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,包括稻田甲烷排放的机理、规律;重点分析了影响稻田甲烷排放的因素以及控制稻田甲烷排放的措施。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。     

水稻覆膜节水综合高产技术对稻田CH4排放的影响

采用静态箱-气相色谱法观测了常规栽培和水稻覆膜节水综合高产技术下川中丘陵地区稻田的CH4排放通量,探究覆膜节水综合高产技术对稻田CH4排放的影响。结果表明：整个水稻生长期,常规栽培与水稻覆膜节水综合高产技术稻田CH4排放总量分别为(35.0±3.5)和(5.1±1.0) g·m-2,后者较前者减少稻田CH4季节排放量的(86±4)%。二者CH4平均排放通量在不同水稻生长时期存在如下关系：孕穗期>抽穗期>成熟期>分蘖期。水稻各生长时期,覆膜节水综合高产技术均降低稻田CH4排放,在稻田CH4排放盛期（孕穗期）降幅达79%。在不同土壤水分状况下,水稻覆膜节水综合高产技术稻田CH4平均排放通量存在如下关系：烤田期>烤田后>烤田前;而常规栽培则为烤田期>烤田前>烤田后。不同于常规栽培,烤田对水稻覆膜节水综合高产技术下稻田 CH4排放无明显影响,烤田后降雨促进其 CH4排放。土壤水分状况由低变高更易促使覆膜节水综合高产技术下稻田CH4排放。覆膜节水综合高产技术栽培全生育期内,厢面CH4排放通量与土温、土壤Eh无显著相关性（P>0.05）。厢沟CH4排放与土温显著正相关（r=0.447*,P<0.05）。水稻移栽至烤田前,厢面CH4排放通量与土壤Eh显著负相关（r=0.624*,P<0.05）。     

Effects of interpolation and data resolution on methane emission estimates from rice paddies

Rice paddies are an important source of the greenhouse gas methane (CH₄). Global methane emission estimates are highly uncertain and do not account for effects of interpolation or data resolution errors. This paper determines such scaling effects for the influence of soil properties on calculated CH₄ emissions for the island of Java, Indonesia. The effects of different interpolation techniques, variograms and neighbor optimization were tested for soil properties by cross-validation. Interpolated organic carbon values were not significantly different from the original soil samples, in contrast to interpolated soil iron contents. Interpolation of soil properties coupled to a process-based model on CH₄emissions led to a significant change in distribution of calculated CH₄ emissions, i.e., the variance decreased. Effects of data resolution were examined by interpolating soil properties to derive data at different data resolutions and then calculating CH₄ emissions by applying the process-based model at these resolutions. The soil properties did not differ significantly for different data resolutions, in contrast to calculated CH₄ emissions. These scaling effects were caused by the combination of interpolation and a non-linear model. Real scaling effects may even be larger because small-scale variability was not accounted for. Scaling effects, including those caused by small-scale variability, have to be considered to achieve unbiased and less uncertain global CH₄emissions estimates from rice paddies.     

控制稻田甲烷排放的农业技术选择

本文探讨了通过农业技术措施，控制稻田甲烷排放以及减少甲烷排放的潜力。试验结果表明：（１）用沼渣代替农家肥堆肥作基肥时，４种沼渣基肥处理中，有３种处理稻田甲烷排放通量比施农家肥的处理减少２４～６２％，比单纯施化肥处理减少１１～５６％；１种沼渣（马粪）由于腐熟度不够，其处理甲烷减排效果不明显；（２）改换氮肥的施用种类。以硝铵、硫铵代替尿素作追肥，甲烷排放通量分别减少２６％和４６％；（３）稻田的科学灌溉技术，从水用分蘖到抽穗期间，间歇落干，可以明显减少甲烷排放，而对产量无影响；（４）水稻半旱式栽培技术，也可明显抑制稻田甲烷排放。     

田间小气候对水稻产量的影响

在中科院桃源农业生态试验站,选择了3个不同类型水稻品种(常规稻、一般杂交稻和超级杂交稻)为材料,利用稻田中部(距稻田边界6 m)和近边界(距稻田边界1 m)小气候的差异,研究了田间小气候对水稻产量和生物量的影响.稻田中部与近边界相比,在光合盛期(10:00-14:00),CO2含量低10~15μmol·mol-1,日平均温度低0.081℃,日平均相对湿度高10%.近边界水稻产量和生物量均显著高于稻田中部.稻田中部和近边界0.081℃的温度差异对光合速率的影响微小.稻田中部较高的相对湿度有利于缓解光合“午休”,促进光合作用.因此,温度和湿度差异均不是近边界水稻产量和生物量均显著高于稻田中部的原因.通过Li-6400光合仪测定发现水稻叶片光合速率与250~400μmol·mol-1的CO2含量内成线性正相关.在1200μmol·m-2·s-1光强下,如果 CO2含量增加10~15μmol·mol-1,水稻光合速率将增加0.6523~0.9785μmol·m-2·s-1.所以 CO2含量差异是近边界产量和生物量高于稻田中部的主要原因.最后建议通过一些栽培措施,改善群体通风状况,增加冠层内CO2含量,从而增加水稻产量和生物量.     

湿地生态系统甲烷排放研究进展

湿地是大气CH4的主要自然来源。天然湿地每年向大气中排放的CH4占全球CH4排放总量的15％～30％。在厌氧环境条件下，CH4通过甲烷产生菌的作用而产生；在氧化条件下，CH4通过土壤中微生物的作用而被氧化和迁移。CH4从土壤中的排放和吸收经过几个生物和物理过程。湿地中CH4通量在时空两个方面都有较大变化，这种在空间上的变化与CH4产生、氧化和迁移过程有关，同时受不同地域的特殊因素如水文状况、植物群落、土壤温度等的影响。湿地水文条件是决定CH4排放的关键控制因子，表层土壤温度与CH4排放通量成正相关关系，土壤中氮含量也对CH4排放通量起作用。环境因子与CH4排放间的交互作用是非常复杂的，与CO2相比，CH4的产生在时空两方面更易于变化。目前关于湿地CH4排放的模型多为一维模型，主要模拟CH4在土壤中的产生过程，以及从上覆土壤、植被和水体进入大气的迁移过程；模型一般涉及不同深度的土壤温度、水位和净初级生产力。     

水稻强化栽培体系的CH4排放特征

紫色土稻作区是川中丘陵区的主要生态系统类型,而水稻强化栽培技术因其巨大的增产潜力而日益受到关注和推广,为了解这一生态区域稻田强化栽培体系的碳过程,同时为中国紫色土地区稻田CH4排放总量提供数据依据,利用静态箱/气相色谱法原位观测水稻(Oryza Sativa Linnaeu)强化栽培体系CH4排放通量特征。结果表明:齐穗期和成熟期稻田CH4排放存在明显的日变化,曲线均为单峰单谷型;齐穗期的CH4排放速率明显高于成熟期;日变化峰值均出现在一天中温度较高的15:00,最低值均出现在在温度偏低的7:00—9:00。稻田CH4排放通量的季节变化存在2个排放高峰,分别出现在生长最为旺盛的拔节孕穗期和收获前期。地下5cm温度和气温是影响CH4排放的重要因素。常规栽培、强化覆膜及强化无膜在水稻整个生长期内CH4排放总量分别为292.332,283.533和208.422kg·hm-2,强化栽培比常规栽培CH4排放总量减少了3.0%～28.7%,但增产效果不显著。     

不同耕作制度对南方稻田甲烷排放的影响

以南方稻田温室气体甲烷排放为研究对象,选取冬季休闲和种植绿肥作物紫云英(AstragalussinicusL.)两种主要模式,在早稻(OryzasativaL.)移栽之前进行旋耕和翻耕两种处理,以全年休闲为空白对照,利用静态箱法测定甲烷排放通量。结果表明,甲烷排放在水稻抽穗期达到极大值,至收获甲烷排放呈减少趋势,以无稻全年休闲区甲烷排放通量最低,在抽穗至收获阶段平均排放速率为3.43mg·m-2·h-1,冬闲及冬季种植紫云英处理分别比无稻休闲区排放通量高114.3%和420.3%;甲烷浓度具有强烈的空间异质性,地表以上50cm空间内,早稻抽穗至成熟阶段甲烷浓度是大气甲烷浓度的35.2倍;稻田甲烷高浓度低排放速率以及低浓度高排放速率现象表明,甲烷排放速率与其浓度之间具有非一致性。     

Aquatic herbivores facilitate the emission of methane from wetlands

Wetlands are significant sources of atmospheric methane. Methane produced by microbes enters roots and escapes to the atmosphere through the shoots of emergent wetland plants. Herbivorous birds graze on helophytes, but their effect on methane emission remains unknown. We hypothesized that grazing on shoots of wetland plants can modulate methane emission from wetlands. Diffusive methane emission was monitored inside and outside bird exclosures, using static flux chambers placed over whole vegetation and over single shoots. Both methods showed significantly higher methane release from grazed vegetation. Surface-based diffusive methane emission from grazed plots was up to five times higher compared to exclosures. The absence of an effect on methane-cycling microbial processes indicated that this modulating effect acts on the gas transport by the plants. Modulation of methane emission by animal-plant-microbe interactions deserves further attention considering the increasing bird populations and changes in wetland vegetation as a consequence of changing land use and climate change.     

Variations between rice cultivars in root secretion of organic acids and the relationship with plant cadmium uptake

To attempt to understand certain mechanisms causing the variations between rice cultivars with regard to Cd uptake and accumulation, pot soil experiments were conducted with two rice cultivars at different levels of Cd, i.e., 0 (the control), 10, 50 mg Cd kg⁻¹ soil. The two rice cultivars differ significantly with regard to Cd uptake and accumulation. Root secretions of low-molecular-weight organic acids (LMWOA) for each treatment were measured with ion chromatography. The results showed that LMWOA concentrations in the soil planted with Shan you 63 (a high soil Cd accumulator) were all higher than those in the soil planted with Wu yun jing 7 (low soil Cd accumulator) at different soil Cd levels, although the magnitudes of the differences varied for individual LMWOA and depend on soil Cd concentrations. For all six LMWOA, there were significant differences at P < 0.05 or < 0.01 levels for soils treated with 10 and 50 mg kg⁻¹ Cd. The magnitude of the differences was greater under soil Cd treatments, especially at relatively low levels (for example, 10 mg Cd kg⁻¹ soil), than in the control. Acetic acid and formic acid constituted more than 96% of the total concentration of the six LMWOA, while citric acid constituted only about 0.1%. The rice cultivar with higher concentrations of LMWOA in soil accumulated more Cd in the plants. The results indicate that LMWOA secretion by rice root, especially in Cd-contaminated soils, is likely to be one of the mechanisms determining the plant Cd uptake properties of rice cultivars.     

水稻生长后期水分管理对CH4和N2O排放的影响

通过温室盆栽试验研究相同施肥条件下,水稻生长后期水分管理(穗肥后落干时间及干湿交替频度)对CH4和N2O排放的影响.结果表明,与水稻生长前期较高CH4和N2O排放相比,后期排放均较低,但穗肥后提前落干时出现明显N2O排放峰值,且干湿交替过程中土壤落干时出现CH4排放.就穗肥后开始落干至水稻收获特殊阶段而言,穗肥后提前落干(相对于正常落干)可降低44%CH4排放量,却提高88%N2O排放量;穗肥后5 d落干-5 d淹水和3 d落干.3 d淹水干湿交替频度对N2O排放影响不大,却一定程度上影响CH4排放量.就综合温室效应而言,穗肥后正常落干且5 d落干-5 d淹水干湿交替处理最小.     

异地栽培对云南粳稻育成品种品质性状的影响

以15个云南粳稻育成品种(Oryza sativa L.)为试验材料,研究异地栽培对稻米品质性状的影响.结果表明:云南粳稻在温度相对较高的韩国水原种植,其粒长、粒宽、垩白粒率、精米白度、味度值、最高黏度值、崩解值极显著增加,长宽比、糙米率、精米率、整精米率、碱消值、直链淀粉含量、蛋白质含量、消减值和到达最高黏度时间极显著降低,而最低黏度值、最终黏度值和起浆温度不因栽培环境改变而发生明显变化.品质性状对栽培环境的反应不仅与具体的品质性状有关,也与品种密切相关.对环境反应最敏感的品质性状是垩白粒率,环境反应指数变幅为100.3%～2 077.8%,平均值为318.9%,变异系数为204.7%.其次依次是崩解值、消减值和精米白度,环境反应指数分别为202.8%、47.5%和123.1%,对环境反应最迟钝的品质性状是起浆温度和粒长.环境反应指数分别为100.2%和97.3%,其余性状对环境反应较敏感.最低黏度和最终黏度值对环境反应在品种问存在较大差异,有的品种在韩国水原种植这两项特征值增加,有的品种则降低.     

种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

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甲烷（CH4）和氧化亚氮（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、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。     

不同品种水稻对Cu积累分配的差异

以21个水稻品种（包括常规稻、二系杂交稻、三系杂交稻）为材料,通过室内盆栽试验探讨了Cu在不同品种水稻根-茎-叶-籽粒（糙米）中的积累分配的差异。结果表明,供试水稻品种根、茎、叶、籽粒中Cu含量的均值分别是67.35、16.24、8.29、11.62mg·kg-1,多数水稻品种Cu的含量顺序是根茎籽粒（糙米）叶,但也有少部分水稻品种Cu的含量顺序是根籽粒（糙米）茎叶。各器官的Cu含量在不同品种间存在显著差异,其中以根和籽粒Cu含量的差异最大,茎次之,叶最小。常规稻根部Cu含量显著低于杂交稻,而叶中Cu含量显著高于杂交稻,但两者的茎和籽粒中Cu含量没有明显的差异。三系杂交稻根、茎、籽粒Cu含量显著高于二系杂交稻,而叶的Cu含量两者差异不显著。不同遗传背景的水稻各器官对Cu积累也存在不同程度的差异。相关分析结果表明,不同品种水稻相邻器官（根与茎,茎与叶）的Cu含量呈极显著正相关,相间器官（根与叶、籽粒,茎与籽粒）的Cu含量呈显著正相关,地上部各器官Cu的转运系数相互之间呈极显著的正相关。     

机物料中溶解性有机质对土壤吸附除草剂的抑制作用

溶解性有机质(DOM)是陆地及水生生态系统中十分活跃的组分,对有机污染物质的环境行为 (如毒性、迁移转化及生物可降解性等)有着重要的影响,而施用有机物料会释放大量的DOM.采用批量平衡法研究了水稻秸秆腐解产生的溶解性有机质对苄嘧磺隆(BSM)在土壤中吸附行为的抑制作用.结果表明,线性方程能很好地描述BSM在土壤中的吸附行为;添加DOM降低了BSM在土壤中的分配系数即logKd值,其logKd值与对照(不加DOM)间存在极显著差异(P<0.01),秸秆腐解时间越长,logKd值越小;亲水组分和疏水组分在DOM抑制土壤吸附BSM中起着不同的作用;BSM在土壤上的吸附自由能小于40 kJ·mol-1,推测BSM在土壤上主要以物理吸附为主,吸附机理可能有范德华力、疏水键、氢键和偶极键力,不存在化学键吸附作用.     

稻田甲烷排放量估算和减缓技术选择

根据中国不同生态类型地区的稻田甲烷排放通量，估算了中国稻田甲烷排放总量。结果表明，１９９０年中国稻田甲烷排放总量为１１．３３５Ｔｇ。提出了一些减缓稻田甲烷排放措施，包括：（１）使用稻田甲烷抑制剂；（２）肥料管理；（３）水分管理；（４）筛选低排放率、高产的水稻品种。     

生物黑炭还田对晚稻CH4和N2O综合减排影响研究

利用静态箱法测定了稻草直接还田和生物黑炭还田对湖南晚稻CH4和N2O排放的影响。结果表明,与单施化肥处理相比,添加稻草和生物黑炭处理的CH4排放量分别增加了24.70%（P〈0.05）和6.32%,而N2O的排放量分别降低了37.08%（P〈0.05）和37.61%（P〈0.05）;生物黑炭CH4排放量较稻草还田减少了14.74%（P〈0.05）。按100年统计稻田CH4和N2O的综合增温潜势（GWP）表明,单位产量的GWP由大到小顺序为稻草（RS）,不施肥（CK）,黑炭（BC）,化肥（CF）。综上说明,生物黑炭还田能保持晚稻产量稳定,减少了当季晚稻CH4和N2O的排放,具有一定的生态环境效益。     

施肥对稻田甲烷排放的影响

采用自动连续测量系统，对不同施肥情况下稻田甲烷排放通量进行了监测。结果表明：施肥是影响稻田甲烷排放的重要因素。增施有机肥会导致甲烷排放量增加．应用化肥可降低甲烷排放，有机肥加倍处理，３２ｄ甲烷总排放量１６．４０ｇＣＨ＿４／ｍ￣２，是化肥加倍处理的１．５６倍；常规施肥处理介于两者之间。略高于常规加倍处理。肥料种类对甲烷排放量也有影响。全施有机肥高于有机肥加化肥（１：１）组，施沼渣肥组次之，全化肥组排放量最低，不到全有机肥处理排放量的１／５．有机肥又以施人畜粪的甲烷排放率最高，绿肥次之，沼渣肥和稻草的甲烷排放率最低。有机肥的多级利用是减少稻田甲烷排放的一条重要途径。     

Methane emission from rice fields in relation to management of irrigation water

A field experiment was conducted for two years to find out best water management practice to mitigate methane emission from the rice-fields. Continuously flooded conditions yielded two major flushes of methane emission and on an average resulted in relatively higher rate of methane emission (2.20 and 1.30 mg m(-2) hr(-1), respectively in 2005 and 2006) during the kharif season. The methane flux was reduced to half (1.02 and 0.47 mg m(-2) hr(-1), respectively in 2005 and 2006) when rice fields were irrigated 2-3 days after infiltration of flood water into the soil. Irrigating the field at 0.15 bar matric potential reduced seasonal methane flux by 60% (0.99 and 0.41 mg m(-2) hr(-1), respectively in 2005 and 2006) as compared to completely flooded conditions, without any decline in grain yield (60 q ha(-1)).     

冬季淹水稻田CH_4产生、氧化和排放规律及其影响因素研究

采用静态箱/气象色谱法——田间原位观测和室内培养试验连续一年研究了冬季淹水稻田的CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量,以探讨冬季淹水稻田CH4产生、氧化和排放的季节变化规律及其影响因素。结果表明：0~251 d（d表示淹水后天数）,CH4产生潜力逐渐增大,到251 d达最大值,之后逐渐减小;0~204 d,CH4氧化潜力变化较小,但到235 d急剧增至最大值,随后逐渐减小;0~169 d,稻田几乎没有CH4排放,192 d才开始有较明显的CH4排放,到230 d达最大值,为80.2 mg.m-2.h-1,随后逐渐减小,331 d出现一个CH4排放高峰。全观测期内CH4排放量为69.9 g.m-2,其中非水稻生长期排放6.7 g.m-2,占总量的9.5%。全观测期内CH4产生潜力与土温及土壤Eh均无显著相关性;全观测期内CH4氧化潜力与土温极显著正相关（P〈0.01）,水稻生长期CH4氧化潜力与土壤中氨氮含量呈极显著正相关（P〈0.01）;全观测期内稻田CH4排放与土温和CH4产生潜力两个因素均显著正相关（P〈0.05）而与土壤Eh呈显著负相关（P〈0.05）。