水稻植株对稻田甲烷排放的影响

稻田CH4排放是稻田土壤中CH4产生、氧化和传输不同过程的净效应,水稻植株强烈影响稻田CH4的产生、氧化和传输过程,是导致稻田CH4排放季节性变化规律的一个重要因素,本文综述了水稻植株对稻田CH4排放过程的不同影响,水稻植株根系分泌物和脱落物作为产甲烷前体促进稻田土壤中CH4的产生,在水稻生长后期,植株根系分泌物和脱落物被认为是稻田土壤甲烷产生的主要基质,是导致这一时期稻田CH4高排放通量的主要原因;水稻植株根系泌氧在根际环境形成一个微氧区域氧化稻田甲烷,整个水稻生长季稻田土壤中产生的CH4大约36％～90％在植株根际环境中被氧化;约80％甚至更多的稻田CH4通过水稻植株的通气组织进入大气圈,植株对稻田CH4的传输具有十分重要的意义。     

开放式空气CO2增高对稻田CH4和N2O排放的影响

在FACE(free aircarbondioxideenrichment)平台上 ,采用静态暗箱 气相色谱法观测研究了大气CO2 浓度增加对稻田CH4和N2 O排放的影响 .结果表明 ,在 15 0和 2 5 0kgN·hm-2 两种氮肥水平下大气CO2 浓度增加 2 0 0 μmol·mol-1均明显促进水稻生长 ,水稻生物量积累 .大气CO2 浓度增加对 15 0和 2 5 0kgN·hm-2 两种氮肥水平下稻田CH4排放均无显著影响 ,并简要分析了与现有文献报道结果不一致的原因 .大气CO2 浓度增加也未导致 15 0和 2 5 0kgN·hm-2 两种氮肥水平下稻田N2 O排放的明显变化 ,与大多数研究结果一致 .     

鼎湖山苗圃和主要森林土壤CO2排放和CH4吸收对模拟N沉降的短期响应

研究了鼎湖山生物圈保护区苗圃(幼苗)、马尾松、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)土壤CO2排放和CH4吸收的一些特征及其对模拟N沉降增加的响应.结果表明,土壤CO2日(白天)平均排放量的大小顺序为(平均值±标准误)苗圃(258±62mg·m-2·h-1)＞季风林(177±42 mg·m-2·h-1)＞马尾松林(162±39 mg·m-2·h-1)＞混交林(126±30 mg·m-2·h-1).土壤CH4日(白天)平均吸收量的大小顺序为马尾松林(-0.15±0.02 mg·m-2·h-1)＞季风林(-0.08±0.01 mg·m-2·h-1)＞混交林(-0.07±0.01 mg·m-2·h-1)＞苗圃(-0.05±0.01 mg·m-2·h-1).低N(50 kg N·hm-2·a-1)和中N(100kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃、马尾松林和混交林样地土壤CO2日平均排放量的影响均不明显,高N(150 kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃土壤CO2的日平均排放量也无显著影响,但倍高N(300kg N·hm-2·a-1)处理显著促进苗圃样地土壤CO2的排放.然而,所有N(低N、中N和高N)处理均显著促进季风林土壤CO2日平均排放量,且这种促进作用随N处理水平的升高而增加.N处理显著促进季风林和马尾松林土壤对CH4吸收速率,但对混交林土壤CH4吸收则无明显的影响.在苗圃样地,除倍高N外,N处理对土壤CH4吸收速率也无显著作用,但倍高N处理使苗圃土壤发生功能转变,即从CH4汇转变为CH4源.     

鼎湖山主要森林土壤CO_2排放和CH_4吸收特征

研究了鼎湖山生物圈保护区马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)在2000~2001年期间土壤CO2排放和CH4吸收特征。季风林、混交林和马尾松林土壤CO2排放速率在研究期间的平均值分别为(kgCO2-C·hm-2·d-1):18.6±2.6,20.5±3.7和17.8±3.8,土壤CH4吸收速率则分别为(gCH4-C·hm-2·d-1):-5.5±1.8,-3.3±1.6和-7.7±1.8。土壤CO2排放速率和土壤CH4吸收速率在三种森林类型中均表现明显的季节性变化,且其季节性变化根据森林类型和年份不同而异。总的来说,土壤CO2排放速率在所有森林中均呈现夏季最高而冬季最低的变化,土壤CH4吸收速率的季节性变化则相反,基本上表现为冬季最高而夏季最低的变化。三种森林土壤的CO2排放速率和CH4吸收速率在两观测年间的差异均不显著。土壤CO2排放速率在不同森林类型间的差异也不显著,但土壤CH4吸收速率在马尾松林显著高于混交林。在两观测年中,土壤CO2排放速率与土壤CH4吸收速率之间在季风林呈现显著的负相关关系,在混交林和马尾松林中它们之间也趋向呈负相关关系,但未达显著水平。土壤CO2排放速率与土壤温度之间在季风林呈现显著的指数正相关关系,但在其余森林(混交林和马尾松林)中它们之间的关系则不明显。     

下辽河平原稻田非生长季碳排放观测研究

应用静态箱 /气相色谱法对下辽河平原稻田非生长季碳排放动态变化规律进行了测定。结果表明 ,非生长季 (10月至翌年 4月 )稻田CH4、CO2 和N2 O排放总体上随气温变化而发生变化。在冻融期 (3月中下旬 )CO2 和N2 O有明显的排放。非生长季节的稻田是大气CO2 和N2 O的源 ,作为大气CH4的源或汇的作用不明显。     

施硅对增温稻田CH4和N2O排放的影响

夜间增温幅度大于白天是气候变暖的显著特征。夜间增温影响水稻生产及CH4和N2O排放。硅是作物有益元素,施硅可提高产量,减少稻田CH4排放。增温或施硅单因子对稻田CH4和N2O排放影响已有报道,但二者耦合如何影响水稻生产及稻田CH4和N2O排放,尚不清楚。通过田间模拟试验,研究了夜间增温下施硅对水稻生长、产量及温室气体持续增温/冷却潜势和排放强度的影响。采用铝箔反光膜夜间(19:00-6:00)覆盖水稻冠层进行模拟夜间增温试验。增温设2水平,即常温对照(CK)和夜间增温(NW);施硅量设2水平,即Si0(不施硅)和Si1(钢渣硅肥,200 kgSiO2/ha)。结果表明,施硅可缓解夜间增温对水稻根系活力的抑制作用,降低夜间增温对水稻地上部、地下部干重和产量的抑制作用。夜间增温显著提高CH4累计排放量,而施硅显著降低CH4累计排放量。夜间增温下施硅处理稻田CH4累计排放量在分蘖期、拔节期、抽穗-扬花期和灌浆成熟期比未施硅处理分别低48.12%、49.16%、61.59%和39.13%。夜间增温或施硅均促进稻田N2O排放,夜间增温下施硅在上述生育期以及全生育期的累计排放量依次比对照高78.17%、51.45%、52.01%、26.14%和40.70%。研究认为,施硅可缓解夜间增温对稻田综合增温潜势和排放强度的促进作用。     

中国地区稻田CH4和生物质燃烧CO排放对对流层氧化性的影响

利用稻田甲烷排放模型估计中国地区稻田CH4排放,得到排放总量为9.26Tg,排放有明显的季节和空间变化。运用中尺度气象模式MM5以及光化学模式CALGRID,研究上述稻田CH4排放以及Streets等估计的生物质燃烧CO排放对对流层化学的影响。结果表明,这些排放对对流层低层CH4、CO、OH、HO2、O3浓度均有影响。稻田CH4排放在主要水稻种植区附近使得CH4浓度明显增加、最大增量达到66.97μg.m-3。由于大气中存在活性更强的VOC和CO,稻田CH4排放对自由基和O3全国平均浓度的影响不大,使O3增加0.24%、使HO2增加0.4%、使OH减小0.06%。生物质燃烧CO排放使主要排放区附近CO浓度增加大于60μg.m-3,使OH全国平均浓度减小2.2%,使HO2和O3浓度分别增加2.8%和0.9%。生物质燃烧CO排放对中国地区近地面O3浓度影响强于稻田CH4排放。两者的综合影响使得全国对流层低层O3浓度平均增加1.2%,局部地区最大增加量达4.12μg.m-3。上述自然源排放的影响有明显的空间变化,与下垫面类型有关;还有强烈的季节变化,通常夏季影响最为显著。     

华南丘陵区农林复合生态系统稻田二氧化碳排放及其影响因素

采用静态箱-气相色谱法对稻田CO2排放进行田间原位测定,探讨农林复合生态系统稻田温室气体CO2的排放规律。结果表明,在生长季节中,有植株参与稻田CO2排放速率的日变化形式均为白天出现排放高值,夜间出现排放低值。有植株参与稻田CO2昼夜排放速率平均值都显著高于无植株参与稻田。温度(气温、地表温度、地下5 cm温度)是有植株参与稻田在植株生长期间稻田CO2排放速率昼夜变化的主要影响因素。水稻作物对CO2的排放影响较大,早稻有、无植株参与稻田CO2季节平均排放速率分别为316.29±23.74和101.88±16.83 mg.m-2.h-1。晚稻有、无植株参与稻田CO2季节平均排放速率分为622.40±57.67和179.41±19.51 mg.m-2.h-1。早、晚稻有植株参与稻田的CO2季节平均排放量分别比无植株参与稻田增加了310%和347%。     

中国南方双季稻田转菜地对CO2和CH4通量的影响

采用静态箱-气相色谱法观测了我国南方亚热带水稻田转为旱作蔬菜地后第1年的CO2和CH4通量变化,旨在探索稻田转菜地初期对CO2和CH4通量的影响.结果表明:CO2通量因蔬菜种类、生长状况及生长季节的不同而不同.种植豇豆菜地CO2通量显著高于稻田,种植辣椒菜地CO2通量则显著低于稻田.稻田转菜地CH4通量从6.96 mg C·m-2·h-1显著下降到-0.004 mg C·m-2·h-1(P<0.001).转菜地后CO2和CH4的净累积碳吸收为543kg C·hm-2,显著低于稻田的3641 kg C·hm-2,但由净CO2和CH4排放造成的增温效应无显著差异.转成菜地1年后的土壤有机碳含量有所升高,且10~20 cm土层显著高于对照水稻田.     

UV-B辐射增强对元阳哈尼梯田稻田CH4排放规律的影响

在大田条件下,原位种植传统水稻品种白脚老粳,采用静态箱-气相色谱法研究了UV-B(ultraviolet-B)辐射增强(7.5 kJ m-2d-1)对元阳哈尼梯田海拔1600 m处稻田CH4排放量的影响,同时观测UV-B辐射增强对水稻生长的影响。结果表明:(1)UV-B辐射增强显著降低了水稻植株分蘖末期、拔节孕穗期、抽穗扬花期、成熟期地上部和地下部生物量(P0.05)。(2)UV-B辐射改变了稻田CH4的季节和日排放(成熟期)规律:对照组在拔节孕穗期出现1个排放峰,处理组在拔节孕穗期和成熟期出现2个排放峰;与对照相比,UV-B辐射增强改变了水稻成熟期CH4日排放第2个峰值出现的时间。(3)处理组CH4的季节排放通量与箱内温度的季节变化有显著的正相关性(R=0.789,P0.05)。(4)UV-B辐射增强在分蘖末期、拔节孕穗期、成熟期都极显著提高了CH4的累计排放量(P0.01),分别提高了47.2%,293.8%和74.4%。总之,UV-B辐射增强促进了元阳哈尼梯田传统水稻田CH4的排放。     

CO2 浓度升高对水稻根系分泌物的影响——总有机碳、甲酸和乙酸含量变化

在大气ＣＯ２浓度升高条件下采用水培方法对水稻根系生长及根系分泌物进行了初步研究,ＣＯ２浓度倍增对水培水稻的根系生长具有明显的促进作用,约为７０％,但是根冠比却有所降低,水稻根系单位干重总有机碳,乙酸以及甲酸的释放量在ＣＯ２浓度倍增条件下变化不明显,但是单株奶系分泌物总量,乙酸以及甲酸的释放总量在ＣＯ２倍增处理下明显增加,推测水稻根系分泌物的增加是高浓度ＣＯ２下稻田ＣＨ４排放增加的重要原因之一。     

施肥对稻田生态系统气体调节功能及其价值的影响

 该文以2002年在上海市奉贤县五四农场进行的稻田生态系统田间实验为基础,对尿素施用对稻田生态系统气体调节功能（释放O2和温室气体调节）的影响进行研究。研究结果表明：1）在水稻（Oryza sativa）生长期间,施加尿素能显著增加稻田日O2释放量及其价值量;2）在水稻生长期间,施加尿素稻田综合CO2的通量及其价值并不比未施肥稻田存在显著优势,尿素施用能明显增强稻田N2O排放通量,降低稻田CH4排放通量。尿素施用对温室气体调节具有正效应,促进稻田对温室气体吸收。     

双季稻田种植不同冬季作物对甲烷和氧化亚氮排放的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内CH₄和N₂O的排放特征,对合理利用冬闲稻田,发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英、油菜以及翻耕移栽油菜和冬闲的双季稻田中甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放进行了分析。结果表明:在冬季作物生长期,CH₄、N₂O平均排放通量和总排放量均表现为翻耕移栽油菜＞免耕直播黑麦草＞免耕直播油菜＞免耕直播紫云英＞冬闲。不同冬季作物稻田CH₄和N₂O总排放量与对照(冬闲)的差异均达到极显著水平(P<0.01);翻耕移栽油菜的双季稻田中CH₄和N₂O排放量最高,分别达2.989 g/m²和0.719 g/m²。翻耕移栽油菜稻田的CH₄和N₂O温室效应总和也最大,为2893.92 kg CO₂/hm²;免耕直播黑麦草和免耕直播油菜处理次之,而免耕直播紫云英处理最低。种植不同冬季作物促进了稻田生态系统CH₄和N₂O的排放。     

华南丘陵区冬闲稻田二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的排放特征

采用静态箱 气相色谱法对收获后冬闲稻田CO₂、CH₄和N₂O排放进行了田间原位测定,探讨了越冬稻田3种温室气体的排放规律.结果表明,残茬稻田和裸田的CO₂的排放峰值分别出现在18:00和16:00左右.日间CH₄排放为净值,夜间表现为弱吸收.残茬稻田和裸田N₂O夜间排放分别为日间平均的1.79和1.58倍.残茬稻田的昼夜CO₂平均排放通量显著高于裸田(P＜0.05).在测定期间,残茬稻田CO₂排放随温度升高而增高.相关分析表明,CO₂排放与土温、地表温度和气温均呈显著相关,表明温度是影响收获后稻田CO₂排放的主要因素.在11月10日至翌年1月18日测定期间,残茬稻田的CO₂和CH₄平均排放通量分别为(180.69±21.21) mg·m^-2·h^-1和(-0.04±0.01) mg·m^-2·h^-1,CO₂排放通量较裸田高13.06％,CH₄吸收增高50%.残茬稻田的N₂O排放通量为(21.26±19.31) μg·m^-2·h^-1,较裸田低60.75％.由此说明华南丘陵区冬闲稻田是大气CO₂和N₂O的源,CH₄的汇.     

长江三角洲主要超级稻CH4排放特征及其与植株生长特性的关系

采用盆栽试验研究了长江三角洲14个主要超级稻品种(6个粳型超级稻和8个籼型杂交超级稻)CH₄排放特征及其与植株生长特性之间的关系.结果表明: 粳型和籼型超级稻全生育期CH₄排放均呈双峰模式,排放峰值分别出现在分蘖盛期和孕穗期.粳型超级稻的平均CH₄排放总量比籼型超级稻高37.6%(P<0.01),品种间排放差异主要出现在生长后期.虽然两种类型超级稻的CH₄排放总量均与最大叶面积呈显著正相关,但CH₄排放与其他生长特性的关系因品种类型而异.在株高上,粳型超级稻CH₄排放总量与株高呈显著正相关,而籼型超级稻的相关不显著.在生产力上,籼型超级稻CH₄排放总量与其总生物量、籽粒产量和收获指数呈显著负相关,而粳型超级稻的相关不显著.籼型超级稻CH₄排放量低主要是由于其根系生物量显著高于粳型超级稻.     

Methanogenic archaea and CO2-dependent methanogenesis on washed rice roots

Washed excised roots of rice (Oryza sativa) immediately started to produce CH4 when they were incubated in phosphate buffer under anoxic conditions (N2 atmosphere), with initial rates varying between 2 and 70nmolh(-1)g(-1) dry weight of root material (mean +/- SE: 20.3 +/- 5.9 nmol h(-1) g(-1) dry weight; n = 18). Production of CH4 continued for at least 500 h, with rates usually decreasing slowly. CH4 production was not significantly affected by methyl fluoride, an inhibitor of acetoclastic methanogenesis. Less than 0.5% of added [2-14C]-acetate was converted to 14CH4, and conversion of 14CO2 to 14CH4 indicated that CH4 was almost exclusively produced from CO2. Occasionally, however, especially when the roots were incubated without additional buffer, CH4 production started to accelerate after about 200h reaching rates of > 100 nmol h(-1) g(-1) dry weight. Methyl fluoride inhibited methanogenesis by more than 20% only in these cases, and the conversion of 14CO2 to 14CH4 decreased. These results indicate that CO2-dependent rather than acetoclastic methanogenesis was primarily responsible for CH4 production in anoxically incubated rice roots. Determination of most probable numbers of methanogens on washed roots showed highest numbers (10(6)g(-1) dry roots) on H2 and ethanol, i.e. substrates that support CH4 production from CO2. Numbers on acetate (10(5) g(-1) dry roots) and methanol (10(4)g(-1) dry roots) were lower. Methanogenic consortia enriched on H2 and ethanol were characterized phylogenetically by comparative sequence analysis of archaeal small-subunit (SSU) ribosomal RNA-encoding genes (rDNA). These sequences showed a high similarity to SSU rDNA clones that had been obtained previously by direct extraction of total DNA from washed rice roots. The SSU rDNA sequences recovered from the H2/CO2-using consortium either belonged to a novel lineage of methanogens that grouped within the phylogenetic radiation of the Methanosarcinales and Methanomicrobiales or were affiliated with Methanobacterium bryantii. SSU rDNA sequences retrieved from the ethanol-using consortium either grouped within the genus Methanosarcina or belonged to another novel lineage within the phylogenetic radiation of the Methanosarcinales and Methanomicrobiales. Cultured organisms belonging to either of the two novel lineages have not been reported yet.     

Cultivar variation in methane efflux from tropical rice

Wide variation in CH4 flux was noticed among the ten rice cultivars grown under uniform field conditions. Cumulative CH4 flux ranged from 4.61 g m-2 to 20.25 g m-2. The rice cultivars could be ranked into three groups based on their CH4 flux potential. Rice cultivars could also be arranged based on their peak CH4 emission occurring either at vegetative, reproductive or at both growth stages. Of the several variables studied (root region redox potential, above- and underground biomass, grain and straw yield, duration of the crop, percent area occupied by the air space and root oxidase activity), only oxidase activity of the root tip exhibited a significant (negative) correlation with CH4 flux indicating an indirect effect of root oxidation potential on CH4 flux. Data presented in this study, demonstrate inherent variation in CH4 flux among different rice cultivars that can be used for developing future mitigation options.     

狗尾草蒸腾特性与水分利用效率对模拟光辐射增强和CO2浓度升高的响应

 在人工控制光照强度和CO2浓度条件下,测量了禾本科C4植物狗尾草（Setaria viridis）的光合速率（Pn）,蒸腾速率（Tr）,胞间CO2浓度（Ci）,气孔导度（Gs）和叶面饱和水汽压亏缺（Vpdl）对不同模拟光辐射（SPR）强度与CO2浓度的响应。结果表明：Pn, Tr 及Gs均随SPR的升高而增大,增幅趋缓,最终趋于动态平衡。SPR增强的起始阶段,水分利用率（WUE）逐渐增大,在SPR为1200 μmol·m-2·s-1时达到最大值,然后逐渐降低。Ci与Vpdl则随SPR的增强而减小,SPR高于600 μmol·m-2·s-1之后,两者均达到平衡状态。CO2浓度从300增至600 μmol·mol-1的过程中,狗尾草Pn逐渐增大,从600增至1 000 μmol·mol-1过程中,其Pn逐渐降低。Ci、Vpdl和WUE随CO2浓度的升高而增大,Gs和Tr则随CO2浓度的升高而减小。即禾本科一年生C4植物的光合作用对CO2浓度升高响应不敏感,水分蒸腾消耗的减少和WUE的提高对CO2浓度升高的响应极显著。可见,CO2浓度升高对C4植物光合作用的直接促进作用有限,但是却能从提高现有水分利用效率途径促进植物的第一性生产。     

稻鸭共作对甲烷排放的影响

利用密闭箱技术，于2006和2007年研究了稻鸭复合系统CH₄的排放规律及影响因素.结果表明：与常规淹水稻田（CK）相比，由于鸭子的活动，养鸭稻田（RD）的田面水溶解氧浓度(DO)增加，CH₄的排放显著减少.2006年RD的平均CH₄排放通量为（6.84±1.49） mg·m^-2·h^-1，比CK的（10.17±1.25）mg·m^-2·h^-1降低32.7%，CH₄排放总量为（19.34±1.15） g·m^-2，比CK的（26.25±2.17） g·m^-2减少26.3%; 2007年RD的平均CH₄排放通量为(7.68±0.74) mg·m^-2·h^-1，比CK的（9.53±0.40）mg·m^-2·h^-1降低19.0%, CH₄排放总量为（18.41±1.05）g·m^-2，比CK的（22.81±0.75） g·m^-2减少19.3%.在水稻全生育期，各处理CH₄的排放通量分别在分蘖期和抽穗期出现2个排放高峰；CH₄排放通量的季节变化与土壤温度和土壤水溶性有机碳含量呈显著正相关，但与土壤总有机碳含量相关不显著.