稻田甲烷排放水稻品種間差異及機(jī)理

1、稻田甲烷排放水稻品種間差異及機(jī)理水稻是我國(guó)最主要的糧食作物 , 持續(xù)不斷提高水稻單產(chǎn)是我國(guó)稻作生產(chǎn)的重 要任務(wù)。但稻田也是溫室氣體甲烷的重要產(chǎn)生源和排放源 , 在全球甲烷排放中占 據(jù)主導(dǎo)地位 , 對(duì)全球溫室效應(yīng)有重要影響。研究明確不同水稻品種稻田甲烷排放差異并闡明稻田土壤水稻植株及微生物與CH<sub>4</sub：釋放潛能之間的關(guān)系,對(duì)水稻高產(chǎn)栽培和稻田溫室氣體 減排有重要意義。本實(shí)驗(yàn)以桂花球、徐稻 2 號(hào)和鹽粳 2 號(hào)三個(gè)粳稻品種為材料 , 研究了上述品種間甲烷釋放的差異和施氮量對(duì)其甲烷產(chǎn)生、氧化及排放的影響 , 分析了稻田中產(chǎn)甲烷古細(xì)菌和甲烷氧化菌的差異 ,并探究了稻田

2、甲烷產(chǎn)生和氧化 的微生物學(xué)機(jī)理。主要研究結(jié)果如下：(1)不同品種水稻甲烷排放量具有顯著差異。 全生育期 甲烷排放總量 , 桂花球最高 (1423 kg ha^-1), 徐稻 2 號(hào)次之(1010 kg ha^-1), 鹽粳 2 號(hào)最低(923 kg ha^-1) 。減少氮肥的使用可以顯著降低稻田甲烷的釋放。 (2)不同品種水稻在植株水 平上差異顯著。鹽粳 2 號(hào)與徐稻 2 號(hào)在植株干物質(zhì)重、 葉面積指數(shù)、 莖蘗數(shù)、 葉片葉綠素含 量、根干重、根冠比、根長(zhǎng)以及產(chǎn)量等

3、方面顯著高于桂花球 , 與甲烷排放量在品 種間變化趨勢(shì)相反 , 但是甲烷排放通量與產(chǎn)量、穗數(shù)、每穗粒數(shù)以及干物質(zhì)重呈 顯著的負(fù)相關(guān)(r=-0.998<sup>*v/sup> <sup>-1v/sup>.000<sup>*v/sup>);與 結(jié)實(shí)率、千粒重等因素的相關(guān)性均不顯著。 (3)通過(guò)高通量測(cè)序以及實(shí)時(shí)熒光定 量PCF技術(shù)研究了不同品種水稻根際土壤中細(xì)菌、 產(chǎn)甲烷古細(xì)菌以及甲烷氧化菌 的群落結(jié)構(gòu)與大小結(jié)果表明, 不同品種根際土壤中微生物種類差異不明顯 ,但是優(yōu)勢(shì)菌群的比例具有顯著差異。不同品種根際土壤中產(chǎn)甲烷古細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢(shì)菌群甲

4、烷 細(xì)菌屬, 甲烷八疊球菌屬占據(jù)了 60%-70%,而且甲烷排放量高的品種桂花球根際 土壤中這兩種優(yōu)勢(shì)產(chǎn)甲烷古細(xì)菌的相對(duì)豐度要高于鹽粳 2 號(hào)與徐稻 2 號(hào)。甲基八疊球菌屬、甲基單胞菌屬是根際土壤中甲烷氧化菌的優(yōu)勢(shì)菌群 , 占據(jù) 了整個(gè)群落的 60%,與產(chǎn)甲烷古細(xì)菌相反 ,鹽粳 2號(hào)與徐稻 2號(hào)根際土壤中這兩種 甲烷氧化菌的豐富度要明顯高于桂花球。這也就是說(shuō) , 產(chǎn)甲烷古細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群的 豐度與甲烷排放具有正相關(guān)性 , 而甲烷氧化菌優(yōu)勢(shì)菌群的豐度與甲烷排放成負(fù)相 關(guān)性。不同品種根系土壤中細(xì)菌的群落大小差異不顯著； 鹽粳 2 號(hào)根際土壤中產(chǎn)甲 烷古細(xì)菌、甲烷氧化菌的數(shù)目低于桂花球。四種特異產(chǎn)甲烷古

5、細(xì)菌 , 馬氏甲烷八 疊球菌、 巴氏甲烷八疊球菌、 甲酸甲烷桿菌、 嗜樹(shù)木甲烷短桿菌的數(shù)目對(duì)甲烷的 產(chǎn)生具有重要影響。甲烷排放通量與產(chǎn)甲烷古細(xì)菌群落大小呈顯著正相關(guān) (r=0.958^* ), 而與甲烷氧化菌數(shù)目及活性呈顯著負(fù)相關(guān) ( r=-0.948^* )。(4)通過(guò)樹(shù)脂切片技術(shù)觀察水稻根系以及莖稈通氣 系統(tǒng)對(duì)甲烷排放的影響 , 結(jié)果表明：根系通氣組織的面積與甲烷釋放量呈顯著負(fù) 相關(guān)( r=-0.989^* ), 根系通氣組織面積比與根際土壤氧化還原單位 呈顯

6、著正相關(guān)( r=0.983^* ), 與產(chǎn)甲烷古細(xì)菌的數(shù)目呈負(fù)相關(guān) ( r=-0.952^* ), 與甲烷氧化菌的數(shù)目及活性呈顯著正相關(guān) ( r=0.987^* )。莖稈通氣系統(tǒng)中靠近地面節(jié)間的氣腔、 髓腔面積對(duì)甲烷釋放的影響更為顯著通氣系統(tǒng)的面積越大甲烷釋放量就越高。 (5)根系通過(guò)向土壤中分泌一些物質(zhì)與 土壤環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交流 , 影響土壤中微生物的活動(dòng)進(jìn)而調(diào)控植株 的生長(zhǎng)。本研究中 , 僅對(duì)根系分泌物中低分子的有機(jī)酸進(jìn)行了研究 , 結(jié)果表明：根系

7、分 泌物中蘋(píng)果酸和琥珀酸含量與產(chǎn)甲烷古細(xì)菌的數(shù)目呈顯著正相關(guān)( r=0.979^* ), 即蘋(píng)果酸和琥珀酸促進(jìn)了產(chǎn)甲烷古細(xì)菌的活性； 甲烷 氧化菌數(shù)目及甲烷氧化菌氧化活性與酒石酸和檸檬酸的含量呈顯著正相關(guān)( r=0.8130.817^* )。(6)通過(guò)外源添加氮肥研究 N 肥對(duì)甲烷氧化菌 活性影響發(fā)現(xiàn) , 不同氮肥對(duì)甲烷氧化菌的活性均雙重效應(yīng)。高濃度時(shí)有抑制作用,但是抑制程度不同，NH₄HC0和NH₄C在每克干土中含有200卩g氮時(shí)對(duì)甲烷氧化菌的活性已有明顯 的抑制效應(yīng),濃度越高抑制作用越強(qiáng)；KNO駐每克干土中含有