稻田甲烷排放水稻品種間差異及機(jī)理.pdf

1、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CH4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

2、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、

3、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*～-1.000*);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PCR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

4、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)

5、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

6、*)。
　　(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

7、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:根系分泌物中蘋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=0.813～0.817*)。
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