近日，土壤生态学团队在Journal of Ecology上发表题为“Elevated CO₂ amplifies contrasting cultivar-specific plant–soil feedbacks mediated by soil biota”的研究论文。报道了大气二氧化碳浓度升高（eCO₂）如何通过改变土壤生物群落，放大不同水稻品种间的植物-土壤反馈差异，研究结果可为气候智慧型农业提供了基于自然的气候解决方案。

二氧化碳浓度升高能够促进植物光合作用，而植物的变化又会通过根系和凋落物影响土壤生物群落，后者的变化进而反馈调节植物生长。不同植物对eCO₂的响应存在差异，通过培育eCO₂的高响应或高应答水稻品种是应对气候变化提高未来农业适应性的一种解决方案，然而以往的研究往往考虑植物本身的生长和代谢表现，忽视对植物生长发挥重要作用的土壤生物的贡献；探究土壤生物群落介导的植物-土壤反馈如何塑造这些特异性的响应，有助于为气候变化背景下农业生态系统的管理提供理论依据。本研究依托长期Free-Air CO₂ Enrichment（FACE）试验平台，并结合植物-土壤反馈调控实验（图1），首先在FACE平台种植对eCO₂响应程度不同的水稻品种，随后收集来自特定CO₂浓度-品种组合下的土壤生物接种物，通过温室盆栽试验进一步评估土壤微生物和线虫群落的遗留效应对后续植物生长的反馈作用。

图1. 依托长期Free-Air CO₂ Enrichment（FACE）试验平台并结合植物-土壤反馈盆栽试验的设计思路图

研究发现，在eCO₂条件下，强响应水稻品种产生了负反馈，而弱响应品种则表现出正反馈。特别的，来自不同eCO₂条件下的土壤生物群落会改变不同水稻品种在生长与防御之间的权衡策略。强响应品种表现出生长与防御之间的权衡，即酚类物质含量的增加伴随着生物量积累的降低；相比之下，弱响应品种则表现出生物量与酚类物质含量同步增加的协同模式（图2）。因此，eCO₂不仅影响植物自身生长，还能够通过改变土壤生物群落，诱导不同水稻品种形成相反的生长-防御的权衡策略，凸显了土壤生物群落在调控作物品种特异性气候响应中的关键作用（图2）。

图2. CO2浓度升高放大不同水稻品种间土壤生物群落介导的植物–土壤反馈差异

本研究初步表明，仅筛选高产或对未来大气CO₂升高具有强响应能力的品种，可能不足以实现可持续性的农业生产。这一发现对基于自然的气候解决方案意味着什么呢？育种和品种筛选应进一步关注植物与土壤生物之间的互作特征，优先选择能够保持积极CO₂响应、形成有益植物-土壤反馈，并提高对土壤生物压力耐受性的品种。未来气候智慧型农业需要将植物与土壤生物视为一个相互作用的整体，通过遵循有益的植物-土壤反馈机制，为农业适应气候变化提供基于自然的生态解决方案，帮助农业生产充分发挥eCO₂带来的潜在收益，同时实现生物多样性、生态系统服务和人类福祉的多重收益。

兰州大学张崇哲青年研究员和南京农业大学任海彦教授为共同第一作者，兰州大学刘满强教授和中科院南京土壤所朱春捂研究员为共同通讯作者；北京林业大学庾强教授、土壤生态实验室团队陈小云教授、博士研究生靳楠和已毕业蒋林惠博士，以及加拿大麦吉尔大学Joann Whalen教授参与了该项工作。研究得到江苏省碳达峰碳中和科技创新项目（BT2025015）、中国科学院科学基金（ISSAS2413）、国家自然科学基金项目（32471611和31870423）、农业资源与环境国家重点学科创新引智计划（B23034）以及青海省首席科学家计划（2024-SF-102）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.70445

编辑：张崇哲

校正：朱梦一，刘满强

审核：刘满强