气候变化下水稻田根系生物量增加抵消土壤有机碳损失

为探究气候变化对水稻田土壤有机碳(SOC)动态的影响，研究人员通过3年田间试验模拟未来气候条件(+2°C/+200 ppm CO2)，发现根系生物量增长促进矿物结合态有机碳(MAOC)形成，抵消了土壤呼吸导致的碳损失。该研究为气候变化背景下稻田碳汇管理提供了理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，土壤作为最大的活性碳库，其有机碳(SOC)动态直接影响着陆地生态系统的碳平衡。水稻田储存了全球耕地14%的SOC，但随着气温升高和CO₂浓度增加，SOC可能面临加速分解的风险。目前学术界对气候变暖与SOC流失的关系存在争议：一方面高温促进微生物矿化作用，另一方面CO₂施肥效应可能增加植物碳输入。这种矛盾在长期淹水的稻田生态系统中尤为突出，因为厌氧环境会改变碳的稳定化机制。

为破解这一科学难题，韩国国家研究基金会支持的研究团队通过大型开顶式气室(OTC)模拟未来气候条件，首次揭示了水稻根系生长对SOC库的补偿机制。研究发现发表在《Soil Biology and Biochemistry》的成果表明，尽管气候变暖加速了SOC矿化，但水稻通过增加根系生物量促进了植物源MAOC的形成，最终维持了SOC总量稳定。

研究采用三大关键技术：1) 开顶式气室系统实时调控温湿度(+2°C/+200 ppm CO₂)；2) SOC四组分分离法(游离轻组、闭蓄轻组、砂结合组和MAOC)；3) 稳定碳同位素示踪技术区分植物/微生物源碳。

SOC fractions部分显示，经过3年气候处理，MAOC含量(8-10 g C kg^-1)显著增加，而其他组分和总SOC无显著变化。同位素分析表明，未来气候条件下植物源MAOC比例上升47%，但植物源游离轻组分下降29%。

Discussion部分阐明三个关键发现：1) 分蘖期根系生物量激增35%，伴随溶解性有机碳和CH₄排放增加，证实微生物活性增强；2) MAOC增加主要来自根系分泌物而非凋落物，其化学性质更易与矿物结合；3) 厌氧环境抑制了微生物对新增碳源的利用效率，形成"表观稳定化"效应。

该研究创新性地提出"根系补偿假说"：在气候变暖背景下，水稻通过调整碳分配策略，将更多光合产物投入地下部分。这些根系分泌物经微生物转化后优先形成MAOC，抵消了高温加速矿化造成的碳损失。这一发现为制定稻田固碳措施提供了新思路——通过选育深根系品种或优化水肥管理维持根系输入，可在气候变化背景下实现粮食安全与碳汇功能的双赢。研究同时指出，长期监测仍需关注极端气候事件对MAOC稳定性的潜在影响。