学术研究报告：印度喜马拉雅地区入侵植物Lantana camara与竞争性本土植物的物候学及相互作用研究

作者及发表信息

本研究由Abhishek Kumar（印度林业研究所森林生态与气候变化部门）、Sanjay Singh（印度林业研究与教育委员会可持续土地管理中心）、Dinesh Kumar（印度林业研究所造林与森林管理部门）等多名学者合作完成，发表于Scientific Reports期刊（2024年，第14卷，第400期）。

学术背景

研究领域与背景知识

本研究属于入侵生态学与恢复生态学交叉领域，聚焦于全球十大恶性杂草之一——Lantana camara（马缨丹）的生态控制策略。马缨丹通过释放化感物质（如lantadene A–D）抑制周边植物生长，改变土壤微生物群落，导致生物多样性丧失。传统机械或化学清除方法效果有限，而生物竞争被认为是一种可持续的替代方案。

研究目标

本研究旨在：
1. 筛选能与马缨丹共存的本地植物物种；
2. 通过BBCH（Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt und Chemische Industrie）物候量表记录这些物种的生长模式；
3. 通过盆栽与田间实验验证其竞争潜力；
4. 提出基于物候匹配的综合管理方案。

研究流程

第一阶段：共存物种筛选（Phase-I）

方法：
- 在印度Doon山谷（海拔325–2300米）设置60个GPS标记点，采用嵌套样方法（10m×10m主样方嵌套5m×5m灌木样方）调查植被。
- 记录马缨丹与共生物种的密度、频度、优势度，计算重要值指数（IVI）。

结果：
- 共发现33个样方以本土灌木（如*Justicia adhatoda*、*Urtica dioica*）为主，12个样方以其他入侵种（如*Parthenium hysterophorus*）为主。
- 马缨丹的IVI值随海拔升高而降低（图9），在开阔地带优势显著。

第二阶段：物候特征记录（Phase-II）

方法：
- 选择7种共存植物（5种乔木：*Broussonetia papyrifera*、*Pongamia pinnata*等；2种灌木：*Justicia adhatoda*、*Urtica dioica*），使用BBCH量表记录其生长阶段（如发芽、开花、结果）。
- 首次为*Pterospermum acerifolium*等物种建立BBCH编码。

关键发现：
- *Urtica dioica*（荨麻）与马缨丹的物候重叠度高，但前者表现出更强的化感作用。
- *Pongamia pinnata*（水黄皮）的物候期（4月开花，6–7月结果）与马缨丹错峰，减少资源竞争。

第三阶段：竞争实验（Phase-III）

盆栽实验（Phase-IIIA）

设计：
- 15种处理（7种跨种竞争、8种种内竞争），每组1:1种植目标物种与马缨丹。
- 通过相对相互作用指数（RII）量化竞争强度：RII<0表示竞争抑制，RII>0表示促进。

结果：
- *Justicia adhatoda*（RII=−0.175）和*Bauhinia variegata*（RII=−0.435）显著抑制马缨丹生长。
- *Urtica dioica*（RII=+0.096）因化感物质表现出单向竞争优势。

田间实验（Phase-IIIB）

方法：
- 机械清除马缨丹后，引入4种本地草种（如*Pennisetum pedicellatum*、*Sorghum halpense*）通过种子球法播种，再种植乔木幼苗。
- 测量生物量并评估覆盖率。

结果：
- *Sorghum halpense*（湿生物量均值达1.2kg/m²）快速覆盖地表，抑制马缨丹再生。
- *Broussonetia papyrifera*在田间条件下竞争力优于盆栽实验，可能与根系扩展能力相关。

主要结论

1. 物候匹配策略：选择与马缨丹物候期部分重叠的本地物种（如*Justicia adhatoda*）可最大化竞争效果。
   
2. 多层次恢复：机械清除+快速覆盖草种+高竞争力乔木的三阶段方案显著降低马缨丹再生率。
   
3. 化感作用利用：*Urtica dioica*的化感潜力为开发生物除草剂提供方向。
   

研究价值

• 科学价值：首次系统量化马缨丹与本地植物的物候-竞争关系，补充了“限制相似性假说”（Limiting Similarity Hypothesis）在入侵生态学的实证。
  
• 应用价值：为喜马拉雅地区生态恢复提供可操作方案，符合联合国可持续发展目标（SDG 15.8）。
  

亮点

1. 方法创新：结合BBCH物候量表与RII指数，建立入侵植物管理的时序决策框架。
   
2. 跨尺度验证：从盆栽控制实验到田间复杂环境的结论一致性验证。
   
3. 本土资源利用：筛选的竞争物种（如*Pongamia pinnata*）兼具经济价值（药用、饲料）。
   

其他发现

• 系统发育分析（图11）显示，亲缘关系远的物种（如*Broussonetia papyrifera*与*Pongamia pinnata*）可能通过生态位分化实现共存。
  
• 气候变量（如比湿9.31g/kg、年均温18.11°C）显著影响物候期，未来需评估气候变化对竞争动态的长期影响。
  

（全文约2000字）