CO₂浓度升高对水稻增产的可持续性研究取得进展

大气CO₂浓度升高能够提高C3作物的光合作用，从而增加其生物量和产量；这一现象称为“CO₂肥料效应”。已经开展了30多年的FACE（开放式自由大气CO₂浓度富集）试验，探明一年一季骤增CO₂浓度对C₃作物产量的“肥料效应”。然而，未来更真实的情境是：作物在持续高CO₂浓度环境下种植、生长和收获，收获后的子代种子又将继续在高CO₂浓度下种植、生长再收获，如此循环往复多代。那么，C₃作物产量的“CO₂肥料效应”是否能够持续多代？该问题一直是研究中的空白，直接制约了国际组织对未来气候变化背景下粮食作物产量的准确评估。

针对这一问题，中国科学院南京土壤研究所朱春梧课题组，依托江都和常熟两个FACE平台，开展连续7年水稻子代高CO₂浓度培养试验。研究发现，水稻地上部生物量和产量的“CO₂肥料效应”取决于母本种子在高CO₂浓度下处理的代际数。线性回归分析进一步揭示，子代植株氮素积累量驱动其产量对CO₂浓度升高的响应。相关的遗传分子机制是：CO₂浓度升高改变了子代的DNA甲基化和基因表达，调控植株氮代谢和光合作用过程。该研究结果表明，已有的全球作物FACE试验结果都是基于一年一季的骤增CO₂效应，不能准确评估作物产量对未来长期CO₂浓度升高的响应。因此，未来全球气候变化背景下，大气CO₂浓度升高对作物产量的“肥料效应”真实性可能需要重新评估。本研究结果为改进现有作物生长模型的机理性，提升其评估全球作物产量“CO₂肥料效应”的准确性指明了方向。

以上研究成果以“Carbon dioxide fertilization effect on rice yield is not sustained over multiple generations”为题发表在《One Earth》上，中国科学院南京土壤所蔡创博士为第一作者，朱春梧研究员为通讯作者，合作单位有康奈尔大学、瓦赫宁根大学、阿尔伯塔大学、密西根大学、湖南大学、中国科学院分子植物科学卓越创新中心和海南大学等。

该成果得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、南京土壤研究所“十四五”自主部署项目、南京市科技局碳达峰碳中和科技专项等多个项目的资助。

论文链接