水稻植株对稻田甲烷排放影响的研究进展

甲烷是大气中主要的温室气体之一,稻田是农业生态系统中甲烷的主要排放源,而水稻植株是影响稻田甲烷排放的重要因素,因此研究水稻植株对稻田甲烷排放的影响对于保护大气环境、缓解温室效应具有非常重要的意义。从植株根系对稻田甲烷排放的影响、植株生长特性对稻田甲烷排放的影响、水稻产量潜力与稻田甲烷排放差异3个方面,对国内外水稻植株对稻田甲烷排放的影响研究做了较为详细的综述,并对稻田甲烷排放研究进行了展望。     

水稻对稻田甲烷排放的影响。

研究水稻对稻田甲烷排放的影响对有效控制或减少大气甲烷含量、保护大气环境等具有非常重要的意义.笔者从水稻根系对稻田甲烷产生的影响、水稻对稻田甲烷的传输影响和水稻根系的氧化能力对稻田甲烷排放的影响三个方面,对国内外水稻植株影响稻田甲烷排放的研究做一综述,并且分析了未来需要加强的研究内容.     

孕穗期剪叶对稻田甲烷排放的影响

水稻根系对稻田甲烷排放有重要影响,剪叶可以调节水稻源库关系和根冠生长,但其对稻田甲烷排放的调控效应及机制尚不清楚.以扬稻6号(籼稻)和日本晴(粳稻)为材料,在大田栽培条件下对孕穗期水稻植株进行剪叶处理,研究植株与土壤的相关性状及其对稻田甲烷排放的影响.结果表明,与对照相比(未剪叶),剪叶处理显著降低了稻田甲烷排放通量,扬稻6号和日本晴2个品种的甲烷排放通量在剪叶36 h后分别比对照降低了23.0％和22.1％.剪叶极显著降低了水稻叶面积指数,但其对根系形态特征、根系泌氧能力和氧化力无显著影响;剪叶处理使根中非结构性碳水化合物(NSC)和根系分泌物总有机碳(TOC)含量显著降低,但使2个品种根中NSC/TOC分别增加了33.1％和28.9％.Mantel检验分析表明,根中NSC/TOC是影响稻田甲烷通量和产甲烷菌最主要的因素.这些结果表明,剪叶处理可以调节光合产物在根系和根际土壤中的分配,提高NSC/TOC,导致土壤中产甲烷菌数量下降进而减少稻田甲烷排放.     

有机肥对水稻产量和温室气体排放影响的研究进展

水稻是我国最主要的粮食作物,稻田是农业温室气体的重要排放源。在水稻种植和研究中,有机肥因其有机质含量高、养分全面、肥效稳定等特性被广泛应用。有机肥能够改善稻田土壤的理化性质,改变土壤微生物的活性和群落结构,进而直接或间接影响稻田温室的气体排放。然而,有机肥种类繁多,不同类型有机肥对稻田土壤的作用机理及影响温室气体排放的机制存在一定的复杂性。本文以有机肥对土壤理化性质的影响为出发点,系统综述有机肥对水稻根系、地上部生长、产量及其构成因素的影响,阐述有机肥通过改变土壤碳氮比以及土壤产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性等途径,直接或间接影响稻田甲烷和氧化亚氮排放的生理机制,并阐述不同类型有机肥对稻田甲烷、氧化亚氮排放的影响。结合国内外研究进展,对不同类型有机肥增减排稻田甲烷、氧化亚氮能力的文献进行梳理,提出未来有机肥对水稻生产和稻田温室气体排放关系的研究方向,以期为更好地揭示有机肥对水稻产量形成、稻田温室气体排放的作用机制及为稻田温室气体减排提供理论依据。     

我国水稻高产新品种有利稻田甲烷减排

<正>最近,中国农科院作物所作物耕作与生态创新团队,在水稻植株对稻田温室气体排放的调控效应及机制研究中取得重要进展。研究表明,高产新品种对稻田甲烷CH4排放的影响取决于稻田土壤有机质水平。当稻田土壤贫瘠时,高产品种会提高CH4排放;在中高产稻田,高产新品种显著降低     

早晚稻不同品种甲烷排放的差异与根系特性的相关分析

[目的]本文探索了不同水稻品种间的甲烷排放差异与根系特性的相关性。[方法]以早晚稻各6个品种作为研究对象进行水培试验,观测其不同时期的甲烷排放速率与根系特性,并作了相关分析。[结果]不同早晚稻品种间甲烷排放速率存在显著差异,全生育期早稻甲烷排放速率最高的是陆两优996,最低的是中早39,相差0.186 mmol·m~(-2)s~(-1);晚稻品种甲烷排放速率最高的是玉针香,最低的是Y两优1号,相差0.282 mmol·m~(-2)s~(-1)。早晚稻的甲烷排放速率与根氧化力、根孔隙度均存在显著正相关关系(P 0.05);此外,早稻甲烷排放速率与根系活跃吸收面积、根系总吸收面积均呈极显著负相关关系(P0.01);而晚稻甲烷排放速率与根系活跃吸收面积、根系总吸收面积则呈极显著正相关关系(P 0.01)。[结论]早晚稻根系特性与甲烷排放速率之间的相关性表现出不同的特点,综合结论得出:根系活力、根孔隙度是影响水稻甲烷排放的根系关键指标。其中常规早稻品种、杂交晚稻品种呈现低排特征,为种植水稻低甲烷排放品种提供选择。     

中国稻田甲烷排放研究进展

简要综述了我国近年来在稻田甲烷排放研究中取得的进展。主要介绍了目前研究我国稻田甲烷排放的静态箱/气相色谱法,稻田甲烷排放的日变化、季节变化和年际变化规律,温度、施肥、灌溉、土壤条件和水稻植株等因素对稻田甲烷排放的影响及我国在稻田甲烷减排措施方面取得的成就和进展。最后提出了今后应加强稻田甲烷排放模式、排放总量和稻田甲烷减排措施等方向的研究。     

稻田生态系统温室气体排放影响因素的研究进展

水稻作为我国重要的口粮之一,种植面积不断扩大,而甲烷和氧化亚氮作为稻田系统的主要温室气体,对全球的温室效应起着非常重要的作用。为实现低碳农业的可持续发展,并提供相关的理论支撑,综述了不同水稻品种、水分管理条件、施肥方式和耕作制度4个因素对稻田甲烷和氧化亚氮排放的主要影响,并从综合温室效应方面提出品种选择、水分控制、适宜的轮作制度、合理施肥的单项技术及综合技术模式集成与示范应用。     

稻田CH4和N2O排放消长关系及其减排措施

稻田CH4和N2O排放存在互为消长的关系,此种关系不受时间、空间及有无水稻植株的影响,考虑稻田CH4减排措施的同时必须兼顾该措施对N2O排放的促进作用.本文从水分管理、施肥管理、水稻品种、甲烷抑制剂及脲酶/硝化抑制剂、耕种方式及耕作制度等方面综述了近年来关于稻田CH4和N2O减排措施的研究,以期从农业实践中总结缓解稻田CH4和N2O排放引起的综合温室效应的生产措施.分析表明,稻田低施氮水平条件下进行中期烤田是减少CH4和N2O排放的有效措施,有机秸秆进行堆腐好氧分解后施入或在休闲期(如秋季或冬季)施人稻田表现出较好的应用前景,施用甲烷抑制剂、脲酶抑制剂及硝化抑制剂和缓释,控释肥料对降低稻田温室气体排放及提高作物产量意义重大.     

水稻品种及栽培措施对稻田甲烷放的影响

以不同水稻品种为材料,通过测定孕穗至齐穗期稻田甲烷排放量,研究不同品种、不同栽培密度和不同施氮水平对稻田甲烷排放的影响。结果表明：①在品种演进过程中,产量水平不断提高,稻田甲烷排放通量呈逐渐减小（南京１号最大除外）的趋势,即南京１号〉冒子头〉珍珠矮〉扬稻４号,且孕穗期与齐穗期趋势一致。②施氮量、栽植密度对稻田甲烷排放均有影响,稻田甲烷排放通量以高氮处理最高,中氮处理次之,低氮处理最小;每穴栽插４苗     

水稻植株与CH4排放的相关因子及模糊聚类分析

通过对不同水稻品种甲烷排放量与水稻通气组织相关性分析,确定聚类指标,运用离差平方和聚类分析方法对水稻品种进行聚类,初步探讨了水稻植物学特性与甲烷排放的相关性.结果表明,早、晚稻不同水稻品种甲烷排放量与植株显著相关的指标是不同的.早稻品种植株第2节间茎秆维管束总面积、第2节间茎秆壁厚、第2节间叶鞘横切面积/节间横切面积、第2节间叶鞘气腔面积/叶鞘与茎秆横切面积之和4个指标与甲烷排放量呈显著相关关系.晚稻品种植株株高与茎秆长度、第3节间茎壁横切面积/节间横切面积、第3节间茎壁髓腔面积/节间横切面积、第3节间叶鞘横切面积/节间横切面积、第3节间叶鞘维管束面积/节间横切面积、第3节间叶鞘气腔面积/茎壁横切面积、第3节间茎秆维管束面积/茎秆横切面积8个数量指标与甲烷排放量都呈显著相关性.分别以上述相关因子为聚类指标,对早、晚稻品种进行聚类分析,都可分为甲烷排放量高、中、低3类,与实测结果吻合度分别为87.5%和90%.因此,所选指标作为水稻品种甲烷排放量等级聚类指标是可行的,为水稻品种甲烷排放量定性分析提供了实践及理论依据.本研究将为水稻品种甲烷排放量等级区分提供依据,为高产杂交稻、超级稻的育成与推广提供环境学支撑.     

磷对稻田甲烷排放的影响及其可能机制

目前关于磷对稻田甲烷排放的影响研究较少,为此,本文检索了已发表的磷对稻田甲烷排放的相关文章,并对文献数据进行了再挖掘分析,总结归纳了磷对甲烷产生和氧化的可能影响,并对未来需要进一步探究的问题进行了讨论。分析发现磷对稻田甲烷排放的调控主要受种植系统和其他施肥情况的影响,一季中稻下大都表现为磷肥施用降低甲烷排放,降幅受其他土壤养分情况影响而不同。磷通过影响水稻根系及其分泌物进而影响土壤碳的有效性,直接影响土壤磷的有效性,并改变土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌的丰度和群落组成来调控甲烷的产生及氧化过程,最终影响甲烷的排放。     

施铁对普通野生稻田甲烷排放的影响

为了探究施铁对普通野生稻田甲烷的减排效果，对1个根表铁膜形成能力较强的普通野生稻居群进行了水泥池小区对比试验，观测了施铁处理和对照的CH₄排放速率、土壤孔隙水Fe2+浓度和根表铁膜。结果表明:施铁导致CH₄总排放量减少了29.51%，在普通野生稻生长前期CH₄减排效应尤为明显。移栽后第19 天，施铁小区的土壤孔隙水Fe2+浓度为0.57 mmol·L?1 ，显著大于对照小区。根生物量和单株根表铁膜数量在施铁处理和对照之间的差异随植株年龄增大而增大。因此，施铁措施对具有厚铁膜潜力的普通野生稻居群的CH₄减排能起到明显的促进作用。     

保护性耕作模式下早稻田甲烷排放特征

[目的]研究耕作对早稻田甲烷排放的影响,并分析影响稻田甲烷排放的环境因子,寻找合适的耕作模式以减少稻田甲烷排放.[方法]设免耕不施肥、免耕施肥、常规不施肥和常规施肥4个处理,分别在水稻分蘖期和水稻抽穗期采用静态箱法收集气态甲烷(CH4),同步观测地温、采气箱内温度、环境温度、地表温度、草面温度、相对湿度及风速,探究早稻田CH4排放的日排放规律,明确免耕和施肥及环境因素对稻田CH4排放的影响.[结果]早稻田CH4的排放与气温、地表温度、5 cm土温、草面温度、相对湿度、风速等密切相关,尤其在分蘖期,各处理均与上述环境因子显著相关(P<0.05).不同耕作与施肥模式下,CH4日平均通量不同,在水稻分蘖期具体表现为常规施肥>常规不施肥>免耕施肥>免耕不施肥,在水稻抽穗期表现为常规不施肥>免耕施肥>常规施肥>免耕不施肥.[结论]免耕与常规耕作相比,早稻田CH4的排放量相对降低;施肥导致分蘖期早稻田CH4排放通量增加,但在抽穗期导致早稻田CH4排放减少.免耕可以减轻早稻田CH4的排放,其推广能为稻田减排做贡献.     

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下, 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。     

水稻根系对甲烷传输速率的影响

以不同水稻品种为材料 ,通过实验室手段测定水培稻株甲烷传输速率 ,研究水稻根系对甲烷传输的影响。结果表明 :在水培液中加叠氮化钠对汕优 63和冒子头的甲烷传输都有一定的抑制作用 ,但使 2个品种甲烷传输速率明显减小的浓度不一致 ,汕优 63为 0 .1× 10 - 8,冒子头为 0 .5× 10 - 8。说明品种间对叠氮化钠耐性存在差异。通过进一步对汕优 63水稻根系剪切处理表明 :剪根后甲烷传输速率随之改变 ,留根条数、根重与甲烷传输速率的变化均呈明显的线性正相关 ;仅切除根尖 ,甲烷传输速率大幅度下降 ,降低了 5 0 .8%。这些结果说明稻根的主动吸收 ,对稻体的甲烷传输起十分重要的作用     

地质高背景区镉污染稻田中低累积水稻品种筛选

【目的】探究地质高背景区镉（Cd）污染稻田水稻对Cd的富集转运特征,筛选适用于稻田安全生产的Cd低累积水稻品种,为该地区的水稻安全生产提供参考。【方法】以贵州开阳县10个主栽水稻品种为材料,采用田间小区试验的方法,测定土壤、水稻不同组织部位Cd含量,对比不同水稻品种对Cd的富集和转运特征,并结合水稻产量和聚类分析,筛选Cd低累积水稻品种。【结果】参试水稻品种的稻田土壤pH为5.88~6.37、全Cd含量为0.89~1.30 mg/kg、有效态Cd含量为0.40~0.58 mg/kg,不同品种间土壤pH及Cd含量无显著差异（P>0.05,下同）。水稻不同组织部位间的Cd含量以茎部和根部积累较高。相对于根际土,Cd在水稻茎、根中呈明显的富集特征,富集系数均超过1.00,但多数品种谷壳、糙米对Cd的富集系数小于1.00。Cd转运系数以糙米/谷壳、茎/根转运系数较高,其中,水稻体内Cd从根向茎、谷壳向糙米的转运能力相对较强,接近或超过1.00。在水稻品种间产量无显著差异的前提下,结合聚类分析可将10个水稻品种划分为三类:第Ⅰ类（较低值类）包括成优1479和天优1177;第Ⅱ类（中间值类）包括C两U华占、黑糯80、川华优320、红优2号、C两优华占和泸香优110;第Ⅲ类（较高值类）包括金优2017和宜香优2115。【结论】10个参试水稻品种中,本地主栽水稻品种各部位相对易于富集Cd,其中,金优2017和宜香优2115糙米Cd含量严重超标,不建议在Cd污染稻田中种植;成优1479和天优1177的糙米Cd含量较低,可作为Cd低累积水稻品种推广种植。     

不同水稻品种甲烷排放与土壤酶的关系

为明确不同水稻品种甲烷（CH₄）排放差异形成与根际土壤过氧化氢酶、脲酶活性的关系，选取早稻晚稻各3个品种为大田供试材料，采用密闭静态暗箱法收集CH₄气体，监测早稻晚稻不同品种CH₄排放动态，以及不同品种在主要生育时期根际土壤的过氧化氢酶、脲酶活性，并对不同水稻品种CH₄排放与两种酶活性进行了线性回归分析。结果表明：双季稻品种CH₄排放差异显著，晚稻CH₄累积排放量明显高于早稻，早稻品种中CH₄累积排放量以湘早籼24号最高，株两优819最低，相差31.78%；晚稻以湘晚籼17号最高，Y两优1号最低，相差17.31%。双季稻品种在不同生育期根际土壤的过氧化氢酶、脲酶活性存在差异，早稻过氧化氢酶活性在孕穗期最高，晚稻过氧化氢酶、双季稻脲酶活性均在分蘖期最高；双季稻田CH₄排放与脲酶正相关，达到极显著水平（P<0.01），与过氧化氢酶正相关，达到显著水平（P<0.05）。综上，双季稻品种甲烷排放与水稻根际土壤过氧化氢酶、脲酶关系密切，降低水稻品种根际土壤的过氧化氢酶、脲酶活性有利于稻田CH₄减排。     

稻田土壤氧化态有机碳组分变化及其与甲烷排放的关联性

稻田土壤有机碳是甲烷排放的关键底物之一,不同研究者由于采取的有机碳研究方法不同而得出稻田甲烷排放与土壤有机碳关系的结论不一。为明确影响稻田甲烷排放的土壤有机碳组分,设计了稻田施用不同外源有机碳(稻草还田、鸡粪和猪粪)的田间试验,对稻田甲烷排放和土壤有机碳组分的动态变化及其关联性进行监测和分析。结果表明,猪粪处理的甲烷排放与化肥处理无显著差异,而鸡粪和稻草2个处理的甲烷排放分别比化肥增加1.67倍(P<0.05),2.69倍(P<0.05);甲烷排放量与土壤易氧化有机碳含量显示相同顺序:稻草>鸡粪>猪粪>化肥;通径分析表明,土壤易氧化有机碳组分1(被33 mmol/L KMnO₄氧化的有机碳)与甲烷排放直接相关,其他有机碳组分仅通过组分1间接作用于水稻生育后期甲烷排放,且排放量较低。由此推断,易氧化有机碳组分1是甲烷排放的主要底物,通过有效措施降低肥源中易氧化态有机碳组分1是减排甲烷的关键技术之一。     

稻草还田和冬种绿肥对华南双季稻产量及稻田CH4排放的影响

以常规稻合丰占为材料,开展田间裂区试验,主因素设稻草不还田和全部稻草还田2种处理,副因素设冬闲和冬种绿肥并全部还田2种处理,研究稻草还田和冬种绿肥及其互作对华南双季稻产量和稻田CH4排放的影响,以期为华南双季稻低碳高产栽培提供指导。结果表明:稻草全量还田显著提高水稻产量,平均增产4.8%,主要原因是稻草还田促进水稻的干物质积累,增加了每穗粒数,但稻草还田极显著增加稻田CH4排放量,平均增幅为41.8%;冬种紫云英绿肥显著提高水稻产量,平均增产3.6%,同时稻田CH4排放量也增加,但差异没有达到显著水平。无论是对水稻产量还是稻田CH4排放,稻草还田和冬种绿肥处理之间的互作效应均不显著,表明二者的作用是相互独立的。综合考虑水稻产量和CH4排放的表现,冬种紫云英绿肥可作为华南双季稻低碳高产栽培的重要措施。