农户认知、景观异质性与地表节肢动物的关系*——基于中介效应模型

边振兴,初琢明,张宇飞,佟昊轩,于 淼

(1.沈阳农业大学土地与环境学院 沈阳 110866; 2.沈阳农业大学理学院 沈阳 110866)

耕地景观是在自然景观的基础上经人们长期农业生产活动改造而成的重要景观类型。我国目前对耕地生态管护愈加重视,使耕地景观保护逐渐成为研究热点。耕地景观保护可以看作是相关利益主体对耕地景观保护重要性的认知度、意愿和保护行为综合作用的结果。农户在耕地景观保护中扮演着重要角色,其保护性耕种行为在耕地保护中起到重要作用。而农户认知作为农户意愿与行为的基础影响因素,决定农户行为的方向。较多学者研究了农户在耕地景观保护方面的认知与农户生态耕种等意愿和行为的关系。张化楠等提出农户的生态保护认知会影响农户生态耕种行为; 农户使用化肥农药情况作为耕地生态环境和耕地景观的重要影响因素,Bagheri 等指出提高农民对安全使用农药的认知和态度,会改善农民安全使用农药的意愿和行为。基于此,进一步探索农户认知对耕地景观保护的研究具有重要意义。

耕地景观具有多功能性,主要体现在农业景观、生物多样性、农村生存与就业、食品质量卫生、粮食安全保障、农业文化遗产以及动物福利等诸多方面。其中农业景观是农田、草地、耕地、林地、树篱和道路等结合的镶嵌体,耕地景观生物多样性是生物(动物、植物、微生物)与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和,是实现农业可持续发展的必要基础。其中节肢动物是耕地景观中最多的类群,是农田生态系统的重要组成部分,在维持生态系统结构与功能方面扮演着十分重要的角色。因此研究耕地景观中地表节肢动物的多样性具有重要意义。景观异质性作为景观生态学的重要属性,是农业景观的研究重点,是指景观中不同类型斑块在空间上镶嵌的复杂性。农业景观异质性与节肢动物之间关系的研究一直是耕地景观关注的热点,高异质性、高比例的非耕作生境以及合理的农业景观格局会维持较高的生物量,甚至可以提高天敌多样性,进而提升害虫-捕食性天敌定性食物网结构的稳定性。近年来,随着全球人口激增、粮食需求日益增加,土地集约利用以及人类活动进一步加强,土地开发利用、土地田块规模化等现象出现,造成非耕作生境破碎化程度加剧,导致地球上农田生态环境遭到破坏。虽然集约化的农业生产方式对粮食产量的增加发挥了巨大作用,但是却成为农田生物多样性下滑和生态系统服务功能丧失的主要原因之一,可见人类活动对农业景观异质性和生物多样性具有重大影响,因此通过提高农户认知与改善农户行为进而保护和恢复农业景观异质性及节肢动物多样性具有重要的现实意义。

本文从农户耕地景观保护认知的角度对农户展开研究。相关研究表明了农户认知会造成化肥农药施用情况产生差异进而影响农业景观生物多样性。侯笑云等证明了农业景观异质性与生物多样性的密切关联,指出高异质性的农业景观中,昆虫的丰富度和多度会更高。另外农户对耕地景观保护的认知不仅仅会对耕地景观中地表节肢动物产生影响,也会影响耕作结构进而影响农业景观异质性。那么农户的认知是否会导致农业景观异质性产生差异,进而影响地表节肢动物多样性？因此在研究农户认知对耕地景观地表节肢动物多样性的影响因素时,验证农业景观异质性在此过程中的中介效应显得至关重要。

基于此,本研究建立了农户认知、农业景观异质性与地表节肢动物多样性之间的关系框架; 以辽宁省建平县为研究区,对农户展开调查,比较农户耕地景观保护认知之间的差异性; 探明农户耕地景观保护认知对耕地景观地表节肢动物多样性的影响;将景观异质性作为中介变量,构建中介效应模型,验证在人类活动影响地表节肢动物多样性的过程中景观异质性发挥的关键作用。进而开展农户有关耕地景观保护认知的教育引导,构建以农户为主体的耕地保护制度,鼓励农户进行农业景观异质性的保护,以提升农业景观生物多样性,对构建生物多样性保护技术体系,实现耕地系统生态区域可持续发展具有重要的理论和现实意义。

1 理论分析与研究假说

1.1 农户认知对耕地景观地表节肢动物多样性的影响

农户的生产经营方式认知从化肥农药认知、农业机械认知和规模化经营方式认知进行研究。桑贤策等研究提出农户的化肥农药等生态认知水平越高,农户越倾向于选择进行相应生态耕种行为,并减少农机的使用次数,反之则会较大概率出现化肥农药和农机过量使用,进而导致农田中地表节肢动物多样性降低,因此认为农户的认知会通过影响行为间接影响耕地景观地表节肢动物多样性。孙玉芳等指出农户过度开发利用耕地资源,道路沟渠过度硬化以及家庭农场等规模化生产经营行为导致耕地景观生物量减少,这里认为农户行为的发生是由认知导致,当人们认为规模化经营方式越好时,越会进行规模化生产,进而对地表节肢动物的栖息环境造成破坏。根据以上分析,进行假设:

H1:农户化肥农药认知、农业机械认知正向影响耕地景观地表节肢动物多样性,规模化经营方式认知负向影响耕地景观地表节肢动物多样性。

政策认知对于生物多样性的直接影响鲜有研究,有相关研究指出了耕地保护政策认知与农户行为的关系,可以间接证明对生物多样性的影响。段伟提出耕地保护政策发挥有效的激励作用时,农户的耕地保护相关政策了解程度越好,则会对农户的生态耕种产生积极影响,而低强度农业的生态种植方式在维持物种多样性方面发挥着重要作用,从而间接地论述了耕地保护政策认知对地表节肢动物多样性的正向作用。根据以上分析,进行假设:

H2:农户耕地保护相关政策认知正向影响耕地景观地表节肢动物多样性。

据调查公众对于生物多样性的认知较低,认知渠道单一。俞欢慧等研究稻田生物多样性情况表明,农户对稻田生物多样性相关知识掌握较少,会出现不合理耕种行为导致稻田的生态系统遭到破坏。通过增强农户耕地景观生态特征的认知,耕地景观的生态得到改善,进而将提升耕地景观中生物多样性、优化耕地景观生态系统。根据以上分析,本文提出如下假说:

H3:农户耕地景观生态特征认知正向影响耕地景观地表节肢动物多样性。

1.2 农业景观异质性在农户认知影响地表节肢动物多样性过程的中介效应

研究人类活动下的景观格局特征对区域生物多样性的影响是生物多样性保护的迫切要求。陈利顶等选取景观多样性、优势度、景观破碎度和景观分离度作为评价指标,分析了研究区人类活动和景观结构之间的关系。农户认知差异也会影响耕地的景观结构,对景观格局产生影响。如俞欢慧等在研究中指出大部分认知较差的农民表示愿意将田埂上的所有植物清除。而稻田中的田埂有利于有益昆虫的种群建立和种群数量维持。可见农户生态认知不足会破坏耕地景观结构,影响景观异质性,间接破坏地表节肢动物多样性。根据以上分析,本文提出如下假说:

H4:农户认知能提升景观异质性,进而影响耕地景观地表节肢动物多样性。

2 数据分析

2.1 数据获取

本研究选取辽宁省建平县太平庄镇、白山乡、小塘乡3 个乡镇6 个行政村作为农户认知问卷调查研究区,在6 个村中选取9 个采样区作为农业景观异质性和地表节肢动物多样性研究区(图1)。相关研究和以往的问卷经验表明,在县域范围内收集问卷数据具有相似性,即通过此研究区问卷数据来表征建平县的农户认知特征。

图1 研究区范围及采样点位置图Fig.1 Maps of the scope of study area and the sampling points

获取数据时间为2019年7−8月,其中问卷调查对象为随机选取种植作物且参与农业经营决策的农户,采用访谈和问卷相结合的方式进行,共发放问卷573 份,剔除无效问卷后获得有效问卷540 份,问卷有效率为94.2%。

地表节肢动物获取方法:在6 个村9 个采样区中,每个样区布设3 个采样点,每个采样点布设3 个陷阱瓶,利用陷阱法进行收集。景观异质性数据获取方法:为了保证采样点的地表节肢动物多样性和景观异质性之间对应的精准度,以地表节肢动物的采样点为圆心,100 m 为半径建立缓冲区,以缓冲区的区域作为研究景观特征的采样单元,采用建平县2012年土地利用数据,以土地覆盖栅格数据作为基础,运用ArcGIS 10.2 获取样区空间栅格数据。

2.2 变量设置

1)因变量。本文将地表节肢动物的多样性作为因变量,通过Past 3.0 软件计算得到物种个体数(Individuals),用来表征地表节肢动物的多样性。

2)自变量。农户有关耕地景观保护认知的变量分为农户生产经营方式认知、耕地保护政策认知、耕地景观生态特征认知,其含义及其描述性统计分析见表1。农户认知各变量的赋值数量级不同,指标计算不能为简单加总的问题。因此,需要进行标准化处理,以奥斯古德等建立的语义差别量表(Method of Semantic Differential)为基础,采用单向评等量表模型方法对变量量化计算。通过不同变量、不同赋值以及对应的人数进一步处理,得到农户认知各变量量化后的数值。其中公式为:

表1 耕地景观保护相关变量分类及含义描述Table 1 Classification and description of variables related to cultivated land landscape protection

式中:F为第个变量量化后的数值,为最高等级分值,a为各个等级分值,n为对于第个变量达等级的人数,为总响应人数。

3)中介变量。将农业景观异质性作为中介变量,用景观异质性指数中的斑块密度(PD)表征,通过Fragstats 4.2 软件计算。

4)控制变量。为了提高研究结果的科学性和可信度,更准确地解剖自变量、因变量、中介变量关系,将农户特征变量(年龄、受教育程度、户主、非农收入水平、家庭劳动力比例)作为控制量纳入讨论,并进行衡量。

2.3 模型设置

根据计划行为理论,在分析农户耕地景观保护认知对农业景观生物多样性的影响时,同时考虑农业景观异质性的中介作用。因此,本文构建农业景观生物多样性的中介效应模型。

模型中,代表耕地景观地表节肢动物多样性,代表农户认知,代表中介变量农业景观异质性,、、为随机误差。首先检验农户认知的直接效应,对应公式(2)中的,当显著时进行第二步检验,否则检验停止。第二步检验农业景观异质性的中介效应,对应公式(3)和(4)中的和,当二者都显著时,进行第三步检验; 如果和中至少一个不显著时,需要进行sobel 检验。第三步检验´,如果不显著,则农业景观异质性为完全中介,如果显著,´,则农业景观异质性为部分中介。

综上所述,本文将农户认知、农业景观异质性、地表节肢动物多样性纳入同一分析框架中(图2),检验农户认知影响地表节肢动物多样性过程中,景观异质性的中介效应。

图2 农户认知、农业景观异质性对地表节肢动物多样性影响的理论框架Fig.2 Theoretical framework of the impact of farmers’ cognition and agricultural landscape heterogeneity on surface arthropods diversity

3 结果与分析

3.1 农户特征分析

受访农户基本特征分析结果表明(表2),受访农户中60 岁以上的人数最多,占63.33%; 受教育程度普遍较低,小学及以下人数达413 人,高中及以上人数占比仅为7.41%; 是否为户主的情况基本持平; 受访农户非农收入水平占总收入25%～50%的人数较多; 家庭劳动力比例在75%以上的农户较多,占比超过40%。由此可见被调查样本中农业人口老龄化,受教育程度普遍较低,但家庭中劳动力较多,农业收入大体处于中等水平,说明农业生产水平并不落后,被调查农户虽然年龄稍大,但是大多仍可以从事农业生产,样本具有研究意义。

表2 受访农户基本特征描述Table 2 Description of basic characteristics of interviewed farmers

3.2 农业景观异质性的中介效应检验

利用SPSS 25.0 软件检验了农业景观异质性在农户认知影响地表节肢动物多样性的中介效应,从估计结果看,模型的拟合结果较好,具体回归结果如表3、表4 和表5 所示。

对模型(2)进行解释,并检验系数的显著性:回归1、4、7 为农户生产经营方式认知(农药化肥施用、农业机械、规模经营方式)对地表节肢动物个体数(Individuals)影响的回归结果(表3),回归10、13 为耕地保护相关政策认知(惠农政策补贴政策、耕地保护政策)对Individuals 影响的回归结果(表4),回归16、19 为耕地景观生态特征认知(农业景观异质性构成、地表节肢动物)对Individuals 影响的回归结果(表5)。结果表明:农药化肥施用认知、农业机械认知对Individuals 有显著正向影响(=0.550,=0.541,<1%),规模经营方式认知对Individuals 有显著负向影响(=−0.570,<1%),耕地保护相关政策认知对Individuals 有显著负向影响(=−0.456,=−0.470,<5%),耕地景观生态特征认知对Individuals 均有显著正向影响(=0.537,=0.536,<1%)。

对模型(3)进行解释,并检验系数的显著性:回归2、5、8 为农户生产经营方式认知对农田景观斑块密度(PD)影响的估计结果(表3),回归11、14为耕地保护相关政策认知对PD 影响的估计结果(表4),回归17、20 为耕地景观生态特征认知对PD 影响的估计结果(表5)。结果表明:农药化肥施用认知、农业机械认知与PD 呈显著正向关系(=0.389,=0.441,<5%),规模经营方式认知与PD 呈显著负向关系(a=−0.361,<10%),耕地保护相关政策认知与PD呈显著负向关系(=−0.434,=−0.518,<5%、<1%),耕地景观生态特征认知与PD 呈显著正向关系(=0.372,=0.364,<10%)。检验系数的显著性:回归3、6、9,回归12、15,回归18、21 是引入PD 后,农户生产经营方式认知、耕地保护相关政策认知、耕地景观生态特征认知变量和PD同时对Individuals 产生影响的估计结果(表3、4、5)。结果表明:PD 与Individuals均呈显著相关(=−0.352,=−0.335,=−0.317,=−0.331,=−0.313,=−0.306,<10%,=−0.430,<5%)。

表3 农业景观斑块密度(PD)、农户生产经营方式认知对地表节肢动物特种个体数(Individuals)影响的回归结果Table 3 Regression results of the impact of patch density of agricultural landscape and farmers’ perceptions of production and management methods on individuals number of surface arthropods (Individuals)

表4 农业景观斑块密度、耕地保护相关政策认知对地表节肢动物个体数(Individuals)影响的回归结果Table 4 Regression results of the impact of patch density of agricultural landscape and farmland protection related policy cognition on individuals number of surface arthropods (Individuals)

表5 农业景观斑块密度(PD)、耕地景观生态特征认知对地表节肢动物个体数(Individuals)影响的回归结果Table 5 Regression results of the impact of patch density of agricultural landscape and cognition of ecological characteristics of cultivated land system on individuals number of surface arthropods (Individuals)

对模型(4)进行解释,并检验系数´的显著性:回归3、6、9,回归12、15,回归18、21 表明,农户认知3 组变量与Individuals 呈显著相关(<1%)。综上所述,模型中系数´依次显著,说明PD 在农户认知对Individuals 影响过程中的中介效应显著。

得出如下结论:农户生产经营方式认知中农药化肥施用和农业机械认知与地表节肢动物多样性呈正相关,规模经营方式认知与其呈负相关,假设1 成立; 耕地保护相关政策认知与地表节肢动物多样性呈负相关,假设2 不成立; 耕地景观生态特征认知与地表节肢动物多样性呈正相关,假设3 成立; 农业景观异质性在农户认知影响地表节肢动物多样性过程中发挥中介效应,假说4 成立。

4 讨论与结论

4.1 讨论

在人口激增、土地集约利用、粮食安全等问题日益突出的背景下,耕地生态安全问题成为目前关注热点,从农户角度加强农户教育以提升对耕地景观保护的认知,实现农户生态耕种,同时优化耕地景观结构、保护地表节肢动物多样性,进而保护耕地景观是保障耕地生态健康的关键。

农户农药化肥施用认知、农业机械认知、耕地景观生态特征认知与耕地景观生物多样性呈正相关。对此现象相关研究表明,农户对化肥农药认知有所欠缺时,化肥农药施用较多,造成农田的节肢动物多样性降低,与Chiron 等研究相符。当农业机械认知情况较差时,农户会认为农机进行机械化作业耕种较好,则会对耕地及周边景观造成一定破坏,在一定程度上对农田土壤动物多样性造成了负面影响。另外显而易见,当农户的耕地景观生态特征认知提高时,会减少对农业景观以及其中生物的伤害,生物多样性自然会随之增加。

农户耕地保护政策认知、规模经营方式认知与耕地景观地表节肢动物多样性呈负相关,与以往研究结论有所不同。可以解释为,尽管农户对耕地保护政策认知较高,但农户考虑到粮食产量等问题,仍无法改变农户化肥农药施用和农机使用的行为。赵紫华等指出农户的生态保护行为并不是农户有意识的自觉行为,而是为了保证基本农业生产,采取相应对策时所进行的决定。在国家推行现代化农业生产的政策法规以及大力宣传的背景下,农户大多认为规模化经营方式有利于农业生产,并对其认知大多较好,更倾向于进行适度规模化经营。但Mander等研究表示低强度的生态种植方式对农田生物的多样性有益,有关研究指出过度规模化、土地集约化会导致农田系统天敌昆虫多样性大量丧失和自然害虫控制功能降低,因此规模经营方式认知与地表节肢动物多样性呈现负相关关系。

农业景观异质性在农户认知影响地表节肢动物多样性过程中发挥中介效应,此结论与预期相符。何悦等指出对化肥农药的过量使用和不正确的认知会污染耕地,甚至在一定程度上影响耕地周边的生境,造成非耕作生境的异质性下降,进而影响农业景观生物多样性,导致农户认知不仅对地表节肢动物产生直接影响,还会通过影响农业景观异质性间接对地表节肢动物多样性产生作用。

对比已有研究,本研究主要在以下方面作了深化。第一,本研究从农户认知的角度,构建中介效应模型探讨农户认知、农业景观异质性和地表节肢动物多样性三者之间逻辑关系,研究成果对耕地保护,构建以农户为主体的耕地保护制度,保护农业景观以及构建生物多样性保护技术体系具有重要理论和实践意义。另外以往耕地景观保护研究较少将农户活动与耕地景观直接建立联系,本研究是对现有研究的有效补充。第二,本文考虑了对农户活动影响较大的“效果预期”(即生产活动产生的利益)会对耕地保护政策认知产生影响,农户对行为的效果预期与舒尔茨等学者研究的一致。本研究结果为耕地保护政策的制定提供了新的思路指导,也证实了将农户耕地保护政策认知纳入讨论,对耕地保护和农业景观的管理更具有现实意义。

4.2 结论

本文对辽宁省建平县开展农户认知调查,通过构建中介效应模型不仅揭示了农户认知对耕地景观地表节肢动物多样性的影响,也证明了在景观异质性中介效应的作用下,农户认知对地表节肢动物多样性的间接影响。得到结论如下:1)大多农户年龄高于60 岁,受教育程度在小学以下,家庭劳动力占比较高,非农业收入较少。2)农户的农药化肥施用认知、农业机械认知、耕地景观生态特征认知与农业景观地表节肢动物多样性呈正相关; 规模经营方式、农户的耕地保护相关政策认知与其呈负相关。3)农业景观异质性在农户耕地景观保护认知影响农业景观生物多样性过程中的中介效应显著。经过上述的实证结果做出以下建议:第一,加大农村教育和技术培训的投入,提高农户的耕地景观保护认知水平和文化素质。第二,普及耕地保护法律法规,加大政府耕地保护补贴力度,提升农户生态保护积极性。第三,注重优化耕地景观格局,增加非耕作生境面积,进而保护农业景观生物多样性,提升耕地景观生态效益。