植物是生態係統中物質和能量循環的核心組成部分，並支撐整個生態係統的運轉。在國家重點研發計劃“區域生態產品核算技術方法與價值實現機製”項目的支持下，必威精装版app西汉姆联 歐陽芳負責的 “典型農田生態係統生態效益形成的過程和機製” 課題，在前期的研究基礎上，與河北大學張鋒教授團隊和山東農業科學院門興元研究員團隊，近期在國際Top專業期刊《Entomologia Generalis》上連發2篇文章，從實驗室到野外農田景觀解析，碳4植物（玉米和高粱）促進多植物農田景觀係統中有益天敵昆蟲保育和有害生物防控的生態效益形成過程與機製，為京津冀及我國華北區域作物產量改善、生物多樣性保護和有害生物的區域性生態防控提供生產模式係統和技術方案（圖1），該研究係列開創的中國C₃/C₄多植物農田景觀模式係統得到國際有機中心（The Organic Center）的強力推崇。同時中國科學院大學博士農場與嶽麓山實驗室生態模擬育種與表型鑒定平台共同聚焦“生態模擬-精準表型-智能解析-模擬育種”與“C₃/C₄多植物農田景觀模式係統”開展試驗研究與示範應用。

碳4植物的生理功能    

植物是生態係統中物質和能量循環的核心組成部分，主要通過光合作用將太陽能轉化為化學能，並支撐整個生態係統的運轉。根據光合作用中固定二氧化碳（CO？）的初始化合物不同，可以將植物分為碳3植物（C₃植物）和碳4植物（C₄植物）。碳4植物，如玉米、高粱、甘蔗等，在生長過程中從空氣中吸收二氧化碳首先合成4碳化合物（如蘋果酸或天門冬氨酸等）；而碳3植物，如小麥、水稻、棉花等先合成3碳化合物（如磷甘油酸等）。這兩類植物在生理結構、光合效率以及對環境的適應性上存在顯著差異。C₄植物較之C₃植物具有生長能力強、二氧化碳利用率高、需水分量少等許多優點。種植C₄植物和培育近似C₄植物新品種，對改善中國乃至全世界糧食狀況的具有重大意義。

C₃/C₄多植物農田景觀模式係統   

文章作者歐陽芳等巧妙地利用碳3和碳4植物光合作用二氧化碳代謝途徑的差異性、植物個體穩定同位素碳C¹³/C¹²、氮N¹⁵/N¹⁴原子組成比例的分餾效應和葉片形態結構的多樣性，以維持和改善地理區域內植物生物量或者作物產量為基本目標，以植物（作物）-初級消費者（害蟲）-次級消費者（有益天敵）的食物鏈或食物網為主線，構建碳3和碳4植物組合配置的多作物農田景觀生產模式係統（簡稱：C₃/C₄多植物農田景觀模式係統），從實驗室到野外農田景觀解析了碳3和碳4多植物農田景觀係統中“格局-過程-功能-服務”關聯機製，提出了四個維度“質、量、形、度”係統描述多植物農田景觀係統的格局特征（歐陽芳等，2011）；建立了基於穩定同位素碳氮原子標記技術定量評價天敵昆蟲控害功能的方法（歐陽芳等，2013；2014）；在實驗室應用碳氮原子標記技術定量追溯了玉米-玉米蚜-天敵瓢蟲/棉花-棉蚜-天敵瓢蟲食物鏈營養關係（Ouyang F, 2014），並構建了C₃/C₄植物農田景觀模式中穩定同位素碳氮質量平衡方程（Ouyang F, 2015）；在野外農田景觀多植物係統中，結合田間種群動態調查、樣本取樣與穩定同位素自然標記技術追蹤了天敵瓢蟲在玉米和棉花兩種作物種植係統中運動規律與行為選擇，包括產卵行為的作物偏好、棲境選擇和取食行為等（Ouyang F, 2012）；進一步定量評估了天敵瓢蟲在小麥-玉米-棉花三種作物係統中的運動規律及其對重要害蟲蚜蟲的生態控害服務功能（Ouyang F, 2020） 。目前該模式係統已經拓展到更多作物類型的組合及其更廣泛的生態效益，連續多年在野外農田景觀生態係統進行驗證。近期兩項進展如下：

第一項研究 玉米-棉花農田景觀係統草蛉的控害功能 

天敵通過捕食作用調節和控製農業害蟲，在害蟲綜合治理中發揮著重要作用。中華通草蛉(Chrysoperla sinica (Tjeder))（脈翅目：草蛉科）是一種廣食性捕食天敵，以能夠抑製蚜蟲種群並為種植係統可持續害蟲防治做出貢獻而著稱。農田景觀結構可以影響這些有益昆蟲的時空分布和控害效果。間套作（即同時種植兩種或多種作物）是一種常見的農業措施，能夠增加天敵的生境豐富度和資源可獲得性。盡管間作很重要，但關於其如何影響草蛉成蟲的產卵行為和生境選擇，目前知之甚少。 

該研究利用在中國北方玉米和棉花農田生態係統中連續三年的田間調查數據，探討了農田景觀結構（作物類型、作物麵積和景觀形狀指數）以及蚜蟲密度如何影響捕食性天敵中華通草蛉的種群密度。結果表明，草蛉卵和幼蟲的密度在棉田較高，而成蟲密度在生長季的大部分時間則更多地出現在玉米田。草蛉卵的密度和成蟲的密度與棉田蚜蟲密度呈正相關。而玉米田草蛉卵和成蟲的密度則受景觀形狀指數的正向驅動。這些發現表明，草蛉成蟲更傾向於在棉田或與棉田相鄰的玉米斑塊中產卵。雖然草蛉成蟲主要棲息在玉米田（尤其是在與棉田接壤邊緣更多的田塊），但它們會主動遷移到棉田斑塊中尋找並取食蚜蟲。因此，玉米可以作為草蛉的適宜生境，支持其在景觀中的持續存在，並增強對鄰近棉田蚜蟲的抑製作用。  

該篇論文第一作者為必威精装版app西汉姆联 與河北大學聯合培養碩士研究生王茗毅，通訊作者為必威精装版app西汉姆联 歐陽芳與河北大學張鋒教授。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委等項目的支持。

第二項研究 高粱-棉花農田景觀係統天敵瓢蟲的控害功能

C₃/C₄多植物間套作是一種前景廣闊的農業生態策略，能夠提升生物多樣性並實現可持續的害蟲防治。本研究提出一種創新的高粱-棉花間作係統，利用高粱的生態功能來保育高密度的食蚜瓢蟲。我們假設高粱作為天敵的早期季節庇護所和營養資源，從而增強對棉蚜的生物防治效果，並最終提高棉花產量。通過四年田間試驗，利用穩定碳同位素(δ13C)技術研究了兩種瓢蟲——龜紋瓢蟲和異色瓢蟲——的營養關係及擴散動態。

結果表明，8月上旬從棉花田和高粱田采集的龜紋瓢蟲和異色瓢蟲的δ¹³C值範圍為-17.11‰至-15.01‰，9月中旬的範圍為-20.12‰至-18.17‰。同位素特征表明，兩種瓢蟲在生長季初期以高粱蚜為食，隨著季節推移逐漸轉向取食棉蚜。1:4和1:8種植模式的高粱-棉花間作係統顯著將棉蚜密度控製在經濟閾值以下，同時提高了天敵豐度和單位麵積棉花產量。值得注意的是，與單作相比，1:8模式下籽棉產量提高了37.26%。我們的研究結果表明，高粱-棉花間作（特別是1:4和1:8的比例）提供了一種可行的策略，能夠減少害蟲壓力、保育天敵並提高產量，從而減少對農藥的依賴。因此，這種綜合方法為實現改善生物防治、減少農藥使用和增強農業生態係統可持續性這三個關鍵目標提供了一條切實可行的途徑。

該篇論文第一作者為山東農業科學院植物保護研究所崔洪瑩副研究員，通訊作者為必威精装版app西汉姆联 歐陽芳與山東農業科學院植物保護研究所門興元研究員。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委等項目的支持。

國際有機中心推崇中國C₃/C₄多植物農田景觀模式係統 

國際有機中心（The Organic Center）評價：由必威精装版app西汉姆联 歐陽芳等合作團隊開展的C₃/C₄多植物農田景觀模式係統通過多年的連續研究取得了一係列的進展，促進了中國及全球各國有機農業、生態農業的發展，為作物產量改善、生物多樣性保護和有害生物的區域性生態防控提供生產模式係統和技術方案（圖1）。同時在國內，中國科學院大學博士農場與嶽麓山實驗室生態模擬育種與表型鑒定平台聯合聚焦“生態模擬—精準表型—智能解析—模擬育種”與“C₃/C₄多植物農田景觀模式係統”開展試驗研究與示範應用。

論文鏈接：

1. Mingyi Wang, Feng Zhang*, Yuan Su, Cang Hui, Feng Ge, Yongsheng Zhang, Fang Ouyang*. Intercropping cotton with maize enhances biological control of aphids by the predatory lacewing, Chrysoperla sinica. 2026. Entomologia Generalis.      https://www.schweizerbart.de/papers/entomologia/detail/prepub/107806

2. Hongying Cui, Guanmin Ma, Zhongmin Wang, Yaofa Li, Lili Li, Yingying Song, Wenxiu Guo, Suhong Lv, Xingyuan Men*, Fang Ouyang*. Harnessing functional intercropping: sorghum – cotton systems enhance biological control and boost yield. 2026. Entomologia Generalis.      

https://www.schweizerbart.de/papers/entomologia/detail/prepub/107609/ 

前期研究：

3. 歐陽芳, 戈峰. 農田景觀格局變化對昆蟲的生態學效應. 應用昆蟲學報, 2011, 48(05):1177-1183.   

4. 歐陽芳, 趙紫華, 戈峰. 昆蟲的生態服務功能. 應用昆蟲學報, 2013, 50(02):305-310.     

5. 歐陽芳, 曹婧, 戈峰. 定量評價天敵昆蟲控害功能的穩定同位素方法. 應用昆蟲學報, 2014, 51(01):302-306.  

6. Ouyang Fang, Men, X., Yang, B., Su, J., Zhang, Y., Zhao, Z., & Ge, Feng. Maize Benefits the Predatory Beetle, Propylea japonica (Thunberg), to Provide Potential to Enhance Biological Control for Aphids in Cotton. PloS One. 2012.7(9), e44379.  

7. Ouyang, Fang, Yang, B., Cao, J., Feng, Y., Ge, Feng. Tracing prey origins, proportions and feeding periods for predatory beetles from agricultural systems using carbon and nitrogen stable isotope analyses. Biological Control. 2014. 71:23-29.  

8. Ouyang Fang, Jing Cao, Xianghui Liu, Xingyuan Men, Yongsheng Zhang, Zihua Zhao, Feng Ge. Tracing dietary origins of aphids and the predatory beetle Propylea japonica in agricultural systems using stable isotope analyses. Entomologia Experimentaliset Applicata. 2015. 155(2): 87-94.   

9.  Ouyang Fang, Su Wenwen, Zhang Yangsheng, Liu Xianghui, Su Jianwei, Zhang Qinqin, Men Xinyuan., Ju Qian and Feng. Ge. Ecological control service of the predatory natural enemy and its maintaining mechanism in rotation-intercropping ecosystem via wheat-maize-cotton. Agriculture, Ecosystems & Environment. 2020, 301: 107024.   

圖1基於C₃/C₄多植物農田景觀模式係統的生物多樣性保護和有害生物防控功能