文章导读

随着工业化的迅速发展等经济社会原因，排放到大气中的二氧化碳 (CO2) 增多，大气的温室效应也随之增强，这些现象引起了全球气候变暖等一系列严重的环境问题。森林一直以来被认为可吸收大量 CO2，然而大量研究表明，全球森林面积正在以每年约 500 万公顷的速度减少。此外，在全球推进“双碳”目标的过程中，越来越多人认为未来农业将会成为碳中和的主力军，且农业碳中和所获得的收益会远远超出农产品所带来的收益。因此，研究人员对能够快速并高效地将 CO2 转化为生物量或有机物的田间植物物种表现出日益增长的兴趣。此外，土壤中以植物根系生物量形式的固碳作用也扮演着非常重要的角色。

北美黄花棯 (Sida Hermaphrodita) 原产于美国，被列为珍稀濒危物种。该物种除了地上生物量之外，还有广泛和强大的地下根系。来自波兰的 Roman Molas 博士及其合作者在 Crops 期刊发表了文章，该研究旨在确定北美黄花棯在田间栽培中是否能在根系和地上两部分进行“固碳作用”，同时探究种植该物种对土壤粒度和理化组成会产生何种影响。

研究过程与结果

本研究于 2016~2018 年在波兰斯维托克日斯基省 (21°00′E; 50°36′N, 海拔 300 m) 进行。作者于 2016 年 5 月 10 日，在 4 公顷的土地上播种了北美黄花棯的种子，并进行了为期 3 年的田间管理。

在每年 11 月底植物生长期结束后，作者在挖掘根系的同时采集土壤样本。这一过程包括从每 25 m2 的地块中人工挖掘出 30 cm 深的根系，使用干燥法测定根中的干物质，随后研磨样品并用于化学分析。此外，作者在收获地上部分之后，会从每个地块取样 10% 的茎，在此基础上，计算单位面积的茎和根的干重。作者使用 FTIR Gasmet DX-4000 分析仪 (Gasmet Technologies Oy, Vantaa, Finland) 测定了北美黄花棯茎中的碳含量；使用 FlashEA 1112 NC 分析仪 (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) 测定了北美黄花棯根中的碳含量。基于这些测定，作者计算了北美黄花棯所固定的总的碳含量。本研究中，作者使用方差分析 (Analysis of Variance, ANOVA) 模型对实验结果进行了统计处理。

研究结果表明，在砂质和砂壤土上种植北美黄花棯的最初 3 年中，该物种的地上生物量 (表 1)、地下生物量 (表 2) 以及总生物量 (表 3) 都显著增加，但是地上部分的产量明显低于根产量 (表 1 和表 2)。

表 1. 以烘干吨 (Oven Dry Tons, ODT) 计算的地上产量。

表 2. 以 ODT 计算的每公顷根产量。

表 3. 以 ODT 计算的每公顷茎和根的总产量。

除此之外，在砂质土壤上种植北美黄花棯的第三年，茎中固定了近 1.5 tC/ha (表 4)，而根中固定的 CO2 相当于 4 tC/ha 以上 (表 5)，北美黄花棯茎和根总的固碳结果如表 6 所示。另外，种植北美黄花棯使得细砂粒级的含量显著增加 (增加了 2.72%)，淤泥的含量也有所增加但并不显著 (表 7)。

表 4. 以 tC/ha 计算的北美黄花棯茎中的固碳作用。

表 5. 以 tC/ha 计算的北美黄花棯根的固碳作用。

表 6. 以 tC/ha 计算的北美黄花棯茎和根总的固碳作用。

表 7. 种植北美黄花棯对砂质和砂壤土中土壤组分含量的影响。

研究总结

由于北美黄花棯的地下根系和地上茎具有显著的固碳作用，因此，它被列为限制大气中 CO2 浓度的物种之一。此外，北美黄花棯特别适合在砂质土壤中种植，在砂壤土上，北美黄花棯生物量的产量比在砂壤土上高几倍。与此同时，本研究也强调了北美黄花棯具有强大的固碳能力和环境效益，因此北美黄花棯也被称为“一个可以改变世界的物种”。

原文出自 Crops 期刊

Molas, R.; Borkowska, H.; Skiba, D.; Sawicka, B.; Skulimowska, E. The Sustainable Future of Carbon Farming with Virginia Fanpetals, a Carbon-Negative Species. Crops 2022, 2, 258-267.

Crops 期刊介绍

主编：Kenneth J Moore, Iowa State University, USA

期刊主题领域包括但不限于：作物管理、作物保护、作物生态、作物生理、作物代谢、作物与土壤的相互作用、作物种子科学、作物育种和遗传学、作物分子生物学、作物生物技术和生物信息学、种质资源、作物质量和利用、谷物化学、作物储存和加工等。

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Time to Publication：46 Days