東北地理所在螞蟻擾動影響濕地土壤有機(jī)碳分子結(jié)構(gòu)特征及汞甲基化過程方面取得進(jìn)展
大型土壤動物擾動是土壤成土過程與空間異質(zhì)性形成的驅(qū)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(jìn)而導(dǎo)致螞蟻等陸生大型土壤動物入侵，對濕地土壤有機(jī)碳庫及其分子結(jié)構(gòu)、典型重金屬元素環(huán)境行為過程等造成重要影響。
東北地理所濕地生物與環(huán)境學(xué)科組研究人員基于Py-GC/MS與3D-EEM等技術(shù)，對比分析了蟻丘土壤與對照土壤中有機(jī)碳、DOM及其分子結(jié)構(gòu)特征，研究了螞蟻擾動對Hg及其甲基化過程的驅(qū)動機(jī)制。
對沼澤化草甸蟻丘研究發(fā)現(xiàn)，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(zhì)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(tǒng)意義上的穩(wěn)定有機(jī)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(chǎn)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(nèi)源物質(zhì)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(jié)構(gòu)的影響至關(guān)重要，而在對照土壤中，土壤理化性質(zhì)對DOM的影響更為明顯。綜合結(jié)論表明，泥炭地內(nèi)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(jié)構(gòu)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(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(diào)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(guān)系
圖5 揭示蟻群對汞甲基化過程影響的結(jié)構(gòu)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(fā)表在Applied Soil Ecology, Journal of Environmental Sciences。該研究由國家自然科學(xué)基金（U20A2083，U19A2042）中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)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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