大型土壤动物扰动是土壤成土过程与空间异质性形成的驱动因素，但长期以来被忽视。气候变暖、排干等造成湿地旱化，进而导致蚂蚁等陆生大型土壤动物入侵，对湿地土壤有机碳库及其分子结构、典型重金属元素环境行为过程等造成重要影响。 东北地理所湿地生物与环境学科组研究人员基于Py-GC/MS与3D-EEM等技术，对比分析了蚁丘土壤与对照土壤中有机碳、DOM及其分子结构特征，研究了蚂蚁扰动对Hg及其甲基化过程的驱动机制。
对沼泽化草甸蚁丘研究发现，蚁丘土壤中SOC、TN及DOM含量显著低于对照土壤，蚁丘土壤中含氮化合物明显增多，但同时其中的木质素、多糖及酚类化合物几乎消耗殆尽，说明蚂蚁扰动将加快传统意义上的稳定有机碳组分分解。
图1 蚁丘与对照土壤SOM热裂解-GC/MS图谱
表1 蚁丘与对照土壤中Py-GC/MS产物
对金川泥炭地的研究表明，蚂蚁丘土壤DOM中含有4种荧光组分，其中代表内源物质的荧光组分占比例较高（79.21±0.06）%。与对照土壤相比，蚁丘土壤中DOM的芳香化程度和腐殖化程度较低，且分子量较小。在蚁丘土壤中，微生物对DOM含量和结构的影响至关重要，而在对照土壤中，土壤理化性质对DOM的影响更为明显。综合结论表明，泥炭地内生源荧光组分和微生物对蚂蚁丘与对照土壤DOM的分子组成差异起到重要作用。
图2 蚁丘（a）和对照（b）土壤DOM三维荧光光谱图
图3 揭示蚁群对DOM含量和腐殖化程度影响的结构方程模型
相比于对照土壤，金川泥炭地蚁丘土壤中THg含量显著升高，但同时具有较低的MeHg含量。蚂蚁密集活动层（10-20cm）中MeHg占THg比例显著降低。相比于微生物群落改变导致的汞甲基化过程的改变，DOM的光谱特征变化对汞甲基化的影响更为显著。结构方程模型表明，无论是否有蚂蚁存在，DOM的分子量增加将显著抑制汞甲基化过程，而腐殖化过程对蚁丘中甲基汞生成具有显著的促进作用。微生物并不直接参与MeHg的生成，而主要通过影响DOM的分子量与腐殖化程度调控汞甲基化过程。
图4 蚁丘与对照土壤中Hg、MeHg、%MeHg与DOM光谱特征关系
图5 揭示蚁群对汞甲基化过程影响的结构方程模型
该研究由东北地理所张雪慧、张仲胜研究员（通讯作者）等共同完成。成果发表在Applied Soil Ecology, Journal of Environmental Sciences。该研究由国家自然科学基金（U20A2083，U19A2042）中国科学院青年创新促进会会员项目（2018265）共同资助。
论文信息
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
