水稻植株对稻田甲烷排放影响的研究进展-《江苏农业科学》(2017年20期).docx

龙源版权所有 水稻植株对稻田甲烷排放影响的研究进展作者：田婷 张青 蒋华伟 靖晶 姜红卫 李欣 江君 徐君来源：《江苏农业科学》2017年第20期 摘要：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響对于保护大气环境、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。 关键词：甲烷排放；水稻植株；稻田；根系；生长特性；产量潜力；超级稻 中图分类号： S181 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）20-0028-04 全球气候变暖问题已得到普遍关注，甲烷（CH4）是仅次于CO2的主要温室气体之一，对全球温室效应的贡献达到15%[1]。据估算，在100年的时间尺度上，CH4的全球增温潜势是CO2的25倍[2]。据相关资料显示，农业生态系统是整个生态系统甲烷气体的重要排放源[3]，而稻田在其中占有很大的比重。我国水稻种植面积约0.3亿hm2，占世界水稻种植面积的22%，居世界第2位。随着全球人口的不断增长，人类对稻米的需求必定以提高水稻单位面积产量为主要生产任务，需肥量与施肥量亦增大，这将导致全球稻田甲烷排放量存在不断增加的潜势。 稻田产生的甲烷主要有4条排放途径：通过水稻植株排放到大气中、通过水层气泡排放到大氣中、溶解在水中、被甲烷氧化菌氧化。研究表明，在水稻生长周期中，大部分的甲烷是通过水稻植株排放到大气中的，因此水稻植株对稻田生态系统甲烷产生的整个过程起着至关重要的作用[4]。不同水稻品种随着生育期的变化，植株生理和形态特征都会发生明显的变化，进而影响稻田甲烷的产生与排放。本文重点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等3个方面对国内外相关研究进行综述。 1 水稻根系对稻田甲烷排放的影响 稻田甲烷是土壤中有机质氧化还原体系的还原端。严格的厌氧环境和易降解的有机物质是稻田土壤甲烷产生的2个基本要素。水稻根系的呼吸作用，消耗了根系附近的大量氧气，使得土壤中氧化还原电位降低，促进了稻田土壤厌氧环境的形成；水稻植株根系产生的分泌物为根际厌氧微生物的活动提供了碳源和能源，促进了土壤中甲烷的产生[5]。 1.1 根系分泌物 水稻根系分泌物主要是碳水化合物，由有机酸和氨基酸组成，易被土壤中的发酵细菌分解为二氧化碳（CO2）、氢（H2）和醋酸盐等产甲烷基质。不同水稻品种产生根系分泌物的量和组成成分不同，产生甲烷的能力也不尽相同。林敏等认为，水稻根系能分泌多种有机酸、碳水化合物和氨基酸，4种不同水稻品种的根系分泌物组成和含量各不相同[6]。王大力等在大气CO2浓度升高的条件下，采用水培法对水稻根系分泌物进行的研究认为，CH4排放量增加的一个可能原因是水稻根系分泌物总量以及甲酸、乙酸含量的增加，为产甲烷菌提供了更多的底物[7]。Wang等在温室条件下研究了3个水稻品种的甲烷排放速率，结果显示，传统的水稻品种Dular甲烷排放率最高，其次为品种IR72，品种IR65598甲烷排放率最低；甲烷排放率与土壤中溶解的甲烷有显著的相关性，进一步研究表明，甲烷排放率的差异是由土壤中产甲烷基质强度的不同所导致的，而根系分泌的碳水化合物则是产生甲烷的直接底物，其中水稻品种Dular根系分泌物的量和根系分泌物中有机碳的含量明显高于水稻品种IR72和IR65598[8]。Jia等研究认为，水稻在成熟期有较高的甲烷产生速率，清楚地表明，水稻植株根系分泌物是甲烷产生的主要来源[9]。 1.2 根系氧化能力 水稻植株对甲烷的氧化作用主要是由于水稻根系泌氧造成的植株根系周围的甲烷氧化。水稻根系泌氧是指植株通过通气组织将储存的氧气释放到根际的活动[10]。已有研究表明，不同品种水稻对甲烷的氧化能力和排放能力相差1倍以上[11]。不同品种水稻植株根系泌氧速率和植株对甲烷的排放能力差异很大，水稻根系泌氧速率不仅与植株内部氧浓度、根系生物量有关，还与植株细胞壁的通透性、通气组织的结构有很大关系[12]。刘依依等对8个品种水稻根系泌氧能力进行研究，结果表明，水稻品种间根系泌氧能力和根系通气组织的结构具有显著差异；水稻根系通气组织结构（空腔）的大小和形成通气组织的面积比例均与水稻根系泌氧能力正相关，通气组织越发达，根系泌氧能力越强[13]。不同水稻品种由于根系泌氧能力不同进而导致其对稻田土壤中甲烷的氧化能力不同。曹云英等研究不同品种水稻植株的甲烷传输速率认为，根氧化力不同是造成品种间甲烷传输速率不同的主要原