广泛的温度耐受性促进了卡博巴水草（Cabomba caroliniana）的入侵：为生物入侵防治提供了新的见解

《Ecological Frontiers》：Broad water temperature tolerance promotes the invasion of Cabomba caroliniana: New insights for the prevention of biological invasions

本研究通过控制实验分析5-30℃水温对水鳖（C. caroliniana）形态、生理及入侵潜力影响，发现低温下其通过色素合成适应，高温促进生长和繁殖，建议在温暖季节实施控制措施。

　　生物入侵已成为全球范围内重要的环境和生态问题之一。随着全球化进程的加快，外来物种的扩散速度显著提升，对本地生态系统造成了严重威胁。其中，水生植物的入侵尤为突出，因为它们能够在水体中快速繁殖并占据生态位，进而影响水质、生物多样性以及人类活动。作为一种原产于南美洲的沉水植物，*Cabomba caroliniana*（简称*C. caroliniana*）已被列为多个国际国家的高优先级入侵物种。其强大的繁殖能力和环境适应性使其在全球多个淡水生态系统中广泛扩散，对生态和经济均产生了深远影响。

*C. caroliniana* 的入侵成功主要归因于其独特的生物学特征。首先，它具有碎片化繁殖策略和一定的耐旱能力，使其能够在不同环境条件下迅速扩散。其次，其生态适应性强，能够在不同营养水平的水体中建立种群。这些特性使得*C. caroliniana* 能够在短时间内占据优势地位，形成优势种群，从而压制本地植物的生长，改变水体的生态结构。然而，尽管其入侵性已被广泛认可，关于水温对其生长和繁殖影响的研究仍较为有限。因此，理解水温如何影响*C. caroliniana* 的生理、形态、光合及营养特性，对于制定有效的管理策略至关重要。

在本研究中，我们通过受控实验探讨了不同水温（5–30°C）对*C. caroliniana* 的影响。实验结果显示，该物种具有广泛的水温耐受范围，这一特性对其繁殖能力和入侵潜力产生了重要影响。在5–10°C的低温条件下，*C. caroliniana* 表现出一定的冷应激反应，如类胡萝卜素的合成增加和总有机碳的积累，这些生理变化有助于其适应低温环境。然而，由于根系发育受限，其生长速度较慢，入侵能力也相对较低。相反，在20–30°C的温暖水温条件下，*C. caroliniana* 的生长速率显著提高，叶绿素合成增强，资源利用效率提升，从而促进了更多的分枝生长，增强了其在水体中的扩散能力。这种生长模式使其在热带和亚热带水域中具有更强的殖民和扩散能力。

值得注意的是，尽管*C. caroliniana* 在较高水温下表现出较强的生长优势，但在温带地区，其种群仍能够在夏季（20–25°C）建立并存活，同时通过冷适应机制在冬季维持一定的生存能力。这种适应性使得*C. caroliniana* 能够在温带水域中形成稳定的种群结构，进一步扩大其入侵范围。因此，针对*C. caroliniana* 的管理策略需要结合其在不同温度条件下的生长特性，尤其是在温暖季节采取主动控制措施，以减少其繁殖和扩散的可能性。

此外，*C. caroliniana* 的入侵不仅对生态系统的结构和功能产生影响，还对人类社会带来了显著的经济损失。其密集生长会阻碍水道和灌溉渠道的畅通，影响水体的航运和水资源管理。同时，其死亡后的分解过程会消耗大量氧气，导致水体缺氧，进而影响渔业资源。这些生态和经济后果使得*C. caroliniana* 成为许多国家重点管理的外来入侵物种之一。特别是在中国，该物种已被列入2023年重点管理的外来入侵植物名录，表明其对本土生态系统构成了潜在威胁。

尽管已有部分研究关注*C. caroliniana* 的生物学特性，如其耐阴能力、光照需求、营养利用效率以及碎片再生能力，但关于水温对其入侵潜力的具体影响仍缺乏系统性分析。例如，Bickel 等（2015）在澳大利亚的亚热带水域中发现，*C. caroliniana* 的生物量与水温之间的相关性较弱，主要受到磷浓度和水深的影响。然而，Wilson 等（2007）在加拿大的温带水域中则观察到其生物量存在显著的季节性变化，这可能与温带水域中水温波动更为剧烈有关。因此，为了更全面地理解水温对*C. caroliniana* 入侵过程的影响，需要在更广泛的水温范围内进行研究。

本研究采用受控实验的方法，系统地分析了水温对*C. caroliniana* 的多种生理和生态特征的影响。结果显示，*C. caroliniana* 在不同水温条件下表现出不同的适应策略。在较低水温（5–10°C）下，其生长受到一定抑制，但通过增加类胡萝卜素的合成和总有机碳的积累，能够有效适应寒冷环境。而在较高水温（20–30°C）下，其生长速率显著提升，资源利用效率增强，从而支持了更多的分枝生长，提高了其在水体中的扩散能力。这些发现不仅揭示了*C. caroliniana* 在不同温度条件下的生理反应，还为理解其入侵机制提供了新的视角。

研究还表明，水温对*C. caroliniana* 的光合能力和营养利用效率具有显著影响。在温暖水温条件下，其光合速率和氮吸收效率均有所提高，这可能与其生理活动的增强有关。而低温条件下，尽管光合速率下降，但其通过增加类胡萝卜素的合成来维持一定的光合能力，从而在寒冷环境中保持一定的生存能力。这种生理适应性使得*C. caroliniana* 能够在不同温度条件下维持其生长和繁殖，进而增强其入侵潜力。

在生态管理方面，本研究的结果具有重要的指导意义。由于*C. caroliniana* 在温暖季节（20–30°C）表现出更强的生长和繁殖能力，因此，控制措施应优先在这一时期实施，以有效干扰其繁殖体的扩散。同时，在温带水域中，由于其能够在夏季建立种群并在冬季通过冷适应机制存活，因此需要加强早期监测，以便及时采取干预措施，防止其大规模入侵。这些管理建议为相关研究和实际应用提供了科学依据。

此外，本研究还揭示了*C. caroliniana* 在不同水温条件下的形态变化。在5°C条件下，植物高度几乎没有显著增长，而随着水温升高至25–30°C，其生长速率明显加快。特别是在30°C的高温条件下，植物高度在实验结束时达到21.017±0.899厘米，是5°C处理组的2.394倍（p<0.05）。这表明，高温环境不仅促进了*C. caroliniana* 的垂直生长，还增强了其在水体中的空间扩展能力。而低温条件下，由于根系发育受限，其生长主要集中在茎部和叶片的扩展上，导致整体生长速度较慢。

在茎节点数量方面，研究发现随着水温的升高，*C. caroliniana* 的茎节点数量也显著增加。这表明，较高水温有助于其分枝能力的提升，从而增强了其在水体中的占据能力。茎节点的增加不仅意味着植物的体积增大，还意味着其能够形成更多的分枝，进一步扩大其在水体中的覆盖范围。这种分枝能力的增强，使得*C. caroliniana* 在温暖水域中更容易形成密集的植被群落，进而对本地物种造成更大的竞争压力。

从生态适应性的角度来看，*C. caroliniana* 的入侵能力与其对环境变化的响应密切相关。在不同水温条件下，其生理和形态特征会发生相应调整，以适应环境压力。例如，在低温条件下，其通过增加类胡萝卜素的合成来增强光保护能力，同时积累更多的总有机碳以维持其代谢活动。而在温暖条件下，其则通过提高叶绿素合成和资源利用效率，实现更快速的生长和繁殖。这种适应性不仅有助于其在不同温度条件下的生存，还为其入侵和扩散提供了生理基础。

研究还指出，*C. caroliniana* 的入侵机制与其繁殖策略密切相关。在温暖季节，其能够迅速生长并形成大量分枝，这不仅增加了其在水体中的生物量，还提高了其在水体中的占据能力。同时，其较强的分枝能力也有助于其在水体中的扩散，例如通过水流传播或碎片再生的方式。这些繁殖策略使得*C. caroliniana* 在短时间内形成优势种群，对本地生态系统造成显著影响。

综上所述，本研究通过受控实验，系统地探讨了水温对*C. caroliniana* 的影响，揭示了其在不同温度条件下的生理和生态适应性。研究结果表明，*C. caroliniana* 具有广泛的水温耐受范围，这一特性显著增强了其繁殖能力和入侵潜力。在低温条件下，其通过冷适应机制维持一定的生存能力，而在温暖条件下，其生长和繁殖能力显著提升，表现出更强的殖民和扩散能力。这些发现不仅加深了我们对*C. caroliniana* 散布机制的理解，还为制定科学的生态管理策略提供了重要依据。因此，针对*C. caroliniana* 的管理措施应结合其在不同温度条件下的生长特性，特别是在温暖季节实施主动控制，以有效抑制其扩散和入侵。