蚂蚁入侵是泥炭地旱化及排水过程中的普遍现象。蚂蚁通过掘穴筑巢，不仅改变了泥炭地地表的微地貌条件，也改变了泥炭地植被与微生物群落结构特征，并通过多种途径影响泥炭地碳库储量及稳定性，但是目前国内外对此研究相对较少，蚂蚁入侵改变泥炭地碳库功能的关键途径尚不清晰。 中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生物与环境学科组研究人员，以金川泥炭地为研究对象，系统调查并对比分析了蚁丘土壤与对照土壤地表植被、微生物群落、温室气体排放及有机碳库分子组成，揭示了蚂蚁入侵调控泥炭地碳库功能动态的关键生态过程。
研究结果表明：蚂蚁入侵显著降低了土壤的有机碳密度和储量。蚂蚁丘CO2排放量显著高于对照土，蚁丘为CO2的源，但是同时也是CH4的汇。蚁丘土壤中代表土壤活性碳库的组分占比显著增高，代表化学保护作用机制的矿物有机碳复合体含量增高，热裂解化合物中不易分解的惰性组分占比显著降低。
图1 蚁丘与对照土壤碳排放动态变化
图2 蚁丘与对照土壤矿物结合态碳库变化
蚂蚁对土壤惰性碳库和活性碳库均存在直接影响，蚂蚁扰动对活性碳库有直接促进作用，对土壤惰性碳库存在显著的负影响。蚂蚁能够促进土壤营养成分的富集，从而对土壤微生物丰度及活性产生促进作用。同时，土壤pH值的改变还会对微生物产生一定程度的抑制效应。蚂蚁活动本身也会直接促进微生物生长繁殖。各环境因子和微生物因子对土壤活性和惰性碳库的效应并未表现出显著性。
图3 蚂蚁入侵改变土壤碳库组分的SEM模型
蚂蚁扰动不仅降低了土壤碳储量，还加速了木质素、酚类等一些稳定碳化合物的降解。尽管铁结合态有机碳的形成固定了部分有机碳，但SOC自身抗分解性强的惰性化合物含量的下降会在一定程度上削弱局部土壤(蚁丘土附近)的“碳汇”功能。蚁丘土壤温室气体的排放是蚂蚁自身呼吸作用、植物呼吸释放和微生物矿化过程释放的综合结果。蚂蚁丘中更高的温度，更低的水位和相对有氧条件的相互作用可能激活活性有机碳，加速有机碳分解。泥炭地中蚁丘土壤活性土壤有机碳分解速率加快，是导致蚁丘成为CO2“排放热点”的关键驱动过程。
图4 蚂蚁入侵改变泥炭地碳库功能动态的概念模型
研究成果近期在线发表于农林科学领域重要期刊Catena上，论文由湿地生物与环境科学科组张雪慧硕士研究生(已毕业)、张仲胜研究员(通讯作者)等共同完成。该研究得到国家自然科学基金(42371061.U20A2083)等共同资助。
论文信息：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.
原文链接：https://authors.elsevier.com/a/1jH2r1Dk5Ad3Sk.
