在大气CO2浓度不断增加背景下，陆地生态系统是否能够缓冲还是加剧CO2浓度增加和植物-土壤系统的碳截获过程密切相关。农田生态系统中增加的大气CO2浓度和氮肥管理可通过影响植物的光合作用、植物固定的光合碳的地下输入以及土壤碳库周转影响陆地生态系统碳循环。然而，CO2浓度升高对光合碳在植物-土壤系统的分配、转化和截获的影响及碳氮偶联效应尚不明确。因此，利用13C示踪技术，通过在春小麦生长期间连续供给13C-CO2研究光合固定碳在植物-土壤系统分配和转化。CO2浓度分别设定为350ppm为（常规CO2浓度）和600ppm浓度（CO2浓度升高）。每个CO2浓度下设置80kgN ha-1(N1)、120kg N ha-1(N2)、和180kgN ha-1(N3)三个施氮水平。在小麦的三个生长阶段（拔节期、抽穗期和成熟期）测定每个处理下的总光合碳和碳水化合物（中性糖）在小麦植株中的富集以及向地下部分的分配动态。利用气相色谱和气相色谱-质谱联用技术定量示踪植物新固定的中性糖向土壤的分配及其向土壤有机质转化和富集。结果表明:
　　1)CO2浓度升高显著促进了碳同化产物在植物各组织中的积累，增加施氮水平提高了CO2浓度升高对植物光合碳积累的促进作用。
　　2)CO2浓度升高和施氮水平对中性糖在小麦不同生长时期及自养和异养器官间的分配具有显著影响，从而影响植物光合固定碳的可分解性（质量）。常规CO2浓度下，增加施氮量对小麦根中光合碳向中性糖组分的分配比例没有著影响。但是，CO2浓度升高减小了生殖生长时期的小麦根系中性糖与碳含量的比值并导致碳氮比增加，表明小麦根系的可分解性降低。CO2浓度升高下，施氮量增加有利于提高生殖生长时期的小麦根系中性糖与碳含量的比值，同时减小了根的碳氮比，有利于提高根的可分解性。因此，CO2浓度升高和增加施氮量交互影响植物向土壤输入的光合碳的数量和质量。
　　3)在小麦生长过程中，土壤总碳含量保持不变，但是植物光合作用新固定的光合碳（新碳）通过根系沉积向土壤不断输入。经过小麦一个生长季，土壤中1-2％的碳来源于小麦根输入。CO2浓度升高下土壤中积累的光合碳总量比常规CO2浓度增加了20-41％，表明CO2浓度升高促进了光合碳输入的同时促进了土壤有机碳的更新。常规CO2浓度下，增加施氮水平增加了土壤中的光合碳总量;但在CO2浓度升高条件下，氮肥过量施用不利于光合碳在土壤中的积累。
　　4)植物光合碳向土壤输入过程中不断被微生物同化利用，使土壤中13C标记的六碳糖和五碳糖的相对比例不断发生变化。CO2浓度升高和增加施氮水平都提高了土壤各13C中性单糖和13C中性糖总含量，说明CO2浓度升高和增加施氮水平都促进了标记碳向土壤连续输入。CO2浓度升高条件下，增加施氮水平显著提高了新的六碳糖（13C鼠李糖、13C甘露糖、13C岩藻糖和13C半乳糖）和五碳糖（13C阿拉伯糖和13C木糖）的比，表明CO2浓度升高和增加施氮水平协同加强了微生物对植物新输入碳的利用和转化，从而提高了新的微生物来源糖的相对优势。
　　5)CO2浓度升高和增加施氮水平协同增加了总光合碳在整个植物-土壤系统的积累，因此可以在一定程度上减缓了大气CO2浓度的升高。在常规CO2浓度下，总光合碳在小麦植株和土壤间的分配比例不受施氮水平的影响。但在CO2浓度升高条件下，增加施氮水平促进了光合碳向植物的分配而减小了向土壤的分配，表明在短期内，CO2浓度升高条件下小麦对整个植物-土壤系统总光合碳积累的贡献随着施氮水平的增加而加强。
　　综上所述，CO2浓度升高和施氮水平偶联效应可以通过影响植物固定光合碳的数量和质量、光合碳向土壤中的输入、微生物对光合碳的利用和转化以及土壤有机碳的更新从而改变植物-土壤系统的碳固定和分配。我们的研究表明在CO2浓度升高背景下，田间氮管理措施可以通过影响植物和土壤间相互作用来调节农田生态系碳循环和碳截获。