SCI期刊：Nature Geoscience
英文题目：Reduced phosphorus bioavailability in rice paddies intensified by elevated CO2-driven warming文章链接：Wang, Y., Chen, H., Su, W. et al. Reduced phosphorus bioavailability in rice paddies intensified by elevated CO2-driven warming. Nat. Geosci. (2026). https://doi.org/10.1038/s41561-026-01917-2大气CO₂浓度升高会通过促进土壤有机磷累积与作物收获移除，降低水稻土的磷（P）有效性。大气CO₂与温度同步上升，但二者对土壤磷循环的交互作用机制仍不明确。本研究依托典型稻-旱轮作系统，开展了长达十年的开放式大气CO₂浓度升高（FACE）与原位增温（+2℃）耦合试验。结果表明，CO₂浓度升高与增温均会加剧土壤磷限制，且单独增温、以及增温与高CO₂协同作用的影响，均显著强于单独CO₂浓度升高。所有气候变化处理均使土壤有效磷大幅耗竭（降幅32%~54%），土壤碳磷比（C:P）显著升高（增幅4%~30%）。此外，增温虽在初期加速磷矿化，但会通过强化铁-有机碳复合物形成与微生物固持作用，最终降低磷有效性；而CO₂浓度升高通过促进作物生长提升其磷需求，上述过程共同加剧了土壤磷耗竭。本研究证实，铁-有机碳互作是此前被忽视、可显著降低磷生物有效性的关键机制。研究结果构建了地上-地下碳磷耦合与微生物驱动的铁-有机质动态关联的理论框架，强调未来气候变化背景下，亟需制定适应性养分管理策略，以保障水稻生产的可持续性。在气候变化背景下，大气二氧化碳浓度升高（eCO2）及其诱导的全球变暖对陆地生态系统的养分循环产生了深远影响。水稻作为全球核心粮食作物，其产量的稳定性高度依赖于土壤养分的供应。磷（P）是限制植物生长的关键大量元素之一，在淹水稻田环境中，磷的有效性受氧化还原电位、pH值及微生物活动的复杂调控。虽然前人研究探讨了单一气候因子对磷循环的影响，但_eCO2与增温共同作用下，水稻土磷有效性的动态响应及其背后的多维调控机制尚不明确。针对研究空白提出了以下核心问题：在长期eCO2和变暖的交互作用下，稻田土壤中的生物有效磷（Bioavailable Phosphorus）含量如何变化？土壤理化性质（如Eh、pH）的变化如何通过非生物途径影响磷的赋存状态？负责磷转化功能的微生物群落（如含有phoD和pqqC基因的类群）在群落结构和功能潜能上发生了哪些关键演变，进而影响磷的生物循环？本研究的逻辑构建遵循了从“现象观测”到“机制解析”再到“系统整合”的科学路径。首先，作者依托于长期FACE实验平台，设置了环境对照（Ambient）、二氧化碳升高（eCO2）、增温（Temp）以及两者并存（eCO2+Temp）四个处理。这种析因实验设计是生态学研究中评估多因子交互作用的标准范式。在非生物环境表征方面，研究重点监测了稻田的关键指标：pH值和氧化还原电位（Eh）。通过原位电极测量，作者获取了分蘖期、抽穗期和灌浆期等关键物候期的动态数据。本文通过长达数年的FACE（大气CO2浓度增高实验）观测发现，eCO2和变暖的叠加效应显著降低了水稻土中磷的生物有效性。图 1：水稻籽粒与土壤中碳、氮、磷含量及化学计量比的时间与气候变异
二氧化碳升高与增温共同导致了土壤氧化还原电位（Eh）的显著下降，这种更强的还原环境促进了磷与铁氧化物的结合或沉淀，减少了有效磷的释放。图 2：多年尺度下气候条件对作物及土壤磷动态的影响
气候变化显著改变了参与磷循环的微生物群落结构。介导有机磷矿化的phoD基因和介导无机磷溶解的pqqC基因的丰度及多样性在复杂气候处理下有所下降，直接削弱了微生物驱动的养分周转能力。图 3：气候对铁结合态有机碳及土壤磷的影响
综合路径分析表明，非生物因子（尤其是Eh）的变动是导致有效磷下降的主导因素，而微生物功能的退化则起到了关键的负反馈作用，两者协同强化了磷受限的程度。图 4：CO₂浓度升高与增温背景下作物–土壤–微生物互作调控磷循环的概念模型
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