大气硫沉降引起的土壤酸化已成为影响草地生态系统结构与功能的重要全球变化问题。土壤酸化不仅影响植物生长和养分获取，还可能通过改变植物光合碳分配格局进一步调控土壤有机碳形成与稳定。然而，植物在酸化胁迫下如何协调有限的光合碳资源在地下不同功能碳库之间的分配，以及这种碳分配调整如何影响土壤碳循环过程，仍缺乏直接证据。
中国科学院沈阳应用生态研究所沙地和退化草地近自然恢复与多功能提升创新组群依托额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站于2017年建立的草甸草地硫添加长期野外控制试验平台，于2023年植物生长季开展了原位13CO2脉冲标记实验，以追踪植物新固定光合碳在地上部、根系、根际沉积物和土壤中的迁移分配过程，揭示植物地下碳库间的权衡关系，定量解析酸化条件下植物地下碳分配策略及其对土壤碳积累的影响机制。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%，降低根际沉积（13%–60%）和土壤（0.8%–51%）13C绝对分配量，但提高了植物向根系分配的光合碳比例（3%–52%）。根系13C与土壤13C呈负相关，而与根系生物量及NSC呈正相关，表明草原植物在酸化胁迫下优先将有限的光合碳分配给根系生长、呼吸代谢和碳储存，而减少根际沉积物的释放，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。土壤酸化还显著抑制根际沉积碳输入、微生物对植物来源碳的利用以及土壤有机碳分解过程。尽管酸化促进了地下生物量积累，但土壤有机碳、颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳含量均未发生显著变化，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SOC储量。
该研究首次利用同位素示踪技术系统揭示了草地植物应对土壤酸化的地下碳分配策略，证实植物通过减少根际沉积碳释放、增加根系生长与碳储存投入来适应酸化胁迫，并阐明了根系生长与根际沉积之间的碳分配权衡机制。研究深化了对大气硫沉降背景下植物-土壤碳循环耦合过程的认识，为预测未来全球变化条件下草地生态系统碳汇功能提供了重要理论依据。研究成果以“Trade-off in carbon allocation between roots and rhizodeposition underpins plant adaptation to acidification in a meadow steppe”为题发表于Journal of Ecology期刊。中国科学院沈阳应用生态研究所博士生尚誉为第一作者，河北大学生命科学学院姜勇教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（32271677）等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.70143
图1 硫添加对脉冲标记7天后茎叶、根系和土壤13C（a）绝对含量和（b）相对分配比例的影响
图2 地下碳库之间的相关性分析
图3 硫添加诱导的土壤酸化对（a）茎叶、根系和土壤13C绝对含量的影响，（b）地下碳库间的权衡关系的影响示意图。虚线表示根系13C响应硫添加量的阈值点
