从玉米到圣诞树,北美农作物的成功在一定程度上取决于食物网中一个相对看不见的组成部分——地面甲虫。北美生活着近2000种地甲虫。宾夕法尼亚州立大学领导的一项新研究表明,随着气候变化,这些昆虫中的一些可能会茁壮成长,而另一些可能会衰退。研究小组发现,这种反应将在很大程度上取决于物种的特征和栖息地,并可能对保护工作产生重大影响。
“我们知道气候变化会影响从海洋中的珊瑚礁到陆地上的树木的一切,但关于它如何影响昆虫的信息却很少,”宾夕法尼亚州立大学多功能景观助理教授Tong Qiu说。“地面甲虫无处不在——在你的后院,在你的花园里。它们吃破坏作物的害虫和杂草种子,是鸟类的重要食物来源。它们是小昆虫,但对生态系统有很大影响。”
这个项目的想法是在邱和他的同事阅读了两项研究后产生的,这些研究的结果大相径庭。这两项研究都是通过汇总现有文献的结果来观察昆虫数量的趋势,其中一项研究显示,陆地昆虫的数量在过去100年里有所下降,另一项研究显示没有变化。邱和他的合作者想知道,如果他们把物种作为一个群体或“群落”来研究,但考虑到它们的不同特征,使用从整个大陆收集的原始数据,情况会是什么样子。
研究人员研究了在北美、波多黎各和夏威夷不同栖息地发现的136种地面甲虫。他们从国家科学基金会的国家生态观测网(NEON)和先前发表的11项研究中检索了地面甲虫的数量数据,以测量甲虫在整个大陆的分布。研究人员根据一些特征对这些物种进行了分类,比如偏好的栖息地、体型大小,以及它们是否会飞、挖洞、爬或跑,以概括它们对气候变化的反应。
科学家们从NEON的机载观测平台(AOP)收集了栖息地信息,如森林冠层的缝隙以及森林地面上植物和原木的密度。AOP使用成像仪器进行低空飞行,测量宽光谱的光,以创建详细的3D景观图像。
科学家们将物种和栖息地数据输入一个先进的统计模型,并运行中等至高的温室气体排放情景,以研究地面甲虫如何应对气候变化。在他们的研究结果中,他们发现,流动性较差、不会飞行的甲虫物种可能会随着时间的推移而减少,但栖息地保护可以减轻气候变化的影响,并扭转一些地区的趋势。他们在《全球生态与生物地理学》杂志上发表了他们的发现。
“我们发现,在更温暖、更干燥的气候中,不飞行的食肉动物(这是重要的害虫防治剂)更有可能随着时间的推移而减少,”邱说,他也是宾夕法尼亚州立大学计算与数据科学研究所的一名合伙人。“如果食肉动物减少,就会有更多影响农业的害虫。”
根据研究人员的说法,栖息地条件在甲虫数量变化中起着很大的作用,实际上可以扭转这一趋势。森林冠层的缝隙对许多需要开阔地面追捕猎物的地面甲虫是有益的。邱说,其他栖息地,如那些茂密的下层植物和倒下的原木,提供了重要的小气候条件,有助于减轻气候变化的影响。
他说:“我们希望保护生物学家能够利用这篇论文中的信息和我们创建的在线地图来更好地管理昆虫的栖息地。”“地面甲虫对生态系统非常有益,但普通人基本上看不到它们。在这篇论文中,我们展示了它们对森林和农业生态系统中整个社区的广泛影响。”