東北地理所在螞蟻入侵改變泥炭地碳循環方面取得進展
螞蟻入侵是泥炭地旱化及排水過程中的普遍現象。螞蟻通過掘穴筑巢，不僅改變了泥炭地地表的微地貌條件，也改變了泥炭地植被與微生物群落結構特征，并通過多種途徑影響泥炭地碳庫儲量及穩定性，但是目前國內外對此研究相對較少，螞蟻入侵改變泥炭地碳庫功能的關鍵途徑尚不清晰。
中國科學院東北地理與農業生態研究所濕地生物與環境學科組研究人員，以金川泥炭地為研究對象，系統調查并對比分析了蟻丘土壤與對照土壤地表植被、微生物群落、溫室氣體排放及有機碳庫分子組成，揭示了螞蟻入侵調控泥炭地碳庫功能動態的關鍵生態過程。
研究結果表明：螞蟻入侵顯著降低了土壤的有機碳密度和儲量。螞蟻丘CO2排放量顯著高于對照土，蟻丘為CO2的源，但是同時也是CH4的匯。蟻丘土壤中代表土壤活性碳庫的組分占比顯著增高，代表化學保護作用機制的礦物有機碳復合體含量增高，熱裂解化合物中不易分解的惰性組分占比顯著降低。
圖1 蟻丘與對照土壤碳排放動態變化
圖2 蟻丘與對照土壤礦物結合態碳庫變化
螞蟻對土壤惰性碳庫和活性碳庫均存在直接影響，螞蟻擾動對活性碳庫有直接促進作用，對土壤惰性碳庫存在顯著的負影響。螞蟻能夠促進土壤營養成分的富集，從而對土壤微生物豐度及活性產生促進作用。同時，土壤pH值的改變還會對微生物產生一定程度的抑制效應。螞蟻活動本身也會直接促進微生物生長繁殖。各環境因子和微生物因子對土壤活性和惰性碳庫的效應并未表現出顯著性。
圖3 螞蟻入侵改變土壤碳庫組分的SEM模型
螞蟻擾動不僅降低了土壤碳儲量，還加速了木質素、酚類等一些穩定碳化合物的降解。盡管鐵結合態有機碳的形成固定了部分有機碳，但SOC自身抗分解性強的惰性化合物含量的下降會在一定程度上削弱局部土壤（蟻丘土附近）的“碳匯”功能。蟻丘土壤溫室氣體的排放是螞蟻自身呼吸作用、植物呼吸釋放和微生物礦化過程釋放的綜合結果。螞蟻丘中更高的溫度，更低的水位和相對有氧條件的相互作用可能激活活性有機碳，加速有機碳分解。泥炭地中蟻丘土壤活性土壤有機碳分解速率加快，是導致蟻丘成為CO2“排放熱點”的關鍵驅動過程。
圖4 螞蟻入侵改變泥炭地碳庫功能動態的概念模型
研究成果近期在線發表于農林科學領域重要期刊Catena上，論文由濕地生物與環境科學科組張雪慧碩士研究生（已畢業）、張仲勝研究員（通訊作者）等共同完成。該研究得到國家自然科學基金（42371061，U20A2083）等共同資助。
論文信息：Zhang XH, Zhang ZS, Xin Y, Wu HT, Bai JH. Effects of ant mounds construction on the carbon cycle in a drained peatland, Northeast China. Catena, 2024, 243: 108191.
原文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1jH2r1Dk5Ad3Sk.
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