本土半寄生植物Melampyrum arvense的快速生物防治作用：田间实验有效抑制两种有害入侵植物

《Journal of Applied Ecology》：Biocontrol by a native hemiparasite: Rapid suppression of noxious invasive plants in a field experiment

　　本刊推荐：本研究通过为期4年的多地点田间实验，首次系统证实了本土半寄生植物Melampyrum arvense对两种北美入侵植物（Solidago gigantea和Symphyotrichum lanceolatum）具有显著且快速的生物防治潜力。研究发现，相较于单纯刈割，结合半寄生植物的处理能更有效地抑制入侵植物的地上覆盖度（中位数从90%降至8%）、株高及地下生物量（减少超80%），并显著提升群落多样性（Simpson指数）。该成果为基于生物抗性假说（Biotic Resistance Hypothesis）的生态修复提供了关键实证，展示了利用原生半寄生植物控制入侵物种的创新策略。

　　

引言：入侵植物的威胁与生物防治新思路

外来植物入侵是全球生物多样性丧失的主要驱动因素之一，它们通过竞争排斥原生种、改变养分循环并造成社会经济损失。传统防控方法如机械清除或化学除草虽有效，但可能损害原生物种且难以持久。基于"天敌释放假说"的传统生物防治引入专性天敌存在生态风险；而"生物抗性假说"则提出利用原生广谱天敌（如寄生植物）抑制入侵物种可能更安全。近年研究发现，寄生植物在全球范围内展现出作为生物抗性剂的潜力，例如澳大利亚的Cassytha pubescens抑制入侵灌木Ulex europaeus，中国的Cuscuta australis减少入侵植物生长并促进原生多样性。欧洲半寄生植物Rhinanthus spp.也被证实能抑制扩张性禾草Calamagrostis epigejos并恢复生物多样性。然而，针对外来入侵植物的半寄生植物生物效应，尤其是基于稳健田间实验、植被监测并与标准管理措施（如刈割）对比的证据仍缺乏。

本研究通过多地点田间实验，测试了半寄生植物Melampyrum arvense（列当科）对两种北美克隆多年生入侵植物Solidago gigantea和Symphyotrichum lanceolatum（菊科）的抑制效果。选择Melampyrum arvense是基于前期研究显示其能附着于两种入侵植物根部，并在盆栽实验中减少其生物量。实验持续4年，比较了刈割、刈割结合半寄生植物以及未处理对照区的植被变化，首次关注了入侵植物地下储存器官的损伤程度，这对植物生存至关重要。

材料与方法：实验设计与监测指标

实验在捷克东南部6个以Solidago gigantea或Symphyotrichum lanceolatum为优势种的地点进行（2020–2023年）。每个地点设4–8个区块，每区块包含三种处理：未刈割对照、刈割（每年7月末和10月各一次并移除生物量）以及刈割+Melampyrum（刈割并播种半寄生植物）。共设立66个Solidago样方和54个Symphyotrichum样方，样方大小为1.5 m × 1.5 m，间隔1米。Melampyrum种子于2020年10月播种（300粒/m2），覆盖不足的样方在2021年10月补播。监测指标包括入侵植物的覆盖度、株高、植被组成（Braun-Blanquet盖度-多度等级）、物种丰富度和Simpson多样性指数。2023年7月，通过土壤芯样（深度10 cm）采集地下生物量，提取活根茎并烘干称重。统计分析采用线性混合效应模型和基于距离的冗余分析（RDA）。

结果：半寄生植物与刈割的协同抑制效应

Melampyrum在所有播种样方中成功建立，第一年覆盖度为2%–50%，并随时间自然扩散。对于Solidago，未处理对照区其覆盖度和株高保持稳定；刈割处理显著降低两者，而刈割+Melampyrum处理效果更强（覆盖度中位数从90%降至8%，株高显著下降）。Symphyotrichum的变化趋势类似但幅度稍弱（覆盖度从78%降至12%）。地下生物量分析显示，刈割使两种入侵植物的根茎生物量减少约50%，而刈割+Melampyrum处理进一步将其降低80%–90%（相对于未处理对照）。群落多样性方面，未处理对照区的物种丰富度和Simpson指数稳定或略有上升；刈割处理显著提升两者，刈割+Melampyrum处理则带来进一步增加。RDA分析表明处理显著改变群落组成，入侵植物衰退而常见广谱物种相对增加。

讨论：机制与应用前景

Melampyrum的抑制效果强于单纯刈割，且对地下生物量的破坏尤为关键。克隆植物通常通过地下器官储存碳水化合物以应对干扰，但半寄生植物的资源掠夺加剧了其能量耗竭。Solidago被证实是Melampyrum的高适宜宿主，导致其快速衰退；Symphyotrichum作为中等适宜宿主，抑制过程较缓慢但依然显著。群落恢复中，Melampyrum促进了部分草地物种（如Plantago lanceolata）的增长，但也可能助长竞争性禾草或杂草（如Erigeron annuus），表明在种子库有限的场地需辅助引入目标物种（如播种或草甸移植）。

Melampyrum arvense的应用具操作可行性：秋播以打破种子休眠，其较大种子和早萌发特性可能降低春旱风险。蚂蚁传播种子（myrmecochory）有助于其自然扩散，但种子收获效率低是推广瓶颈。安全性方面，该物种与现代农业无冲突，且与高多样性植被正相关，但需注意其高密度（>30%）可能短暂抑制物种丰富度。长期监测显示，随宿主衰退，Melampyrum种群会自然回落，形成可持续的调控循环。

结论与应用价值

本研究首次通过多地点田间实验证实Melampyrum arvense作为生物抗性剂对两种有害入侵植物的高效抑制能力，尤其通过削弱地下储存器官实现长期控制。结合刈割与半寄生植物的策略，为入侵植物管理提供了创新方案，并强调在生物多样性贫乏地区需辅助引入原生种以优化恢复效果。该成果推动了基于原生相互作用的生态修复实践，为入侵植物控制提供了关键实证基础。