè)計中要充分評估各種植物材料特性。尤其是生態(tài)敏感區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)以及生態(tài)修復(fù)建設(shè)中, 需要限制外來植物材料的使用。為進一步進行物種篩選與搭配, 需要對不同鄉(xiāng)土野花及部分高自然價值的馴化物種的生長特性(如發(fā)芽率、株高、花期、花色、生長周期等)、生態(tài)特性(如對傳粉生物的吸引力、對自然天敵的吸引力)、景觀特性(如文化特性、成景效果、公眾接受程度等)進行評估, 以確定每種的利用與配置方式。此外, 進行生態(tài)評估有助于發(fā)掘鄉(xiāng)土野花的新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能, 從而延伸鄉(xiāng)土野花組合的應(yīng)用場景, 對鄉(xiāng)土野花組合的推廣起到促進作用。

4.3 多元主體參與設(shè)計鄉(xiāng)土野花組合的研發(fā)需要各方參與

農(nóng)民是鄉(xiāng)土野花組合的直接實踐者, 也是鄉(xiāng)土野花生態(tài)效益的直接受益者, 對鄉(xiāng)土野花組合具有直接的發(fā)言權(quán)。在歐美各國的研究流程中, 需要進行充分的參與式設(shè)計和討論, 將有關(guān)利益各方集合到規(guī)劃與設(shè)計過程中。這種溝通式的規(guī)劃方法(communicative planning)在歐美國家中已經(jīng)非常流行, 有成熟的參與流程和大量的成功案例, 實踐表明, 這種方式有助于發(fā)現(xiàn)問題、提高研發(fā)效率, 更好發(fā)揮生態(tài)效益[78-80]。

4.4 探索市場補貼機制, 促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展

鄉(xiāng)土野花的生態(tài)收益除農(nóng)民直接受益外, 有關(guān)產(chǎn)業(yè)各方乃至全社會均從中收益, 因此, 政府部門有必要通過補貼的形式承擔(dān)部分栽培與開發(fā)成本。有關(guān)各方需要以健全相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)效果為目標(biāo), 充分重視本土化鄉(xiāng)土野花組合對產(chǎn)業(yè)及生態(tài)的重要意義, 追求長期生態(tài)與經(jīng)濟效益, 對早期產(chǎn)生的開發(fā)與栽培成本, 應(yīng)給予一定支持; 對農(nóng)戶的栽培行為, 應(yīng)給予合理補貼。這一點可借鑒歐美等國家以農(nóng)戶為主體的農(nóng)場生態(tài)環(huán)境管護制度, 綜合制定補貼與促進體系。此外, 鄉(xiāng)土野花組合的建設(shè)可進一步同景觀農(nóng)業(yè)建設(shè)、鄉(xiāng)村旅游建設(shè)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)提升等項目相結(jié)合, 拓展應(yīng)用場景與栽培面積, 使之盡早為中國的農(nóng)業(yè)景觀修復(fù)做出應(yīng)有貢獻。

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Application of native wildflower mixtures in agricultural landscapes*

HU Wenhao1, NA Shuhao1, LI Xuedong1, LI Xiang1, YU Zhenrong1, WANG Wenjing3, DUAN Meichun2**

(1. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2. College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715, China; 3. School of Life Sciences, Westlake University, Hangzhou 300124, China)

The use of native wildflower mixtures, a kind of landscape vegetation planting method that mainly selects native wildflowers and establishes communities via mixed sowing, has become a popular technical measure for agricultural landscape restoration in Europe, America, and elsewhere in recent years. Studies have reported that native wildflower mixtures can improve habitat quality and landscape structure, attract pollinators and natural enemies, and enhance pollination and pest control functions in agricultural landscapes. Moreover, researchers have found that the combination of native wildflowers is an important method for landscape construction. The design of native wildflower mixtures plays an important role in the establishment of planting; therefore, the selections of species, their proportion, and sowing method and layout are important issues that ought to be resolved in the design. Based on a summary of European and American experiences of designing of native wildflower mixtures and biodiversity monitoring, we observed that the nativization, diverse functions, and inclusion of key species play important roles in plant selection. Further, we discussed the detailed techniques for the design, such as the growth cycle, species and seeding quantity, seeding area, and spatial layout, to promote the localization of native wildflower development. Native wildflower mixtures are an important technology for achieving agricultural landscape restoration. In European and American countries, a series of relevant policies have been proposed to promote industrial development and farmers’ subsidies. In European countries, numerous legislative and agricultural environmental protection policies have been established to provide farmers with various ecological subsidies to promote their complete participation in the process of local wildflower combination planting. However, in China, there is a lack of cases in which mature local wildflower combinations have been applied. Therefore, it is necessary to completely explore the germplasm resources and evaluate the ecological, cultivation, and landscape characteristics of native wildflower combinations in China to achieve native wildflower combinations. To this end, the present study proposes the realization of the design and promotion of rural wildflower combinations via multidisciplinary cooperation. The government, companies, research institutions, and farmers should all participate in the process of designing rural wildflower combinations and propose market-oriented ecological subsidy policies to promote the same. The application of native wildflower combinations in the field of agricultural landscape restoration could contribute to improving the agricultural ecology in China.

Native plant; Wildflower; Ecosystem service function; Pollination; Natural enemies; Pest control; Agricultural landscape

Q968.1

2096-6237(2019)12-1846-11

10.13930/j.cnki.cjea.190262

* 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部項目(091721109022291004)資助

段美春, 主要研究方向為農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性的保護與利用。E-mail: duanmc@swu.edu.cn

胡文浩, 主要研究方向為景觀生態(tài)學(xué)與生物多樣性保護。E-mail: huwenhao@cau.edu.cn

2019-06-23

2019-09-18

* This study was supported by the Research Project of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs of China (091721109022291004).

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

Jun. 23, 2019;

Sep. 18, 2019

胡文浩, 那書豪, 李學(xué)東, 李想, 宇振榮, 王文靜, 段美春. 鄉(xiāng)土野花組合在農(nóng)業(yè)景觀中的應(yīng)用[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(中英文), 2019, 27(12): 1846-1856

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