水盾草（Cabomba caroliniana）为水盾草科沉水植物，俗名竹节水松、水菊花。水盾草原产美洲热带、亚热带地区静水或有缓流的淡水湖泊、河流，生命力顽强。水盾草约在改革开放后作为水族箱观赏植物引入中国，逸生后成为入侵植物，现已被列入《中国自然生态系统外来入侵物种名单（2016）》。 

图 野外形成单物种种群的水盾草 

　　近期，中国科学院南京地理与湖泊研究所李宽意研究员团队黄晓龙博士发表论文，通过野外调查和模拟实验表明水下光合有效辐射 (PAR) 对三种具有相似叶形的沉水植物穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、黑藻（Hydrilla verticillata）和水盾草的相对盖度（RC）和多度（RA）都具有较大影响。在相同的实验条件下，低水下 PAR下水盾草比另外两种本地植物表现出较为优越的生长性状（总生物量和相对生长速率）和光合作用性状（光系统 II的最大量子产量F_v/F_m,、Chl a、Chl b 含量和 Chl a/Chl b的比例）。这表明水体变暗抑制了本地沉水植物的生长，但促进了入侵植物的生长。因此，通过减少水下变暗造成的恶化来恢复水体良好环境可能会间接限制水盾草的生长和扩散。相关成果发表于保护生物地理学顶级期刊Diversity and Distributions（https://dx.doi.org/10.1111/ddi.13678）。 

图 水下光照条件（PAR 和 Turb）、地理坐标（Long、Lat 和 Alt）、水体属性（WD、pH、Cond、DO 和 Sal）和营养状况（TN 和 TP）对三种沉水植物（穗花狐尾藻、黑藻和水盾草）相对盖度 (RC) 和相对多度 (RA) 的影响的偏最小二乘路径模型 (PLS-PM) 的结构方程。显著性以水平以星号表示：*** P < 0.001。 

　　在水盾草对不同水体PAR条件的环境适应实验中，采用16S rRNA基因高通量测序技术分析了不同光照条件下浮游细菌和水盾草叶片附着细菌群落的多样性和组成。研究发现，叶片附着细菌群落比浮游细菌群落具有更高的α多样性和较低的β多样性，叶片附着细菌群落具有特有的细菌类群，表明了植物对特定细菌类群的富集和选择作用。光照强度变化对附着细菌群落多样性没有显著影响，而浮游细菌群落的α多样性对低光照条件更敏感。网络分析结果显示，50%低光照水平的细菌群落网络具有较高的聚类度。上述研究结果由多位研究者共同完成，发表于环境科学期刊Science of the Total Environment（https://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147286）。 

图 水盾草（A）浮游细菌群落和（B）附着细菌群落网络分析 

　　为了比较水盾草与本地沉水植物对牧食者的响应，研究者进行了两个中宇宙尺度实验，记录了水盾草、黑藻和穗花狐尾藻的竞争能力（竞争实验），以及对两种本地螺类萝卜螺（Radix swinhoei）和环棱螺（Sinotaia quadrata）的牧食响应（牧食实验）。研究结果表明水盾草在植物混合种植组的功能性状上不占优势，生长和竞争能力甚至弱于本地植物。牧食实验结果表明随着萝卜螺数量的增加，黑藻和穗花狐尾藻大部分植物性状发生了改变，而水盾草的性状表现出相对稳定的趋势，因而水盾草对萝卜螺的牧食更具抵抗力。牧食性螺类促进了水盾草的入侵，这可能会改变沉水植物群落中物种组成。上述成果发表于环境保护学期刊Knowledge & Management of Aquatic Ecosystems（http://dx.doi.org/10.1051/kmae/2021012）和植物生态学期刊Journal of Plant Ecology（http://dx.doi.org/10.1093/jpe/rtab107）。 

　　水盾草现已入侵江苏、上海、浙江等江淮下游流域自然水体，逐步替代土著沉水植物种，并且其入侵区域有从江淮下游流域向长江中游流域扩张的趋势。做为一种热带植物，水盾草对低温较为敏感，目前亟需从气候变暖（冬季最低温度升高）与富营养化加剧的角度，系统研究这种植物的入侵机理，形成水盾草入侵的防控技术体系。此外还需研发基于水环境因子控制、基于种间竞争的本土植物调控和探索生物天敌控制入侵植物的技术。 

　　相关研究得到国家自然科学基金项目、浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划、中国科学院科研仪器设备研制项目和南京地理与湖泊研究所青年科学家小组项目支持。太湖站和东山分站为研究提供实验场地。