해충 및 작물 손상을 줄이기 위한 맞춤화된 화단의 높은 효과

동물에게 핵심 자원을 제공하면 생물 다양성과 생태계 서비스가 향상 될 수 있습니다. 겨울 밀의 자연 해충 방제를 목표로 한 연례 꽃 덩어리의 성능을 조사했다. 플라워 스트립은 조경 복잡성의 그라데이션을 가로 질러 10 개의 겨울 밀밭을 따라 실험적으로 뿌려졌고 (즉, 초점 필드 주변의 750m 이내의 비 비 작물 지역), 밀 제어 스트립을 포함한 15 개 필드와 비교되었다. 꽃가루가있는 들판에서 대조구에 비해 CLB (61 %)에 의한 식물 잎 비틀 (CLB) 밀도 (유충 : 40 %, 2 세대 성인 : 53 %) 및 식물 손상이 크게 감소했습니다. CLB의 천적은 플라워 스트립에서, 그리고 부분적으로는 인접한 밀밭에서도 강하게 증가했다. 천적에 꽃 박쥐 효과, 해충 및 작물 피해는 경관의 복잡성과 무관합니다 (8-75 % 비 작물 지역). 우리의 연구는 CLB 해충을 경제적 한계점 이하로 감소시키면서 해충 방제를 촉진 시키는데있어서 연간 꽃 줄기의 높은 효과를 입증합니다. 따라서 연구 된 꽃 줄기는 살충제에 대한 실행 가능한 대안을 제공합니다. 이것은 생태 강화에 기여할 수있는 맞춤형 농업 환경 계획의 가능성을 강조하고 더 많은 농민들이 그러한 계획을 채택하도록 장려 할 수있다.

1. 소개

환경 적 영향을 최소화하면서 농산물에 대한 증가하는 요구를 충족시키는 것은 인류에게 가장 큰 도전 중 하나입니다. 종래의 농업용 강화함으로써 달성 단위 면적당 생산성 증가에도 지속 작물 생산에 부정적인 피드백을 가질 수 농지 다양성의 손실과 관련된 생태계를 포함하는 환경에 악영향의 비용에서왔다. 식물 보호 조치는 여전히 화학 살충제를 기반으로하지만, 금전 투자 및 생물 다양성과 환경에 미치는 영향은 비용이 많이 든다. 농업 풍경 종종 수반 단순화 상기 생태계 방해하는 경향 위험이 가장 서비스 중 하나 인 것으로 간주 생물 적 방제를 함께.

대조적으로, 생태적 집중화는 생태계 서비스를 이용하여 인위적인 화학 물질 투입에 대한 환경 친화적 인 대안을 모색한다. 적당한 서식 관리를 통해 천연 적 매개 해충을 효과적으로 촉진은 예를 들면, 농약 입력 감소 된 수준의 수율을 증가시키는 강한 가능성이있다. 농지 다양성 많은 농업 환경 방식의 주요 목표 이외에도 촉진 (AES)의 생물학적 방제 또는 동물 제공 수분 같은 생태계 육성하는 AES 생물 다양성 효과 반복 지난 10 년간 연구되어왔다 반면에, 천연 해충이나 수분 등의 생태계에 AES의 효과는 훨씬 덜 연구 된 남아 작물 손상 또는 수율에 대한 방제의 결과는 거의 정량하지 않았다. 같은 작물 꽃가루 매개자 또는 해충 '천적과 같은 기능적으로 중요한 절지 동물 그룹의 요구에 맞게 뿌려 야생화 스트립 효과적으로 근처 작물 생태계 서비스의 전달을 촉진 할 수있다.

시리얼 잎 딱정벌레 (CLB를 이하), Oulema SP., 유럽, 아시아, 북미 지역의 주요 곡물 해충들, 그리고 (줄기, 잎과 귀를 포함한 밀 촬영) 경제 경운기 0.4 유충 위의 밀도에 손상의 원인. 현재까지, CLB 제어는 주로 살충제 사용에 의존합니다. 대안적인 제어 전략은 매우 바람직하다. 우리가 아는 한, 이것은 CLB를 통제하기위한 맞춤형 농업 환경 측정의 잠재력을 모색하는 최초의 복제 된 연구 중 하나입니다.

여기에서 우리는 조경의 복잡성의 기울기에 따라 시리얼 해충의 자연적 제어를 촉진하기 위해 특별히 고안된 실험적으로 설립 된 연간 꽃 스트립의 효과를 조사했습니다. 천적에 의한 CLB 통제에 중점을 두어 다음과 같은 질문에 답했습니다 : (i) 꽃 스트립이 CLB의 천적을 홍보합니까? (ii) 인접한 겨울 밀에서 CLB 밀도를 감소 시키는가? (iii) 이것은 어느 정도까지 식물 손상이 더 적은 것으로 해석 하는가? (iv) 조경의 복잡성이 꽃가루 효과와 어떻게 상호 작용 하는가?

2. 결과

(a) 꽃 줄기가 시리얼 잎 비틀 밀도와 식물 피해에 미치는 영향

CLB 유충의 수는 밀 스트립 밀 필드 (이하, 제어 필드)에 비해 꽃 스트립 (이하 꽃 스트립 필드)와 밀 필드에서 40 %만큼 감소 하였다 ( 표 1 , 도 1). CLB 유충은 꽃 줄기와 거리가 멀지 만 밀 제어 줄과 비슷한 방법으로 증가했다. 결과적으로, 꽃 줄기 밭에서는 대조구보다 성인 CLB (-53 %)가 훨씬 적게 나타났습니다 ( 표 1 , 그림 1b ). 더욱이 CLB에 의한 밀의 식물 피해는 대조구와 비교하여 꽃 지대에서 61 % 감소했다 ( 표 1 , 그림 1c)). 대조 밭과 비교하여 꽃밭 밭에서의 밀 식물 피해 감소는 대조 밭의 내부에서 식물 피해가 가장 큰 것으로서 현장 중심으로 갈수록 높아지는 경향을 보였다 ( 표 1 , 그림 1c ).

그림 1. 꽃가루가 해충 밀도와 밀 식물 피해에 미치는 영향. 평균촬 영 :: ± 1 개

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주요 고정 효과 처리 (꽃가루 또는 밀 제어 스트립), 꽃 또는 제어 스트립 (연속 변수)에서의 거리 및 밀 식물 손상 (아크 사인 - 제곱근 변형), 시리얼 잎 비틀 CLB)의 밀도와 인접한 겨울 밀밭의 다른 천적 그룹의 밀도와 스트립 자체 (천적 만)의 밀도. 모델 선택 절차 (재료 및 방법 섹션 참조)의 가능성 비율 테스트에서 자유도 (df), χ 2 값 및 p 값 이 표시됩니다. 최종 모형에 포함 된 설명 변수의 p 값은 굵은 글자로 표시됩니다.

(b) 천벌에 대한 천적의 영향

무당 벌레와 lacewings의 유생 수가 현저히 다르지 않은 반면 , 연구 된 모든 천적 집단의 성인 수는 밀 제어 스트립 ( 표 1 , 그림 2a -c , e ) 과 비교하여 꽃 줄기에서 강하게 증가했다 ( 표 1 , 그림 2 D, F ). 인접한 겨울 밀에서, 약탈 벌레의 수는 꽃 줄기 밭에서 대조구보다 높았다 ( 표 1 , 그림 2b ). 더욱이, 딱정벌레의 수는 현저히 높았고 성충의 수는 꽃 지대에서 더 높았지만 꽃 지름 근처에서만 나타났다 (중요한 꽃 지름 × 거리 상호 작용 :표 1 , 도 2 , C ). 다른 천적 그룹의 숫자에 대해 중요한 꽃 스트립 효과는 발견되지 않았다 ( 표 1 , 그림 2 d - f ).

그림 2. 꽃가루가 천적 밀도에 미치는 영향. 평균촬 영 :: ± 1 개

3. 토론

이 연구는 인접한 겨울 밀의 CLB 밀도와 작물 식물 피해를 줄이기위한 연간 꽃 스트립의 높은 효과를 입증합니다. CLB의 연구 된 천적 가운데, 땅 딱정벌레, 약탈 벌레 및 lacewings은 CLB 통제에서 이러한 육식 동물 그룹의 중요한 역할을 제안 꽃 줄기에 강한 긍정적 인 반응을 보여 주었다. 우리가 알기로 이것은 해충 밀도 감소를 넘어서 작물 피해를 줄이는데 꽃 스트립의 높은 효과를 입증 한 최초의 복제 된 연구 중 하나이며 보전 생물학적 제어를위한 맞춤형 꽃 스트립의 잠재력을 강조합니다.

관찰 된 해충의 감소 (CLB 유충 : 40 %, 2 세대 CLB 성인 : 53 %) 및 꽃가루가있는 경우 작물 식물 피해 (61 %)가 현저하게 강하다. CLB 애벌레는 0.30 (± 0.05) 개인 경운기 당 0.50 (± 0.05)의 평균 개체로 감소시키고, 따라서 경운기 0.4 유충의 경제적 임계치 이하 25 ]. 더욱이, 밀 작물의 이러한 높은 수준의 해충 방제는 꽃 지대 바로 옆에 국한되지 않고, 장내 최대 20m에 이르렀다. 이것은 필드 마진의 영향이 인접 지역으로 제한된 초기 연구와는 대조적이다. 지금까지 해충 방제에 대한 꽃 지대의 영향을 연구 한 연구는 주로 기생충 - 숙주 시스템과 기생에 초점을 맞추었다. 기생충은 일반적으로 꽃 줄기가있는 곳에서 증가했습니다. 그러나 높은 기생이 반드시 해충 밀도 또는 작물 피해를 감소시키는 것은 아니다. 사실, 단지 작물에 의한 해충의 감소 또는 작물 피해의 감소는 거의 발견되지 않았다. 보존 생물 통제 조치는 보편적으로 성공을 거두지 못했습니다. 영향을 미치지 않거나 심지어 해충의 증가 및 / 또는 꽃 줄기에 가까운 피해가 다른 연구 시스템에보고되었다. 이 해충은 원수보다 제공하는 자원에서 더 강하게 유사하거나 혜택을 경우, 예를 들어, 발생할 수, 또는 (하이퍼) 기생 포식자 통해 해충의 천적의 증가 하향식 (top-down) 컨트롤에서 CLB는 초본 식물 종가 제공하는 꽃 자원으로부터 수혜가 예상되지 않기 때문에 첫 번째 메커니즘은 우리의 연구 시스템에 꽃 스트립의 효과를 손상하지 말았어야 이것은 부분적으로 해충 및 작물 피해의 강력한 감소를 설명 할 수 있습니다.

CLB 밀도와 식물 피해를 줄이기 위해 테스트 된 꽃 스트립의 높은 효과성에 적어도 두 가지 다른 요소가 기여했을 수 있습니다. (i) 천적에 유익한 것으로 증명 된 많은 양의 꽃, 여분의 꽃 및 구조 자원을 제공하는 식물 종의 신중한 선택 (ii) 꽃 줄기를 구성하는 꽃 식물의 매우 다양한 다양성, 꽃이 만발한 여분의 꽃 ( C. cyanus) 및 기타 자원 (예 : 피난처 및 대안 피)은 다른 천적 그룹에 대한 매력 및 접근 가능성 측면에서 상호 보완적인 것으로 밝혀졌다 (M. Tschumi 2013, 미공개 자료). 따라서, 종 풍부한 꽃 스트립 유치 천적보다 높은 다이버 시티 이득있다 열악한 종 또는 단일 종 스트립 향상된 해충와 연관 될 수있다.

꽃가루 안에있는 관찰 된 천적 (유충을 제외하고)이 밀 컨트롤 스트립과 비교할 때 매우 많아 졌기 때문에, 꽃과 다른 자원은 광범위한 천적에게 매력적 이었음을 확인할 수 있습니다. 이것은 생물학적 방제 (예 : 기생 말벌, 로버트 비틀 (rove beetles) 또는 새)에 기여했을 수도있는 여기에서 평가 된 육식 동물 이외의 다른 천적 분류에도 적용될 수 있습니다. 꽃 자원 공급은 F. esculentum , C. sativum 및 C. cyanus에 의해 주도되었다CLB 통제 (5 월과 6 월) 당시,이 종은 연구 된 체계에서 특히 관련이 있음을 나타냅니다. 그러나 이른 봄의 악천후로 인해이시기에 더 좋은 날씨를 보인 계절보다 계절 혼합물이 약간 나중에 씨를 뿌렸다. 결과적으로, 개화의 시작은 전형적시기보다 다소 늦었다. 그러나 우리 연구 연도에 CLB 유충의 감소 된 양은 스트립의 완전한 개화 전에 나타 내기 시작했습니다. 따라서 꽃 자원 이외에 천적은 대체 먹이, 피난처 및 구조 자원과 같은 꽃가루가 제공하는 다른 자원으로부터 이익을 얻었을 가능성이있다.

꽃가루를 접경시키는 강한 효과와는 달리, 풍경의 복잡성은 CLB의 밀도 나 작물의 피해에 영향을 미치지 않으며 직접적으로도 꽃 띠의 영향을 조절하지도 않습니다. 이것은 중간 복잡성을 지닌 경관에서 서식지 관리의 가장 높은 효율성을 발견 한 연구를 대조합니다. 경관 복잡성의 영향의 부족은 상대적으로 작은 경관 구조와 다른 국가에 비해 스위스 경작지의 경관 복잡성의 결과로 인해 설명 될 수 있습니다. 많은 유럽 지역에서 경작 할 수있는 경관은 비 작물 서식지의 0-40 %만을 차지한다. 스위스 고원 전형적인 같이 반대로, 여기 공부 풍경, 8.0 및 74.7 % (평균 47.0 ± 3.3 %) 사이에 비 - 작물 서식지의 비율을 수용. 우리의 풍경 중 하나가 천연 해충 원수 가난한 구조적으로 가난한 풍경을 위해 제안 된 20 %의 임계 값 아래로 떨어졌다. 이것은 천적의 천적 풀이 충분히 크고, 적절한과 위풍 지대와 같은 보완 자원을 제공하는 다년생 준 자연 서식지가 지역 (현장)에서 해충 방제 서비스를 제공하는 데있어 높은 성능을 지원하기 위해 연례 꽃 지대와 충분히 연결되어 있음을 암시합니다. 스케일. 그러나 영구적 인 준 자연 서식지의 비율이 낮은 맑은 풍경에서는 연례 꽃 줄기가 덜 효과적 일 수 있습니다. 우리 연구에서 경관 복잡성의 중요성이 낮은 이유 중 하나는 750m 반지름의 범위가 적절하지 않을 수 있다는 것입니다. 그러나 반경 250m의 작은 규모에서의 분석은 잎벌레 또는 작물 피해에 큰 영향을 미치지 않았다 (결과는 표시되지 않음). 그럼에도 불구하고 우리는 더 큰 규모의 경관 복잡성의 영향을 배제 할 수 없습니다.

맞춤형 꽃 띠의 경제성은 관련 비용과 작물 수확량 및 / 또는 살충제 저축 증가 측면에서의 이점에 달려있다 (전자 보충 자료 B). 관찰 된 CLB 감소는 밀 생산량을 2.5-10 %까지 향상시킬 수있다. ( 25 ) M. Tschumi 2013, 미공개 자료). 겨울 밀 (즉, 3.7 % 이상) 또는 살충제 대체로 중등도에서 고 수율로 증가한다고 가정 할 때, 꽃가루는 잠재적 인 밀 자르기 지역에 설립되었다고 할지라도 경제적으로 자급 자족 할 수도 있고 수익성이 될 수도 있습니다 보충 자료 B). 감자 작물 (M. Tschumi, 2013, 미공개 자료)에서 관찰되는대로 진딧물 통제를위한 맞춤형 꽃 스트립의 병행 이익은 수확량에 더 도움이 될 수 있습니다.

맞춤형 꽃 띠는 살충제에 대한 몇 가지 효과적인 대안 중 하나를 제공하기 때문에 저 투입 또는 유기농 관리에 특히 유용 할 수 있으며 채택을 용이하게 할 수 있습니다. 스위스와 EU에서는 꽃가루를 비롯한 농민들의 생태적 집중 지역의 창출은 직접 지불에 의해 뒷받침된다. 맞춤형 꽃 스트립이 포함 된 경우,이 AES는 토지 기회 및 관리 비용을 보상하며, 해충 방제 서비스 강화를 통한 혜택은 농부들이 이러한 계획을 채택 할 수있는 추가 인센티브가 될 수 있습니다.

4. 결론

우리는 맞춤형 꽃 줄기가 중간에서 높은 수준의 경관 복잡성을 지닌 겨울 밀의 CLB를 생물학적으로 보전하기위한 효과적인 도구라고 결론 지었다. 제안 된 경제적 한계점보다 낮은 CLB 유충을 감소시킴으로써 맞춤형 꽃 띠는 전통적인 밀 생산에서 살충제 사용을 감소시키고 효과적인 생태 강화에 기여할 수있다. 유기 밀 생산에서 맞춤형 꽃 스트립은 CLB를 줄이는 효과적인 도구를 제공하여 작물 피해를 유발합니다. 꽃 줄기 사이의 직접적인 연관성, 해충 방제 및 작물 피해 감소는 농부들에게 그러한 해충 방제 조치를 채택하도록 장려해야하며 농지의 생물 다양성에도 도움이 될 수있다. 

- 출처: royalsocietypublishing