生物多样性发挥着关键的生态系统功能，而这些功能无法长期由杀虫剂和除草剂等技术手段替代。这其中包括农场中种类丰富的昆虫种群。
在对北部大平原各玉米农场的一项研究中，我们发现昆虫生物多样性较低的农场害虫更多。研究结果表明，促进昆虫生物多样性的耕作方式，可能是控制害虫的有效途径。
我们越能建立多样性与其所带来益处之间的联系，就越能设计出具有韧性、长期生态可持续的粮食生产系统。
生物网络
害虫是粮食生产的主要威胁，而害虫防治措施可能对环境和社会产生意想不到的后果，例如对有益物种和野生动物产生毒性、土壤和水体污染，以及粮食生产成本增加。
此前的研究人员已记录到，农业生态系统内的物种多样性可以降低害虫数量，但这些研究往往偏向于受控的简化实验，而非聚焦于实际运营农场中观察到的真实群落。
在美国中西部玉米农场发现的106种昆虫中，87%是有益的害虫捕食者，例如这种姬蝽。
Jonathan Lundgren，作者提供
之所以关注简化系统，部分原因在于自然昆虫群落通常非常多样，而理解生物网络中物种如何相互作用可能变得非常复杂。
网络分析是一种有用的工具，用于研究复杂网络中的主体（例如人、网站等）如何相互作用以影响某些过程，例如信息如何在社会群体中传播。这种理解大型网络的方法，也可能有助于理解生物网络如何提供所需的服务，就本研究而言即害虫管理。
玉米是目前北美种植强度最高的作物，美国本土约5%的陆地面积专门用于种植这一单一植物品种。由于其价值很高，据 National Agricultural Statistics Service 的统计，2013年约有32亿美元的资源每年被用于防治玉米根虫、欧洲玉米螟以及其他毛虫和蚜虫等害虫。 研究 表明，多样性似乎对控制这些害虫至关重要，但整个生物网络中哪些具体属性有助于害虫管理，尚未得到充分探讨。
昆虫群落
我们在北部大平原地区对53个玉米农场进行了采样，该地区位于美国玉米生产的西部边缘。
在每块田地中，我们在玉米散粉时识别了植物叶片上的所有昆虫物种（“昆虫”被定义为所有腿数多于四条且少于两条的动物）。玉米生命周期的这一阶段是昆虫群落数量最多的时期，且一年中这个时候所有主要害虫同时存在。我们还确保这些田地未使用可能影响玉米昆虫群落的杀虫剂或转基因作物。我们在这些农场中识别出106个分类类群昆虫的相对数量。
分析发现，生物多样性更高的玉米田害虫更少。更具体地说，物种多样性高且各物种丰度分布更为均匀的玉米田，害虫数量更少。
有趣的是，玉米田中的物种数量和单个昆虫的丰度与害虫密度并无相关性。
这意味着，与害虫数量相关的并非群落内的物种丰富度和丰度，而是这些群落中物种之间的平衡，后者似乎与较低的害虫种群数量有关。
接下来，我们根据发现的害虫数量对玉米田进行了分组。针对在每个不同害虫密度水平下发现的昆虫群落，我们分别构建了一个网络。这些网络以群落中昆虫的相对丰度为基础：如果两个物种的丰度显著相关，我们便在这两个物种之间连一条线。这是分析生态网络生物多样性的一种新方法。
省钱之道
我们发现，网络更强（即物种之间联系更紧密）的群落害虫更少。不仅如此，网络中心性也很重要：拥有多组高度关联物种（包括捕食其他昆虫的昆虫）的群落，不会出现联系松散的网络所面临的害虫问题。因此，除物种多样性之外，群落内物种间相互作用的强度似乎也与害虫暴发的时间和地点有关。
这项研究表明，降低玉米田多样性的做法会随着时间推移加剧害虫问题。不必要的农药投入和农业生态系统的简化，注定需要使用更多农药来替代已丧失的生物多样性功能，以维持这些粮食生产系统。
更重要的是，我们的数据表明，设计高多样性的种植系统所需的杀虫剂投入更少，并将为农民节省开支。
这一拼图的部分已经就位：我们知道减少土壤扰动、增加轮作多样性以及种植覆盖作物，对减少害虫都很重要。但我们并不总是完全了解这些做法如何发挥作用以减少害虫。
长期粮食安全取决于能否开发出能够抵御害虫等压力因素的生产系统。粮食系统内的生物多样性为社会提供了可量化且有价值的服务，害虫管理便是其中之一。
本文与 The Conversation合作发表。阅读 原文。。发布本文并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Jonathan Lundgren 是南达科他州立大学的研究昆虫学家。Scott Fausti 是南达科他州立大学的教授。
图片：灌溉渠道穿过美国加利福尼亚州洛斯巴诺斯的一片玉米田。REUTERS/Lucy Nicholson
