松嫩草地是中国重要的牧草产地和天然放牧地。然而,为了解决人口压力迫使草地过度放牧和开垦,以至于草地出现不同程度的退化现象。退化的直接表现就是草地的盐碱斑块化,这种斑块化影响不同植物的生长,改变了植物间的竞争关系,也影响了土壤动物的生存环境,进而改变植物多样性和土壤动物的多样性关系。蚂蚁是松嫩草地重要的土壤动物之一,它能通过搬运和采食种子改变种子库的多样性,通过筑巢行为改变土壤的理化性质,也能与特定的土壤动物形成稳定的共生关系,在多营养级上对植物的多样性产生直接和间接的影响。近年来研究发现,物种之间的直接作用与间接作用共同作用于生态系统中。互利共生关系与间接作用的引入,可能会改变建立在竞争和捕食等敌对关系之上的经典生态学模式。因此,在不同退化程度下,探讨蚂蚁多样性与植物多样性的相互关系,以及从多营养级角度分析影响多样性的关键因素,对理解全球变化条件下蚂蚁与动植物之间的互作机制,完善和丰富互利理论和食物网理论具有重要的意义。本实验在东北松嫩草地上进行,根据草地碱斑面积大小和不同植物种类把草地划分为轻度退化和重度退化2个实验区,在每个实验区内又划分成120个的小区。在每一个实验区内,我们又随机选取10个玉米毛蚁(Lasius alienus)蚁丘和10个黄毛蚁(Lasius flavus)蚁丘作为采样点,在距离蚁丘1 m的区域随机选取一点作为对照采样点。从2014年6月至2015年11月,野外调查蚂蚁多样性、蚁丘分布格局、植物生物量和多样性、同翅目昆虫数量。室内实验主要研究物种的根系构型和营养成分及土壤种子库,得到以下主要结果:(1)松嫩草地退化改变了蚁丘空间分布格局,蚁丘分布模式由均匀型转变成聚集型,并且降低了蚁丘的密度,增加了黄毛蚁蚁丘的相对面积。草地退化不会影响地上活动蚂蚁的多样性,但是降低蚂蚁的数量。此外,草地退化使一部分蚁丘灭亡,另一部分通过扩建蚁丘来适应外界环境,因此增加了蚁丘的平均面积和高度。(2)在不同退化程度的草地,玉米毛蚁和黄毛蚁的蚁丘都可以改变土壤理化性质。与邻近土壤相比,玉米毛蚁和黄毛蚁蚁丘土壤含水量分别下降了26.2%和23.5%,土壤pH分别下降了9.21%和6.32%,土壤电导率分别下降了19.5%和13.4%,土壤有效磷分别提高了83.5%和118.3%。(3)实验地植物群落主要物种有羊草(Leymus chinensis)、拂子茅(Calamagrostis epigejos)、黄蒿(Artemisia scoparia)、全叶马兰(Kalimeris integrifolia)、狗尾草(Setaria viridis)和碱蒿(Artemisia anethifolia)。通过分析六种常见种根系的营养成分发现,黄蒿和碱蒿根系含水量相对较低,可溶性糖、酸性洗涤纤维和蛋白质与其他植物没有显著性差异。并且与蚁丘外植物相比,蚁丘上植物根系营养成分没有显著变化。而且黄蒿在根长、根表面积等多个指标上都显著高于其他植物,并且黄蒿的粗根(直径大于1 mm的根系)长度是其他植物的4倍。此外,蚁丘可以增加黄蒿、羊草和拂子茅的根长,但对狗尾草、碱蒿和全叶马兰没有显著影响。调查发现,蚁穴中黄蒿和碱蒿根系上寄生大量蚜虫和粉蚧,其中黄蒿根系上蚜虫和粉蚧数量显著高于羊草、狗尾草、拂子茅和全叶马兰。因此,不同于我们的预期,蚂蚁在为共生昆虫选择寄主植物时,营养成分不是选择的因素,而是与根系构型有关。(4)蚁丘可以增加土壤种子库的数量和丰富度,并且黄毛蚁对土壤种子库的影响大于玉米毛蚁。在轻度退化样地,玉米毛蚁和黄毛蚁蚁丘中种子数量分别是非蚁丘草地的2倍和3倍。在重度退化样地,玉米毛蚁和黄毛蚁蚁丘中种子数量均为非蚁丘草地的2倍。草地重度退化增加了玉米毛蚁蚁丘和邻近土壤中黄蒿种子的数量,但是对黄毛蚁蚁丘中黄蒿种子的数量无显著影响。(5)玉米毛蚁和黄毛蚁的蚁丘并不能改变植物群落的丰富度、均匀度和香农-维纳指数,这表明蚂蚁的筑巢行为并不能影响植被的多样性,这与我们的预期结果不同。但是,黄毛蚁会选择有较高植物丰富度和多样性的生境建巢,这可能是为蚜虫和粉蚧选择合适的寄主植物。玉米毛蚁和黄毛蚁会改变植物群落的相对密度,增加菊科植物的相对密度。草地重度退化增加玉米毛蚁生境中菊科植物的相对密度,黄毛蚁生境并不受到草地退化程度的影响。除此之外,玉米毛蚁和黄毛蚁蚁丘都能增加植物地上生物量。在玉米毛蚁生境,蚁丘提高了禾本科和菊科的地上生物量。在黄毛蚁生境,蚁丘只显著提高了菊科的生物量。蚂蚁对植物高度的影响在不同植物之间存在差异,蚁丘可以增加一年或二年生植物(狗尾草和黄蒿)的高度,而对多年生禾本科(羊草和拂子茅)没有影响。综上所述,蚂蚁的行为对松嫩草地植物多样性有重要的生态学意义。玉米毛蚁和黄毛蚁可以通过改变土壤理化性质间接影响植物群落。黄毛蚁为黄蒿提供适宜的生长环境,黄蒿为蚜虫和粉蚧提供所需的营养,蚜虫和粉蚧为蚂蚁提供蜜露,三者之间的互利共生关系直接影响了植物群落多样性。草地重度退化增加了黄毛蚁的相对面积,也间接改变了植物的多样性。虽然玉米毛蚁蚁丘对植物的影响不如黄毛蚁,但是其捕食昆虫和采食种子对种子库和植物多样性也有重要的意义。此外,蚁丘为植物提供了稳定的土壤条件,可以减轻草地重度退化对植物的多样性和生物量的影响。虽然蚁丘占草地的面积较小,不能对草地整体的植物多样性起决定性作用,但是可以改变草地局部的微环境,增加草地的异质性,对保护草地多样性具有积极的作用。