长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

大气CO2浓度升高可直接或间接影响稻田CH4排放。深入研究长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放及其相关微生物的影响，对评估和应对未来气候背景下稻田CH4排放的响应具有重要意义。为探明长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响及其机制，依托连续运行10年以上的中国稻田FACE（free-air CO2 enrichment）平台，观测2016—2017年正常大气条件（ACO2）和大气CO2浓度升高200 μmol?mol-1条件（ECO2）下稻田CH4排放通量、产甲烷菌和甲烷氧化菌群落丰度，并采用Meta分析方法定量研究CO2熏蒸年限对稻田CH4排放及其相关微生物群落丰度的影响。结果表明：对比ACO2处理，长期ECO2处理使稻田CH4排放降低28%（P<0.05），产甲烷菌群落丰度降低39%（P<0.05），同时甲烷氧化菌群落丰度增加21%（P>0.05）。Meta分析结果发现，随着CO2熏蒸年限的增加，大气CO2浓度升高对稻田CH4排放和产甲烷菌群落丰度的促进作用逐渐减弱，对甲烷氧化菌群落丰度的促进作用却逐渐增大。因此，未来气候条件下，长期大气CO2浓度升高会降低稻田CH4排放，这对缓解水稻种植带来的温室效应具有重要意义。     

不同水稻品种对稻田甲烷排放量的影响

水稻在稻田甲烷排放过程中起着非常重要的作用.有90%的稻田甲烷是通过水稻的通气组织排放到大气中的[1,2].土壤类型、灌溉措施、施有机肥等农业措施是影响稻田甲烷排放量的主要因素[3～11].甲烷排放量的差异在水稻品种之间非常显著[10,12～15],但对其机理尚不很明确[16].Mariko等[17]报道,水稻植株的分蘖数与甲烷排放量呈正相关;     

大气CO2浓度缓增对稻田土壤甲烷氧化过程的影响

微生物介导的甲烷好氧氧化,对控制稻田甲烷排放起着重要作用。本文从基因、群落、活性等多个层次上解析CO₂浓度缓增对稻田土壤甲烷好氧氧化过程的影响及其作用机理。依托于田间CO₂浓度自动调控平台,在背景CO₂浓度(AC)基础上,设置了CO₂浓度缓增处理(每年增加40μL·L^-1,持续4年)(EC)。采用室内泥浆培养以及高通量测序和定量PCR技术,对不同CO₂处理下水稻关键生育期(分蘖期、拔节期、扬花期和乳熟期)土壤中的甲烷氧化潜势及其功能微生物的丰度和群落结构进行了系统研究。结果表明：大气CO₂浓度升高促进了稻田甲烷氧化潜势和甲烷氧化菌丰度的增加;CO₂浓度升高还使得土壤中甲烷氧化菌的群落结构发生了显著变化,其优势菌从Ⅱ型菌转变为Ⅰ型菌。CO₂浓度升高所致的土壤中甲烷、氧气浓度以及氮素水平等的改变很可能对稻田甲烷氧化过程产生了重要影响。综合本研究发现,稻田甲烷氧化过程对大气CO₂     

常年淹水稻田甲烷产生潜力和产生途径的季节变化

甲烷的减排问题已成为各国政府和科研人员关注的焦点。稻田是温室气体甲烷的重要排放源,甲烷产生是排放的前提条件,主要有乙酸发酵和CO₂/H₂还原两条途径。常年淹水稻田甲烷排放量高,减排潜力大,但关于这类稻田甲烷产生途径的季节变化规律尚少见报道。于四川省资阳市的常年淹水稻田,采集水稻4个重要生育期(分蘖期、孕穗期、抽穗期、成熟期)的新鲜土样,通过室内厌氧培养试验观测了甲烷产生潜力,并采用稳定性碳同位素方法和氟甲烷(CH₃F,2%)抑制法,量化CO₂/H₂产甲烷的碳同位素分馏系数(α(CO₂/CH₄)),从而定量评估乙酸产甲烷途径的相对贡献率(?乙酸)。结果表明：添加CH₃F显著降低甲烷产生,甲烷产生潜力在成熟期最大,变化范围为3.22～12.71μg·g^–1·d^–1;产生CH₄的δ¹³C值(δ¹³CH_...     

稻虾共作模式下土壤甲烷产生与氧化潜力及其对温度的响应特征

稻田是大气甲烷的重要人为排放源。为探讨不同稻田利用方式下甲烷产生和氧化潜力及其对温度的响应特征，以我国东南部地区常规稻田种植体系、由稻田转变来的稻虾种养结合体系和常规虾塘养殖体系为研究对象，分别采集位于江苏省句容市常规稻田（CR）、共作稻区（R-CR）和共作虾区（R-CC）以及常规虾塘（CC）土壤样品，在5℃、15℃、25℃和35℃条件下进行为期30 d的室内培养实验。结果表明：农业土地利用方式转变对甲烷产生和氧化潜力均有显著影响，甲烷产生潜力由大到小依次为：共作虾区、常规虾塘、共作稻区、常规稻田，分别为1.14、0.33、0.25和0.17 μg?g-1?d-1，甲烷氧化潜力从大到小依次为：常规稻田、常规虾塘、共作稻区、共作虾区，分别为1.38、1.01、1.00和0.71 μg?g-1?d-1。由于水分管理差异以及饲料、氮肥投入导致底物和环境因子差异造成了产甲烷菌、甲烷氧化菌的活性差异，使得不同土地利用类型土壤呈现不同的甲烷产生和氧化潜力特征；甲烷产生潜力随培养温度的升高呈指数增长，在5℃、15℃、25℃和35℃时的平均值分别为0.13、0.26、0.55和0.95 μg?g-1?d-1。而甲烷氧化潜力仅在低温时比较敏感，在15℃、25℃、35℃时与5℃下的甲烷氧化潜力存在显著差异，而三种培养温度之间无显著差异（甲烷氧化潜力在5℃、15℃、25℃和35℃时分别为0.71、1.14、1.14和1.11 μg?g-1?d-1）。总体上，甲烷产生潜力对温度的响应强于甲烷氧化潜力。此外，土壤甲烷产生和氧化潜力均受温度或土地利用类型单因素的显著影响（P<0.01），但两者的交互效应仅对土壤甲烷产生潜力存在显著影响，对甲烷氧化潜力并无显著影响。     

稻田亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化对大气CO2浓度缓增的响应

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（nitrite-dependent anaerobic methane oxidation, n-damo）是控制稻田甲烷排放的一种新途径，但有关其在稻田甲烷氧化中的贡献及其对大气CO2升高的响应尚不清楚。本文依托开顶式气室组成的CO2浓度自动调控平台，在环境 CO2浓度（CK）基础上，设置了CO2缓增处理（EC：每年增加 40 μL·L-1, 至采样时CO2浓度为CK+160 μL·L-1）。采用稳定性同位素示踪、定量PCR和高通量测序等手段，分析了不同CO2处理下水稻关键生育期（分蘖期、拔节期和开花期）稻田n-damo活性及其功能微生物Candidatus Methylomirabilis oxyfera (M. oxyfera)-like细菌的丰度、多样性和群落组成。结果发现，EC处理在一定程度上刺激了土壤中n-damo活性以及M. oxyfera-like细菌丰度，且在拔节期达到了显著性水平。EC处理还使M. oxyfera-like细菌的群落组成发生了显著改变，并影响了其多样性。EC处理下土壤可溶性有机碳含量和无机氮含量的改变很可能是导致n-damo活性及M. oxyfera-like细菌群落结构发生变化的重要原因。综上，稻田n-damo过程对大气CO2浓度缓增具有正响应，表明了其在未来气候变化背景下对稻田甲烷减排的积极作用。     

长期定位试验对水稻田土壤甲烷氧化活性和甲烷排放通量的影响

通过对长期定位施肥的黄松稻田土的甲烷氧化活性和甲烷排放通量的研究表明,长期定位施肥对稻田土壤的好氧甲烷氧化活性和甲烷排放通量有显著性的影响(|t|t0.05,P0.05),而对稻田土壤的厌氧甲烷氧化活性有影响但未达显著性水平(|t|t0.05,P0.05)。施加有机肥能显著增加稻田土壤的甲烷氧化活性和甲烷排放通量;当有机肥和无机肥混合施用时,其促进作用明显大于单施有机肥或无机肥。施加尿素后,稻田土壤的甲烷氧化活性及甲烷排放量都有所下降,但钾肥和磷肥能缓解由尿素引起的抑制作用。施肥后耕作的稻田甲烷氧化活性和甲烷排放通量高于施肥后不耕作的稻田;耕作而不施肥的稻田甲烷氧化活性和甲烷排放通量要低于不施肥也不耕作的稻田。     

稻田甲烷排放的研究进展

稻田是甲烷的重要排放源之一。文章对稻田甲烷的最新研究进展作了较为详尽的综述，包括稻田甲烷和的机理，规律；重点分析了影响稻田甲烷排放的因素以及控制稻甲烷排放的措施。最后指出了今后的研究重点应以现有的田间数据为基础，建立稻田温室气体排放的综合模型，预测稻田温室气体排放变化。     

稳定性碳同位素方法在稻田甲烷研究中的应用

稻田甲烷产生、氧化等过程不仅影响甲烷排放量,还影响其稳定性碳同位素组成;反之,稻田所排放甲烷的稳定性碳同位素组成也可用来定量研究甲烷的产生和氧化过程。20世纪80年代以来,国外已将稳定性碳同位素方法广泛应用在稻田甲烷的研究中。本文介绍了稳定性碳同位素方法的基本原理及其在稻田甲烷产生、氧化过程研究中的应用,指出了该方法在稻田甲烷研究中的不确定因素,为我国稻田甲烷的深入研究提供了新的有力手段。     

稻草还田对晚稻稻田甲烷排放的影响

晚稻稻田的甲烷排放呈现前高后低特点 ,稻田甲烷的日排放速率与日均气温具有良好的正相关。稻草翻施使稻田甲烷排放量上升 5 1 .1 1 % ,而采用稻草表施的方法甲烷排放量仅增加 33.98%。水稻分蘖期是稻田甲烷排放的重要时期 ,其甲烷排放量占水稻全生育期排放总量的 65 .6% ,施用稻草进一步加大水稻分蘖期的甲烷排放比例。与稻草翻施相比 ,稻草表施的甲烷减排突出表现在水稻分蘖期及一天中 1 2∶0 0～ 1 6∶0 0的甲烷排放高峰时段。土壤 5cm处温度的昼夜周期性变化与稻田甲烷排放的昼夜周期性变化具有高度相关性。稻草表施可明显降低稻田耕层土壤水溶解甲烷含量     

不同施肥处理稻田甲烷排放研究进展

稻田是甲烷的重要排放源之一,而施肥是影响稻田甲烷排放的重要因素之一。本文对施肥稻田甲烷排放的最新研究进展作了较为详尽的综述,包括不同肥料类型、不同的施肥处理等对甲烷排放的影响,分析了导致这种影响的原因。最后指出了今后的研究重点应以现有的研究成果为基础,探索产量、环境与甲烷排放增减的相关研究,寻求最优的减排方法。     

不同耕作方式下稻田土壤CH4和CO2的排放及碳收支估算

二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）是重要的温室气体,研究免耕稻田CO2和CH4排放有助于评价稻田免耕技术对全球气候变化及碳循环的影响。本文通过运用静态箱技术和田间原位碱液吸收法研究了免耕稻田土壤CO2和CH4的排放规律和排放量,及其稻田碳（C）的收支状况。研究表明,施肥提高了CH4排放,而不影响CO2的排放;免耕显著影响稻田CH4排放,而CO2的排放不受耕作影响。对稻田C收支及平衡的分析表明,施肥提高了稻田系统C的输入,同时,相对于翻耕处理,免耕处理表现为大气C的“汇”,表明了稻田免耕能将更多的碳累积于农田土壤碳库中,有利于提高稻田生态系统在减缓气温上升过程中所发挥的作用。     

水稻植株特性对稻田甲烷排放的影响及其机制的研究进展

水稻是我国最主要的口粮作物,稻田是重要温室气体甲烷的主要排放源之一。水稻植株特性既是水稻产量形成的关键因子,也是稻田甲烷排放的主要影响因子。但是,至今关于水稻植株对稻田甲烷排放的调控效应及其机制仍存在许多不一致的认识。为此,本文从形态特征、生理生态特征、植株-环境互作等方面,对现有的相关研究进行了综合论述。水稻地上部形态特征如分蘖数、株高、叶面积等对稻田甲烷排放的影响的研究结果不尽相同,起关键作用的是地下系统。优化光合产物分配在持续淹水的情况下可以减少稻田甲烷排放。提高水稻生物量在低碳土壤增加稻田甲烷排放,但在高碳土壤下降低甲烷排放。本文还明确了相关研究现状和存在的问题。在此基础上,作者认为未来应加强水稻根系形态及其生理特征,以及水稻植株-土壤环境(尤其是水分管理和养分管理)互作对稻田甲烷产生、氧化和排放影响的研究,在方法上应加强微区试验和大田试验的结合,并开展植株和稻田的碳氮互作效应及其机制研究,为高产低碳排放的水稻品种选育和低碳稻作模式创新提供理论参考和技术指导。     

三江平原稻田甲烷排放的模拟与估算

本研究以三江平原为研究区,利用遥感信息提取技术获得研究区水稻田的空间分布信息,并结合DNDC模型对稻田温室气体甲烷的季节排放进行了模拟和估算。结果显示2006年研究区的水稻田面积为1.428×106 hm2,每季向大气净排放的甲烷-碳总量为0.424-0.513 Tg (1 Tg = 1012 g),并且空间上具有较大的排放差异。研究表明,集成遥感信息技术和生态模型模拟方法,将为编制稻田温室气体排放清单和制定减排策略提供潜在的手段。     

水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO2浓度升高的适应规律

CH4是仅次于CO2的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,但未来大气CO2浓度升高情景下（elevated CO2, eCO2）,水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。本研究依托中国FACE（Free Air CO2 Enrichment）水稻田试验平台,通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验,采用稳定性同位素核酸探针（DNA-SIP）和高通量测序技术,研究了未来大气CO2浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。研究结果表明：与常规大气CO2浓度（ambient CO2, aCO2）相比,eCO2条件下的甲烷氧化活性显著增加,从243 nmol g-1 d.w.s h-1增加至302 mol g-1 d.w.s h-1,增幅高达24.3%,甲烷氧化菌数量则增加了1.1~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA,高通量测序发现,未来大气CO2升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替,与对照相比,类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%,而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%-11.1%;同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。这些研究结果表明：未来大气CO2升高情景下,水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异,促进了甲烷氧化通量,而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应,是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。     

华中稻田甲烷排放的施肥效应及施肥策略

研究了实施几种不同比例有阶肥及化肥的施肥方案对稻田甲烷排放的影响。在维持氮、磷、钾含量其本不变时，施较多的有机肥是甲烷排放率高的重要原因，而施较多化肥则能降低甲烷排放；同样是有机肥，已在沼气池中发酵后的沼渣经干燥后对稻田甲烷徘放的正效应要大大低于“新鲜”有机肥；有机肥数量及性质的改变对甲烷排放的影响程度要远远大于改变化肥量对甲烷排放的影响，即有机肥的数量及性质显影响稻田甲烷排放的主要因素；控制甲烷排放的方法应重点放在控制有机肥的施用上，沼渣作为一种再生性的资源，具有多种优点，能够用来代替目前常用的有机肥。沼渣肥与化肥结合施用可能是降低稻田甲烷排放的有效措施。     

稻田甲烷排放影响因子的研究进展

综述影响因素-农业操作、水稻植物体、天气以及土壤对稻田甲烷排放的作用,说明目前稻田甲烷排放研究的状况和研究方向.     

水稻物质生产对稻田甲烷排放的影响

以研究水稻物质生产对稻田甲烷排放影响为目的的大田与盆栽试验于１９９４￣１９９５年在美国德克萨斯州进行。对同期观测的稻田甲烷排放量与水稻干物质积累资料的分析表明,在类似的气候,土壤及水稻栽培管理条件,稻田甲烷排放的季节总量随水稻生产力水平的提高而增加;甲烷日排放通量与水稻干物质积累呈正相关,水稻生长中,后期的物质生产对甲烷排放的贡献大于前期。     

稻作制有机肥地下水位对稻田甲烷排放的影响

采用大田小区试验和长期定位模拟试验，研究了稻作制、有机肥、地下水位对稻田甲烷排放的影响。结果表明，水稻不同生育期甲烷的排放规律4种稻作制有比较一致的变化趋势，甲、晚稻均以分蘖期甲烷的排放速率最大，以后逐渐减少。4种作制中稻－稻－绿肥甲烷的排放量最小；有机肥施用可明显增加甲烷的排放量；高水位稻田甲烷的排放量明显高于低水位稻田；晚稻甲烷的排放量高于早稻。     

爽水性稻田甲烷排放特点

通过田间小区试验,观测研究了不同施氮水平和前茬是否施用稻草的爽水性稻田的甲烷排放情况。结果表明,爽水性稻田甲烷排放通量有明显的规律性,烤田前甲烷排放量较大,烤田期间甲烷排放并不明显减少,但烤田后甲烷排放下降显著;前茬覆盖稻草对稻田甲烷排放有明显的促进作用;