2025年8月，Journal of Ecology以“Trade-off in carbon allocation between roots and rhizodeposition underpins plant adaptation to acidification in a meadow steppe”为题，在线发表了土壤酸化影响草甸草原光合碳分配机制的研究成果。

大气硫沉降导致土壤酸化，影响植物碳同化与分配，改变土壤有机碳动态。然而，植物如何在根系碳库间分配光合碳，能否利用这些有限的碳源来响应和适应土壤酸化胁迫，目前依然是知识空白。

韩兴国/姜勇团队依托2017年在中国科学院额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站建立的草甸草原硫添加（0、1、2、5、10、15、20、50 g m^-2 yr^-1）模拟土壤酸化控制实验平台，于2023年和2024年植物生长季开展了¹³CO₂脉冲标记实验，以探究硫添加诱导的土壤酸化对光合碳分配的影响，揭示植物地下碳库间的权衡关系，量化地下碳分配对土壤有机碳（SOC）形成的贡献。研究发现，硫添加诱导的土壤酸化使植物地上部光合¹³C同化量降低30%–36%，土壤酸化降低根际沉积（13%–60%）和土壤（0.8%–51%）¹³C绝对分配量；但硫添加使根系¹³C分配比例增加3%–52%。根系生物量、非结构性碳水化合物（NSC）及呼吸作用随硫添加量增加而上升，在硫添加量20 g S m⁻² yr⁻¹附近出现阈值，此后则下降。根系¹³C与土壤¹³C呈负相关，但与根系生物量及NSC呈正相关。尽管土壤酸化导致地下生物量增加，SOC储量却未发生显著变化，一方面可能与根际碳输入减少和SOC分解受抑制的双重效应有关，另一方面，短期的干扰不足以影响SCO储量。

总之，土壤酸化胁迫下，草原植物将更多的光合碳分配给根系生长、呼吸和存储，而用于根际沉积的比例相对较低，这种根系生物量与根际沉积的碳分配权衡机制是植物响应和适应土壤酸化的关键策略，研究结果可为预测SOC动态及全球变化背景下碳循环模型提供参考。

中国科学院沈阳应用生态研究所博士生尚誉为本文的第一作者，河北大学生命科学学院姜勇教授为通讯作者，韩兴国教授、王汝振教授、孙建新教授、刘贺永研究员、张英助理研究员、博士生王斌，中国科学院沈阳应用生态研究所李慧研究员和冯雪助理研究员，扬州大学李天鹏讲师为论文共同作者。本研究得到国家自然科学基金（32271677）等项目资助。

团队前期依托盆栽和室内模拟实验，采用¹³CO₂脉冲标记，将土壤呼吸区分为根际沉积碳分解、根系呼吸、土壤有机碳分解3个分室，发现N添加和干旱胁迫下，根际沉积C分解释放的CO₂量占土壤呼吸总量的7%-31%（Wang et al., 2021, New Phytologist）。进一步研究发现，N添加使光合C分配的相对量在土壤中减少、在根系中增加，N富集下光合C倾向于投资根系性状调整（Wang et al., 2021, Journal of Ecology）。本文则依托野外控制实验，采用原位脉冲标记方法开展研究，拓展了光合碳分配研究的方法体系，可为根系/根际生态学研究提供方法借鉴。

本文是额尔古纳站草甸草原硫添加模拟土壤酸化控制实验平台继Global Change Biology（Gu et al., 2025）、Ecology（Zhang et al., 2025）、Plant, Cell and Environment（Zhang et al, 2025）、Plant and Soil（Ma et al., 2025）后，本年度发表的第5篇研究论文。

相关论文列表：

[1] Shang Y, Wang RZ, Wang B, Zhang Y, Feng X, Li TP, Liu HY, Bahn M, Sun OJ, Han XG, Li H, Jiang Y*. 2025. Trade-off in carbon allocation between roots and rhizodeposition underpins plant adaptation to acidification stress in a meadow grassland. Journal of Ecology, Doi: 10.1111/1365-2745.70143

[2] Gu BT, Wang RZ*, Wang SD, Zhang Y, Han XG, Zhu B, Dijkstra F, Jiang Y. 2025. Microbial immobilization shapes the non-linear response of allochthonous nitrogen retention to grassland acidification within soil aggregates. Global Change Biology，31(5): 70229 Doi: 10.1111/gcb.70229

[3] Zhang Y, Wang RZ*, Gu BT, Liu HY, Dijkstra FA, Han XG, Jiang Y. 2025. Plant growth strategies and microbial contributions to ecosystem nitrogen retention along a soil acidification gradient. Ecology, 106: e4515 Doi: 10.1002/ecy.4515

[4] Zhang Y, Wang RZ*, Xue KL, Dijkstra F, Sardans J, Liu HY, Rillig M, Peñuelas J, Han XG, Jiang Y. 2025. Expanding the root economics spectrum with root nitrogen reallocation. Plant, Cell and Environment, Doi: 10.1111/pce.70051

[5] Ma XM, Zhou MF, Liu YK, Li SY, Li QH, Feng X, Chen BD, Sun OJ, Han XG, Jiang Y, Fu W*, Liu HY*. 2025. Niche constraints shape the responses of arbuscular mycorrhizal fungal community to sulfur-induced soil acidification in a meadow steppe. Plant and Soil, Doi: 10.1007/s11104-025-07677-z

[6] Wang RZ, Bicharanloo B, Shirvan MB, Cavagnaro TR, Jiang Y*, Keitel C, Dijkstra FA. 2021. A novel ¹³C pulse-labelling method to quantify the contribution of rhizodeposits to soil respiration in a grassland exposed to drought and nitrogen addition. New Phytologist, 230: 857-866 Doi: 10.1111/ nph.17118

[7] Wang RZ, Cavagnaro TR, Jiang Y*, Keitel C, Dijkstra FA. 2021. Carbon allocation to the rhizosphere is affected by drought and nitrogen addition. Journal of Ecology, 109: 1699-1709 Doi:10.1111/1365-2745. 13746

图1  硫添加量对草地植物(a) 地上生物量，(b) 地下生物量，(c) 地下/地上生物量比值，(d) 根系非结构性碳水化合物（NSC）的影响。实线表示最优拟合回归模型，虚线标示硫添加量对地下生物量和根系NSC响应的阈值点。回归线周围阴影带（图a）表示95%置信区间，显著性水平为p < 0.05

图2 硫添加量对 (a) 土壤总呼吸（R_total），(b) 根系呼吸（R_root），(c) 根际沉积碳分解（R_rhizo），(d) 土壤有机碳分解（R_soc）的影响。实线为回归模型，虚线标示根系呼吸响应的阈值点。阴影带（图a、c、d）表示95%置信区间，显著性水平为p < 0.05

图3 硫添加量对脉冲标记7天后 (a) 地上部，(b) 根系，(c) 土壤，(d) 微生物生物量（¹³C-MBC）等各组分¹³C的影响；(e) 硫添加量对根系分泌物的影响。实线为回归模型，阴影带（图a–e）表示95%置信区间，显著性水平为p < 0.05

图4 硫添加量对脉冲标记7天后(a) ¹³C绝对量、(b) 地上部、根系、土壤¹³C分配比例的影响。误差棒表示标准误，ANOVA p值标注显著差异（p < 0.05），不同小写字母表示Duncan多重检验的组间差异

图5 相关分析。(a) 根际沉积碳分解（R_rhizo）与土壤有机碳分解（R_soc）的关系；(b) 根系与土壤中¹³C比例的关系；(c) 根系¹³C与地下生物量的关系；(d) 根系¹³C与根系NSC的关系。回归线周围阴影带表示95%置信区间，显著性水平为p < 0.05

图6 硫添加诱导的酸化对 (a) 地上部、根系和土壤中¹³C的绝对量，(b) 地下功能碳库间的权衡关系的影响。虚线标示根系¹³C响应硫添加的阈值点。Rhizo C（根际沉积碳）、Biomass（根系生物量）、NSC（根系非结构性碳水化合物）、Respiration（根系呼吸）