综述：服务植物在农业生态系统中调控多种害虫同时限制负面影响的潜力

这篇综述系统探讨了服务植物（service plants）在农业生态系统中的多功能潜力，重点分析了其通过性状调控机制（trait-based approach）同时管理杂草（weeds）、节肢动物害虫（arthropod pests）、土传害虫（soil-borne pests）和气传病原体（aerial pathogens）的能力，并提出了平衡生态服务（ecosystem services）与负面影响（disservices）的实践框架。

　　

引言

农业生态系统中的病原体、草食者和杂草（统称害虫）会显著降低作物产量和收获质量。合成农药虽能保障生产力，但其环境健康危害促使人们寻求替代方案。服务植物作为非市场化生态系统服务的提供者，通过多样化种植模式（间作、轮作或田边种植）展现出生物防治潜力。本文采用基于性状的方法，首次系统整合多害虫类别调控机制与负面影响缓解策略。

调控机制与服务植物性状

杂草调控

服务植物通过竞争资源（光、水、养分）、释放化感物质、改变微环境和促进天敌（如种子捕食者）等直接/间接机制抑制杂草。关键性状包括：

• 快速地上部覆盖（高大株型、大叶面积）
• 发达根系（高密度细根、深层拓展）
• 早期萌发（相对杂草的物候优势）
• 化感物质分泌（如DIMBOA和硫代葡萄糖苷）

节肢动物害虫调控

通过"推-拉"策略（push-pull）实现：

• 直接机制：挥发性有机物（VOC）引诱/驱避、视觉干扰（花色）、物理屏障
• 间接机制：提供天敌（parasitoids）食物（花蜜/花粉）和栖息地（虫瘿）
  典型性状包括持续开花期、特殊花色（含UV反射）、蜜腺结构和诱导作物防御的VOC排放。

土传害虫调控

针对线虫（nematodes）和病原微生物：

• 生物熏蒸作用（biofumigation）：如芸薹科植物分解产生异硫氰酸盐
• 陷阱效应：吸引但不完成害虫生活史（如万寿菊根系分泌物）
• 促进有益微生物（如丛枝菌根真菌AMF）
  关键性状涉及高生物量、特定根系分泌物和抗性基因表达。

气传病原体调控

主要通过：

• 物理屏障（稀释接种体密度）
• 微环境调节（降低湿度）
• 诱导系统抗性（ISR）
  咖啡园中乔木的遮荫效应可显著降低锈病传播，但该领域实证研究仍较少。

负面影响平衡策略

服务植物可能产生三类负面影响：

1. 资源竞争（光/水/养分）
2. 自身杂草化（种子库延续）
3. 非目标害虫增殖（病媒宿主）

通过性状筛选可缓解矛盾，如选择：

• 浅根系（减少作物竞争）
• 无性繁殖品种（避免种子污染）
• 非寄主植物（阻断病原循环）

多害共治可行性

分析显示：

• 形态性状（高大株型、快速生长）对多类害虫调控具有兼容性
• 化学性状（如硫代葡萄糖苷）存在特异性，需警惕对天敌的非目标效应
• 间作模式的服务植物-作物互作最强，需精细管理种植密度和时间

应用前景与挑战

典型案例显示：

• 高粱覆盖作物可同时抑制镰刀菌（Fusarium）、线虫和杂草
• 万寿菊（Tagetes）间作能调控番茄的线虫、刺吸式害虫和病原体
  未来需建立服务植物性状数据库，开发过程模型模拟多害虫互作，并通过品种混作实现功能互补。

该研究为农业生态转型提供了理论框架，但需注意化学调控机制的物种特异性，以及不同种植系统（如热带vs温带）的适应性差异。通过精准匹配服务植物性状与目标害虫生态位，有望构建低农药依赖的可持续农田管理系统。