東北地理所在螞蟻擾動影響濕地土壤有機碳分子結構特征及汞甲基化過程方面取得進展
大型土壤動物擾動是土壤成土過程與空間異質性形成的驅動因素，但長期以來被忽視。氣候變暖、排干等造成濕地旱化，進而導致螞蟻等陸生大型土壤動物入侵，對濕地土壤有機碳庫及其分子結構、典型重金屬元素環境行為過程等造成重要影響。
東北地理所濕地生物與環境學科組研究人員基于Py-GC/MS與3D-EEM等技術，對比分析了蟻丘土壤與對照土壤中有機碳、DOM及其分子結構特征，研究了螞蟻擾動對Hg及其甲基化過程的驅動機制。
對沼澤化草甸蟻丘研究發現，蟻丘土壤中SOC、TN及DOM含量顯著低于對照土壤，蟻丘土壤中含氮化合物明顯增多，但同時其中的木質素、多糖及酚類化合物幾乎消耗殆盡，說明螞蟻擾動將加快傳統意義上的穩定有機碳組分分解。
圖1 蟻丘與對照土壤SOM熱裂解-GC/MS圖譜
表1 蟻丘與對照土壤中Py-GC/MS產物
對金川泥炭地的研究表明，螞蟻丘土壤DOM中含有4種熒光組分，其中代表內源物質的熒光組分占比例較高（79.21±0.06）%。與對照土壤相比，蟻丘土壤中DOM的芳香化程度和腐殖化程度較低，且分子量較小。在蟻丘土壤中，微生物對DOM含量和結構的影響至關重要，而在對照土壤中，土壤理化性質對DOM的影響更為明顯。綜合結論表明，泥炭地內生源熒光組分和微生物對螞蟻丘與對照土壤DOM的分子組成差異起到重要作用。
圖2 蟻丘（a）和對照（b）土壤DOM三維熒光光譜圖
圖3 揭示蟻群對DOM含量和腐殖化程度影響的結構方程模型
相比于對照土壤，金川泥炭地蟻丘土壤中THg含量顯著升高，但同時具有較低的MeHg含量。螞蟻密集活動層（10-20cm）中MeHg占THg比例顯著降低。相比于微生物群落改變導致的汞甲基化過程的改變，DOM的光譜特征變化對汞甲基化的影響更為顯著。結構方程模型表明，無論是否有螞蟻存在，DOM的分子量增加將顯著抑制汞甲基化過程，而腐殖化過程對蟻丘中甲基汞生成具有顯著的促進作用。微生物并不直接參與MeHg的生成，而主要通過影響DOM的分子量與腐殖化程度調控汞甲基化過程。
圖4 蟻丘與對照土壤中Hg、MeHg、%MeHg與DOM光譜特征關系
圖5 揭示蟻群對汞甲基化過程影響的結構方程模型
該研究由東北地理所張雪慧、張仲勝研究員（通訊作者）等共同完成。成果發表在Applied Soil Ecology, Journal of Environmental Sciences。該研究由國家自然科學基金（U20A2083，U19A2042）中國科學院青年創新促進會會員項目（2018265）共同資助。
論文信息
Zhongsheng Zhang, Zhuo Wei, Jim Jian Wang, et al. Ant alter molecular characteristics of soil organic carbon determined by pyrolysis-chromatography/mass spectrometry, Applied Soil Ecology, 2018, 130: 91-97. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2018.05.020
Zhang XH, Xin Y, Zhang ZS, et al. Effects of ant colonies on molecular characteristics of dissolved organic matter in peatland soils, Northeast China. Applied Soil Ecology. 2022,171:104298. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2021.104298
Zhongsheng Zhang, Xuehui Zhang, Yuan Xin et al., Ant colonization increased total mercury but reduced methylmercury contents in boreal mires, Northeast China, Journal of Environmental Sciences, 2022, https://doi.org/10.1016/ j.jes.2021.12.007
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