東北地理所在螞蟻入侵改變泥炭地碳循環(huán)方面取得進(jìn)展
螞蟻入侵是泥炭地旱化及排水過程中的普遍現(xiàn)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(jié)構(gòu)特征，并通過多種途徑影響泥炭地碳庫(kù)儲(chǔ)量及穩(wěn)定性，但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此研究相對(duì)較少，螞蟻入侵改變泥炭地碳庫(kù)功能的關(guān)鍵途徑尚不清晰。
中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所濕地生物與環(huán)境學(xué)科組研究人員，以金川泥炭地為研究對(duì)象，系統(tǒng)調(diào)查并對(duì)比分析了蟻丘土壤與對(duì)照土壤地表植被、微生物群落、溫室氣體排放及有機(jī)碳庫(kù)分子組成，揭示了螞蟻入侵調(diào)控泥炭地碳庫(kù)功能動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵生態(tài)過程。
研究結(jié)果表明：螞蟻入侵顯著降低了土壤的有機(jī)碳密度和儲(chǔ)量。螞蟻丘CO2排放量顯著高于對(duì)照土，蟻丘為CO2的源，但是同時(shí)也是CH4的匯。蟻丘土壤中代表土壤活性碳庫(kù)的組分占比顯著增高，代表化學(xué)保護(hù)作用機(jī)制的礦物有機(jī)碳復(fù)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(duì)照土壤碳排放動(dòng)態(tài)變化
圖2 蟻丘與對(duì)照土壤礦物結(jié)合態(tài)碳庫(kù)變化
螞蟻對(duì)土壤惰性碳庫(kù)和活性碳庫(kù)均存在直接影響，螞蟻擾動(dòng)對(duì)活性碳庫(kù)有直接促進(jìn)作用，對(duì)土壤惰性碳庫(kù)存在顯著的負(fù)影響。螞蟻能夠促進(jìn)土壤營(yíng)養(yǎng)成分的富集，從而對(duì)土壤微生物豐度及活性產(chǎn)生促進(jìn)作用。同時(shí)，土壤pH值的改變還會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生一定程度的抑制效應(yīng)。螞蟻活動(dòng)本身也會(huì)直接促進(jìn)微生物生長(zhǎng)繁殖。各環(huán)境因子和微生物因子對(duì)土壤活性和惰性碳庫(kù)的效應(yīng)并未表現(xiàn)出顯著性。
圖3 螞蟻入侵改變土壤碳庫(kù)組分的SEM模型
螞蟻擾動(dòng)不僅降低了土壤碳儲(chǔ)量，還加速了木質(zhì)素、酚類等一些穩(wěn)定碳化合物的降解。盡管鐵結(jié)合態(tài)有機(jī)碳的形成固定了部分有機(jī)碳，但SOC自身抗分解性強(qiáng)的惰性化合物含量的下降會(huì)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?zhàn)陨砗粑饔谩⒅参锖粑尫藕臀⑸锏V化過程釋放的綜合結(jié)果。螞蟻丘中更高的溫度，更低的水位和相對(duì)有氧條件的相互作用可能激活活性有機(jī)碳，加速有機(jī)碳分解。泥炭地中蟻丘土壤活性土壤有機(jī)碳分解速率加快，是導(dǎo)致蟻丘成為CO2“排放熱點(diǎn)”的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)過程。
圖4 螞蟻入侵改變泥炭地碳庫(kù)功能動(dòng)態(tài)的概念模型
研究成果近期在線發(fā)表于農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域重要期刊Catena上，論文由濕地生物與環(huán)境科學(xué)科組張雪慧碩士研究生（已畢業(yè)）、張仲勝研究員（通訊作者）等共同完成。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)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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