稻田甲烷排放水稻品種間差異及機理.pdf

1、水稻是我國最主要的糧食作物，持續(xù)不斷提高水稻單產是我國稻作生產的重要任務。但稻田也是溫室氣體甲烷的重要產生源和排放源，在全球甲烷排放中占據主導地位，對全球溫室效應有重要影響。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釋放潛能之間的關系，對水稻高產栽培和稻田溫室氣體減排有重要意義。
　　本實驗以桂花球、徐稻2號和鹽粳2號三個粳稻品種為材料，研究了上述品種間甲烷釋放的差異和施氮量對其甲烷產生、氧化及排

2、放的影響，分析了稻田中產甲烷古細菌和甲烷氧化菌的差異，并探究了稻田甲烷產生和氧化的微生物學機理。主要研究結果如下:
　　(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號次之（1010 kg ha-1），鹽粳2號最低（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號與徐稻2號在植株干物質重、

3、葉面積指數(shù)、莖蘗數(shù)、葉片葉綠素含量、根干重、根冠比、根長以及產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相反，但是甲烷排放通量與產量、穗數(shù)、每穗粒數(shù)以及干物質重呈顯著的負相關(r=-0.998*～-1.000*);與結實率、千粒重等因素的相關性均不顯著。
　　(3)通過高通量測序以及實時熒光定量PCR技術研究了不同品種水稻根際土壤中細菌、產甲烷古細菌以及甲烷氧化菌的群落結構與大小。結果表明，不同品種根際土壤中微生物種類差

4、異不明顯，但是優(yōu)勢菌群的比例具有顯著差異。不同品種根際土壤中產甲烷古細菌的群落結構中優(yōu)勢菌群甲烷細菌屬，甲烷八疊球菌屬占據了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)勢產甲烷古細菌的相對豐度要高于鹽粳2號與徐稻2號。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)勢菌群，占據了整個群落的60％，與產甲烷古細菌相反，鹽粳2號與徐稻2號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，產甲烷古細菌優(yōu)勢

5、菌群的豐度與甲烷排放具有正相關性，而甲烷氧化菌優(yōu)勢菌群的豐度與甲烷排放成負相關性。
　　不同品種根系土壤中細菌的群落大小差異不顯著;鹽粳2號根際土壤中產甲烷古細菌、甲烷氧化菌的數(shù)目低于桂花球。四種特異產甲烷古細菌，馬氏甲烷八疊球菌、巴氏甲烷八疊球菌、甲酸甲烷桿菌、嗜樹木甲烷短桿菌的數(shù)目對甲烷的產生具有重要影響。甲烷排放通量與產甲烷古細菌群落大小呈顯著正相關(r=0.958*)，而與甲烷氧化菌數(shù)目及活性呈顯著負相關(r=-0.948

6、*)。
　　(4)通過樹脂切片技術觀察水稻根系以及莖稈通氣系統(tǒng)對甲烷排放的影響，結果表明:根系通氣組織的面積與甲烷釋放量呈顯著負相關(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（r=0.983*），與產甲烷古細菌的數(shù)目呈負相關（r=-0.952*），與甲烷氧化菌的數(shù)目及活性呈顯著正相關(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)根系通過向土壤中分泌一些物質與土壤環(huán)境進行物質、能量和信息的交流，影響土壤中微生物的活動進而調控植株的生長。本研究中，僅對根系分泌物中低分子的有機酸進行了研究，結果表明:根系分泌物中蘋果酸和琥珀酸含量與產甲烷古細菌的數(shù)目呈顯著正相關(r=0.979*)，即蘋果酸和琥珀酸促進了產甲烷古細菌的活性;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(r=0.813～0.817*)。
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