Abhishek Kumar、Sanjay Singh、Dinesh Kumar 等作者开展的研究,发表于《Scientific Reports》,题为“Investigating the phenology and interactions of competitive plant species co‑occurring with invasive Lantana camara in Indian Himalayan Region”。文章由多位作者共同完成,涉及多个研究机构,包括印度德拉敦森林研究所(Forest Research Institute, Dehradun)与印度林业研究与教育理事会(Indian Council of Forestry Research and Education, ICFRE)。
本研究聚焦生态学和环境保护领域,特别是入侵物种管理的主题。研究的背景强调了入侵植物种(Invasive Alien Species, IAS)对全球生态环境和生物多样性的严重威胁。文章集中探讨了全球十大最危险杂草之一的Lantana camara(洋兰塔纳),这种广泛传播的植物不仅抑制了本土植物生长,还破坏了土壤生态平衡。为了恢复受Lantana侵害的区域,该研究旨在通过实地与实验条件下选择和研究能与其共存或竞争的本土植物来探讨全面的生态修复方案。
入侵植物种如Lantana camara,是由于自然或人为原因传播至其外来生境,并在生态系统中造成严重的直接或间接影响(如生物多样性减少和栖息地丧失)。其高度适应性和繁殖能力使其迅速占据周围生态位,这种现象被称为“敌害释放假说”(Enemy Release Hypothesis)和“新武器假说”(New Weapon Hypothesis)。虽然已有部分理论以解释植物入侵机制,但关于其与本土植物的相互作用及本土植物的适应和竞争机制研究仍较少。
本研究的目标是通过明确本土植物与Lantana的互动,利用本土植物的竞争优势抑制Lantana的生长,从而为恢复被Lantana侵占区域提供一种管理策略。文章设计了三个实验阶段,分别对Lantana生态位中的共存物种进行鉴定、其物候学(Phenology)特性进行记录、以及研究其在锅试与田间环境下的相互作用。
本阶段使用“嵌套样方法”(Nested Quadrat Method),研究区域为印度喜马拉雅地区的德拉敦谷地(Doon Valley)。研究通过60个随机分布的采样点记录Lantana的优势物种指数(Importance Value Index, IVI)及与其共存的其他物种。发现的本土灌木包括Justicia adhatoda、Urtica dioica和Broussonetia papyrifera等,同时还确认了一些外来入侵种(如Parthenium hysterophorus)与Lantana共存。
大多数样点显示,Lantana的优势度随海拔升高而降低。在低海拔(250-850米),Lantana更具优势,而在高海拔地区,有一些能与其竞争或取代的本土植物。根据IVI值的地理信息系统(GIS)分析,Lantana主要分布于低海拔的开放环境,而在树冠覆盖良好的区域呈现劣势。
以BBCH物候学刻度(Biologische Bundesantalt, Bundessortenamt und Chemische Industrie Scale)为标准评估七种本土植物(如Broussonetia papyrifera, Justicia adhatoda, Pongamia pinnata 等)与Lantana的主要生长阶段,包括萌芽、开花和结果期等。这些本土物种展示了与Lantana不同的开花-结果时间,说明了差异化生态位的可能性:
这种现象为制定本土植物引入及栽植策略提供了理论依据。
(a) 锅试实验
锅试实验旨在评估Lantana与七种本土植物的种间及种内竞争。每个锅中种植同种植物对照组或Lantana与本土植物的混种组,实验阶段记录湿重生物量(wet biomass)以评估相互促进或竞争关系。使用“相对相互作用指数”(Relative Interaction Index, RII)作为竞争测量指标,发现以下结论: - Urtica dioica显示出强烈的竞争能力,对Lantana有显著的抑制作用。推测此现象与该物种的化感作用(Allelopathy)有关。 - Justicia adhatoda和Broussonetia papyrifera展示了较佳的生长表现,抑制了Lantana的扩展。
(b) 田间实验
两处田间实验分别选择不同地块清除Lantana后进行原生态恢复。实验通过播撒本地草类和引入五种本土快速生长树种模拟自然竞争环境。结果发现: - 本地草种(如Pennisetum pedicellatum和Sorghum halpense)能够快速覆盖裸露土壤,有效减少Lantana幼苗的生长。 - 在本土树种中,Broussonetia papyrifera、Pongamia pinnata和Bauhinia variegata在Lantana竞争环境中表现出色,快速建立冠层。
实验数据支持了三层植被体系的理念,即结合草类、灌木及乔木的综合生态修复措施对抗Lantana侵占。
本研究揭示了物候学信息在入侵植物管理中的潜力,说明不同物种的生态位时间差异可用于优化引种时机。此外,结果数据表明,Urtica dioica等有潜力用作抑制Lantana的化感物质来源,而快速生长的草类植物在初期阶段提供了关键防护。研究采用了结合机械清除与生物竞争的综合策略,有效平衡了成本、可持续性与生态效益。
通过设计基于BBCH物候学刻度的分析流程,以及相对相互作用指数RII的创新应用,本文在方法层面具有重要科学价值。其工作对全球入侵物种管控提供了新思路,特别是在与不同气候和地理条件下推广本地物种以恢复生态的应用层面。
文章不仅以详实实验数据证明了基于重建生态位与物候学差异的本地植物策略的可行性,还为入侵植物管理领域提供了适用参考。研究成果对政策制定者、农户、生态学研究者提供了重要依据,是迈向可持续发展目标(SDG 15: Life on Land)的重要一步。未来研究可集中在化感物质提炼或进一步扩展至其他生态区的方法论验证。