道路融雪盐施用提升路边植物与蚂蚁体内钠水平并重塑三级营养互作

《Applied Soil Ecology》：Road salt application increases sodium levels in roadside plants and ants, reshaping tritrophic interactions

　　

在降雪量大且人为活动频繁的区域，冬季作为路面防冻剂会施用大量氯化钠（NaCl）。道路融雪盐施用的效应可能广泛存在于多种植物及高营养级生物中。研究人员沿日本西北部一条国道设立10个研究点，考察了道路融雪盐施用对植物（虎杖 Fallopia japonica、白三叶 Trifolium repens、酸模 Rumex obtusifolius）及杂食性蚂蚁的影响。研究人员检测了国道周边土壤、植物和蚂蚁中钠的积累，并通过饲养实验与氮稳定同位素分析，检验高钠环境下蚂蚁因诱饵钠浓度偏好改变而导致的营养级变化。春季距国道越近，土壤、虎杖与白三叶叶片、虎杖花外蜜腺分泌物及蚂蚁体内钠浓度越高。适应高钠诱饵的蚂蚁聚集于低钠诱饵，表明道路融雪盐改变了蚂蚁食物偏好，使其愈发倾向低钠食物。春季距国道越近蚂蚁营养级越低，提示国道附近蚂蚁更偏植食、取食低营养级低钠食物。该研究揭示道路融雪盐可通过钠积累改变昆虫行为，进而改变捕食—猎物关系等生物互作。

研究背景与立项依据：在降雪量大、交通强度高的地区，冬季道路防冻大量施用氯化钠（NaCl），导致紧邻主路区域形成人为高钠环境。钠是动物重要元素，食草动物常面临钠缺乏，因此道路盐引起的钠富集有望对野生植物与消费者产生广谱影响。已有研究多局限于乳草（milkweed）—君主斑蝶（Danaus plexippus）系统，关于道路盐对其他草本植物及高营养级杂食性昆虫的效应尚缺证据；同时高钠是否改变消费者体型、诱饵偏好及植物—蚂蚁互利关系亦不清楚。为检验道路融雪盐通过土壤—植物—昆虫通道的级联效应，研究人员在日本青森县弘前市国道7号沿线降雪典型区设立10个样点，选取虎杖、白三叶、酸模三种常见路边草本及日本蚁 Formica japonica 为对象，系统回答钠积累、体型变化、花外蜜诱导效应、钠偏好反转与营养级转移五个问题。论文发表于《Applied Soil Ecology》。

主要关键技术方法：研究采用野外距离梯度采样队列（距国道0–250 m，2015–2020年分春/秋采样土壤、植物叶、虎杖花外蜜腺分泌物、地面蚂蚁），结合原子吸收分光光度法与电感耦合等离子体发射光谱法测定钠浓度；以胸长作为体型指标在立体显微镜下ImageJ量化；开展虎杖盆栽增盐栽培实验，比较0 g、1 g、10 g NaCl处理下花外蜜钠浓度与诱集蚂蚁数；将远离国道的蚁群按饲喂水钠浓度分四组驯化两月，进行高/低钠水诱饵双选择实验；利用元素分析仪—同位素比值质谱仪测定蚂蚁与虎杖叶δ¹⁵N，以Δδ¹⁵N（蚂蚁?植物）表征营养级偏移；统计上统一以ln(距离+1)转换，采用GLMM（Gamma分布log连接）、GLM（负二项/准二项）、LMM等混合模型，样点为随机效应。

研究结果

3.1 土壤、植物与昆虫因道路盐导致的钠积累：GLMM显示春季距国道越近土壤钠越高（季节×距离交互不显著后保留主效应），虎杖叶钠呈显著季节×距离交互（春季近路高、秋季消失），白三叶叶钠春季近路升高，酸模叶仅春季整体偏高；虎杖花外蜜钠春季近路升高；蚂蚁体钠季节×距离交互显著，春季近路高、秋季消失，证明冬季施盐残留于春季土壤—植物—花外蜜—蚂蚁通道。

3.2 道路盐引起的体型变化：胸长GLMM交互不显著，季节差不显著，但距国道越近胸长显著更长（p<0.001），提示高钠膳食可能与工人蚁体型增大有关。

3.3 不同钠浓度栽培虎杖花外蜜对蚂蚁的吸引力：盆栽实验GLMM证实施NaCl越多花外蜜钠越高（p<0.001），但诱集蚂蚁总数及 Formica japonica、Lasius 分别计数均与蜜钠浓度无显著关系（p=0.465），即高钠蜜并未增加诱蚁量。

3.4 蚂蚁对高钠水的偏好：驯化实验GLM显示，驯化于高钠水的蚁群在双选择中偏向低钠水（p=0.046），表明道路盐背景使蚂蚁食物钠偏好下行反转。

3.5 道路盐对蚂蚁营养级的影响：以δ¹⁵N_蚂蚁?δ¹⁵N_虎杖叶为指标的LMM显示季节×距离交互显著（p=0.009），春季近国道营养级更低；按3.0‰分馏值折算，0 m处春秋Δδ¹⁵N差0.96‰约合0.32个营养级偏移，说明春季近路蚁群食谱向植物源偏移、更偏植食。

讨论与结论翻译：研究揭示冬季国道融雪盐致土壤钠积累，并传递至植物叶、虎杖花外蜜与杂食性蚂蚁体内，且均在春季显现，说明施盐影响春季生物互作；栽培实验首证增盐提升花外蜜钠浓度，但诱蚁数未增，故近路植食化并非由蜜钠吸引增强驱动。参照Clay等（2017）低钠环境促肉食补钠的逻辑，本研究表明道路盐造成局地高钠后蚂蚁转为偏好低营养级食物，δ¹⁵N证据支持其春季食谱向植物源转移。该行为转变可能削弱蚂蚁对植食性昆虫的捕食，从而负面扰动植物—蚂蚁防御互利。胸长近路增大或与高钠促生长生理有关，非短期食物浪费输入所致。夏季栽培实验未检出的蜜钠—诱蚁关系，可能受季节资源替代、单蚁访问占比高与统计功效限制。结论：冬季道路融雪盐经土壤钠积累链改变杂食性昆虫食物偏好与营养级位置，进而重塑捕食—猎物等三级营养互作；此类效应在北美北部等重雪区具普遍生态意义。