中国农学通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (36): 80-87.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0143
收稿日期:
2022-03-04
修回日期:
2022-06-15
出版日期:
2022-12-25
发布日期:
2023-01-17
作者简介:
任孝俭,男,1992年出生,河南商丘人,博士研究生,研究方向:稻田甲烷排放及调控。通信地址:430070 湖北省武汉市洪山区狮子山街1号华中农业大学,Tel:13526785501,E-mail:renxiaojian@webmail.hzau.edu.cn。
基金资助:
REN Xiaojian(), PENG Yuxuan, HAN Kaiyan, DENG Zhiming, CUI Kehui(
)
Received:
2022-03-04
Revised:
2022-06-15
Online:
2022-12-25
Published:
2023-01-17
摘要:
稻田是主要的农业甲烷排放源之一,对全球温室气体排放有着重要影响。稻田甲烷排放包括土壤产甲烷菌的产甲烷过程、好氧甲烷氧化菌的氧化甲烷过程及甲烷通过水稻植株体、土壤溶液中冒气泡及分子扩散三种运输途径的排放过程,水稻植株地上部和根系影响着稻田甲烷排放。本文简要介绍了稻田甲烷的产生、氧化和运输排放过程,综述了水稻根系特征(形态、通气组织、分泌物、根系泌氧)、地上部特征(株高、分蘖数、生物量和同化物分配)、水肥管理措施对稻田甲烷排放的影响及内在机理。本文也讨论了今后稻田甲烷排放的主要研究方向,并认为高产与减排的协同应是一个重要切入点。
任孝俭, 彭雨瑄, 韩凯艳, 邓志明, 崔克辉. 水稻植株对稻田甲烷排放的影响及其生物学机理研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(36): 80-87.
REN Xiaojian, PENG Yuxuan, HAN Kaiyan, DENG Zhiming, CUI Kehui. Effect of Rice Plants on Methane Emission from Paddy Fields and Its Biological Mechanism: A Review[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(36): 80-87.
植株特征 | 对甲烷排放的影响 | 参考文献 |
---|---|---|
根生物量 | 甲烷排放与根生物量正相关 | [ |
孕穗期甲烷排放与根系生物量负相关,籼型超级稻较低的根系生物量导致其甲烷排放量显著高于粳型超级稻 | [ | |
根条数 | 根条数促进稻田土壤的甲烷传输速率 | [ |
根体积 | 甲烷排放与根体积正相关 | [ |
根长 | 根系越长,甲烷排放通量越大 | [ |
孕穗期甲烷排放通量与根长呈负相关关系 | [ | |
根系通气组织 | 根系通气组织越发达甲烷排放越低,两者之间呈显著负相关 | [ |
土壤氧化还原电位降低促进水稻根系通气组织形成,促进甲烷产生和排放 | [ | |
根系分泌物 | 根系分泌物中有机酸和有机碳等能够促进稻田甲烷的产生和排放 | [ |
根系分泌物中的苹果酸、琥珀酸、柠檬酸能增强稻田甲烷氧化菌的丰度和活性,降低甲烷排放 | [ | |
根系泌氧能力 | 根系泌氧能力弱的水稻突变体材料,稻田甲烷排放增强,稻田甲烷排放与根系泌氧能力显著负相关 | [ |
植株特征 | 对甲烷排放的影响 | 参考文献 |
---|---|---|
根生物量 | 甲烷排放与根生物量正相关 | [ |
孕穗期甲烷排放与根系生物量负相关,籼型超级稻较低的根系生物量导致其甲烷排放量显著高于粳型超级稻 | [ | |
根条数 | 根条数促进稻田土壤的甲烷传输速率 | [ |
根体积 | 甲烷排放与根体积正相关 | [ |
根长 | 根系越长,甲烷排放通量越大 | [ |
孕穗期甲烷排放通量与根长呈负相关关系 | [ | |
根系通气组织 | 根系通气组织越发达甲烷排放越低,两者之间呈显著负相关 | [ |
土壤氧化还原电位降低促进水稻根系通气组织形成,促进甲烷产生和排放 | [ | |
根系分泌物 | 根系分泌物中有机酸和有机碳等能够促进稻田甲烷的产生和排放 | [ |
根系分泌物中的苹果酸、琥珀酸、柠檬酸能增强稻田甲烷氧化菌的丰度和活性,降低甲烷排放 | [ | |
根系泌氧能力 | 根系泌氧能力弱的水稻突变体材料,稻田甲烷排放增强,稻田甲烷排放与根系泌氧能力显著负相关 | [ |
植株特征 | 对甲烷排放的影响 | 参考文献 |
---|---|---|
植株高度 | 植株较高的水稻品种稻田甲烷排放较高,与稻田甲烷排放显著正相关 | [ |
与稻田甲烷排放没有显著相关性 | [ | |
籼型超级稻品种稻田甲烷排放量与株高显著负相关,而粳型品种为正相关 | [ | |
分蘖数 | 与分蘖数显著正相关 | [ |
与分蘖数无显著相关性 | [ | |
地上部生物量 | 与地上部植株生物量显著正相关 | [ |
与地上部生物量无显著相关性 | [ | |
稻田甲烷排放与地上部生物量呈著负相关,生物量高的品种甲烷排放相对较低 | [ | |
光合产物分配 | 减少光合产物向根系分配、增强其向穗部分配,可以降低稻田甲烷排放 | [ |
向根系分配较多的光合产物可以促进根系生长,降低稻田甲烷的产生 | [ |
植株特征 | 对甲烷排放的影响 | 参考文献 |
---|---|---|
植株高度 | 植株较高的水稻品种稻田甲烷排放较高,与稻田甲烷排放显著正相关 | [ |
与稻田甲烷排放没有显著相关性 | [ | |
籼型超级稻品种稻田甲烷排放量与株高显著负相关,而粳型品种为正相关 | [ | |
分蘖数 | 与分蘖数显著正相关 | [ |
与分蘖数无显著相关性 | [ | |
地上部生物量 | 与地上部植株生物量显著正相关 | [ |
与地上部生物量无显著相关性 | [ | |
稻田甲烷排放与地上部生物量呈著负相关,生物量高的品种甲烷排放相对较低 | [ | |
光合产物分配 | 减少光合产物向根系分配、增强其向穗部分配,可以降低稻田甲烷排放 | [ |
向根系分配较多的光合产物可以促进根系生长,降低稻田甲烷的产生 | [ |
[1] |
doi: 10.5194/bg-11-2709-2014 URL |
[2] |
doi: 10.1098/rsta.2020.0451 URL |
[3] |
|
[4] |
doi: 10.5194/essd-12-1561-2020 URL |
[5] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.04.263 |
[6] |
doi: 10.1002/2016GB005381 URL |
[7] |
doi: 10.1023/A:1021178713988 URL |
[8] |
doi: 10.1016/S1164-5563(01)01067-6 URL |
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
doi: 10.1046/j.1365-2486.1998.00129.x URL |
[12] |
doi: 10.1023/A:1004817212321 URL |
[13] |
doi: 10.1016/j.fcr.2013.03.003 URL |
[14] |
doi: 10.1038/srep27065 URL |
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
doi: 10.1007/BF00003274 URL |
[18] |
doi: 10.1016/j.rser.2011.11.035 URL |
[19] |
doi: 10.1016/S1002-0160(18)60052-9 URL |
[20] |
doi: 10.1126/science.aaf0616 pmid: 27199421 |
[21] |
|
[22] |
doi: 10.1128/mr.60.2.439-471.1996 pmid: 8801441 |
[23] |
doi: 10.1111/j.1758-2229.2012.00370.x URL |
[24] |
doi: 10.1128/AEM.67.6.2395-2403.2001 URL |
[25] |
doi: 10.1111/j.1758-2229.2009.00045.x pmid: 23765887 |
[26] |
doi: 10.1128/AEM.00969-14 URL |
[27] |
doi: 10.1007/BF00334584 URL |
[28] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.07.182 URL |
[29] |
doi: 10.1038/nature06411 URL |
[30] |
doi: 10.1111/j.1574-6941.1998.tb00528.x URL |
[31] |
王世全, 朴永哲, 崔玉波, 等. 基于pmoA基因的污泥干化芦苇床中甲烷氧化菌多样性分析[J]. 安全与环境学报, 2015, 15(5):235-238.
|
[32] |
张晓艳, 马静, 李小平, 等. 稻田甲烷传输的研究进展[J]. 土壤, 2012, 44(2):181-187.
|
[33] |
doi: 10.1104/pp.94.1.59 URL |
[34] |
doi: 10.1007/s003740050619 URL |
[35] |
|
[36] |
doi: 10.1007/s11104-005-0435-4 URL |
[37] |
doi: 10.1023/A:1004219024281 URL |
[38] |
王明星, 李晶, 郑循华. 稻田甲烷排放及产生、转化、输送机理[J]. 大气科学, 1998, 22(4):600-612.
|
[39] |
doi: 10.2136/sssaj1993.03615995005700020017x URL |
[40] |
曹云英, 许锦彪, 朱庆森. 水稻根系对甲烷传输速率的影响[J]. 安徽农业科学, 2003, 31(1):90-92.
|
[41] |
傅志强, 黄璜, 朱华武, 等. 水稻CH4和N2O的排放及其与植株特性的相关性[J]. 湖南农业大学学报:自然科学版, 2011, 37(4):356-360.
|
[42] |
doi: 10.1111/plb.12880 pmid: 30047200 |
[43] |
沈学良, 田光蕾, 周元昌, 等. 水稻生物学特性对稻田甲烷排放的影响[J]. 农学学报, 2020, 10(2):75-80.
|
[44] |
王丽丽. 超级稻与常规稻CH4排放特征及其植株特性的比较分析[D]. 南京: 南京农业大学, 2013.
|
[45] |
闫晓君, 王丽丽, 江瑜, 等. 长江三角洲主要超级稻CH4排放特征及其与植株生长特性的关系[J]. 应用生态学报, 2013, 24(9):2518-2524.
|
[46] |
夏仕明. 水稻根系形态生理与稻田甲烷排放的关系研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2018.
|
[47] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2018.11.015 URL |
[48] |
doi: 10.1007/s11104-018-3747-x URL |
[49] |
doi: 10.1023/A:1004318727672 URL |
[50] |
doi: 10.1111/j.1399-3054.2008.01137.x URL |
[51] |
周妍. G蛋白α亚基突变体对水稻根系形态生理和稻田甲烷排放的影响及其机制研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2018.
|
[52] |
葛会敏. 稻田甲烷排放水稻品种间差异及机理[D]. 扬州: 扬州大学, 2016.
|
[53] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.09.141 |
[54] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2021.108344 URL |
[55] |
doi: 10.1023/A:1010366631538 URL |
[56] |
贾仲君, 蔡祖聪. 水稻植株对稻田甲烷排放的影响[J]. 应用生态学报, 2003, 14(11):2049-2053.
|
[57] |
刘依依, 傅志强. 水稻根系泌氧特性及其影响因素[J]. 作物研究, 2014, 28(3):312-315.
|
[58] |
阎丽娜, 李霞. 水稻对稻田甲烷排放的影响[J]. 中国农学通报, 2008, 24(10):471-476.
|
[59] |
李奕林. 水稻根系通气组织与根系泌氧及根际硝化作用的关系[J]. 生态学报, 2012, 32(7):2066-2074.
|
[60] |
刘依依, 傅志强, 龙文飞, 等. 水稻根系泌氧能力与根系通气组织大小相关性的研究[J]. 农业现代化研究, 2015, 36(6):1105-1111.
|
[61] |
doi: 10.1016/j.jenvman.2020.111583 URL |
[62] |
doi: 10.1029/1999GB900084 URL |
[63] |
doi: 10.1051/agro:2008005 URL |
[64] |
黄农荣, 梁开明, 钟旭华, 等. 南方低甲烷排放的高产水稻品种筛选与评价[J]. 农业环境科学学报, 2018, 37(12):2854-2863.
|
[65] |
doi: 10.1016/0167-8809(95)00587-I URL |
[66] |
doi: 10.1016/j.agee.2015.04.030 URL |
[67] |
李思宇. 稻田温室气体排放水稻品种间差异及其机理研究[D]. 扬州: 扬州大学, 2020.
|
[68] |
doi: 10.1046/j.1365-2486.1997.00106.x URL |
[69] |
doi: 10.1016/S1672-6308(13)60157-2 |
[70] |
doi: 10.1038/nature14673 URL |
[71] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.144508 URL |
[72] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2021.115190 URL |
[73] |
doi: 10.1029/91GB02586 URL |
[74] |
doi: 10.1111/gcb.13737 pmid: 28464384 |
[75] |
doi: 10.1111/gcb.14437 URL |
[76] |
doi: 10.1007/s00374-015-1084-2 URL |
[77] |
江瑜, 管大海, 张卫健. 水稻植株特性对稻田甲烷排放的影响及其机制的研究进展[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(2):175-181.
|
[78] |
doi: 10.1023/A:1009839929441 URL |
[79] |
傅志强, 黄璜, 何保良, 等. 水稻植株通气系统与稻田CH4排放相关性研究[J]. 作物学报, 2007, 33(9):1458-1467.
|
[80] |
doi: 10.2134/agronj2017.12.0747 URL |
[81] |
褚光, 陈婷婷, 陈松, 等. 灌溉模式与施氮量交互作用对水稻产量以及水氮利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2017, 31(5):513-523.
|
[82] |
褚光, 展明飞, 朱宽宇, 等. 干湿交替灌溉对水稻产量与水分利用效率的影响[J]. 作物学报, 2016, 42(7):1026-1036.
|
[83] |
陶进. 干湿交替灌溉对水稻农艺生理性状与米质的影响[D]. 扬州: 扬州大学, 2017.
|
[84] |
侯丹平, 谭金松, 毕庆宇, 等. 水分胁迫对节水抗旱稻产量形成和根系形态生理特性的影响[J]. 中国水稻科学, 2021, 35(1):27-37.
doi: 10.16819/j.1001-7216.2021.0507 |
[85] |
徐国伟, 孙会忠, 陆大克, 等. 不同水氮条件下水稻根系超微结构及根系活力差异[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(3):811-820.
|
[86] |
李婷婷, 冯钰枫, 朱安, 等. 主要节水灌溉方式对水稻根系形态生理的影响[J]. 中国水稻科学, 2019, 33(4):293-302.
doi: 10.16819/j.1001-7216.2019.8116 |
[87] |
黄敏. 水稻根系解剖结构对水氮的响应及其与水氮吸收的关系[D]. 武汉: 华中农业大学, 2016.
|
[88] |
宋娜娜. 水稻根系特性对根系碳氮成本影响及其与氮素吸收利用的关系研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2017.
|
[89] |
doi: 10.1111/j.1747-0765.2007.00153.x URL |
[90] |
doi: 10.1023/A:1011380916490 URL |
[91] |
doi: 10.1023/A:1004263405020 URL |
[92] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2017.07.008 URL |
[93] |
doi: 10.1016/j.fcr.2012.06.007 URL |
[94] |
李思宇, 陈云, 李婷婷, 等. 水分养分管理对稻田温室气体排放影响的研究进展[J]. 扬州大学学报:农业与生命科学版, 2019, 40(6):16-23.
|
[1] | 刘雨婷, 黄世玉, 李榴佳, 赵天章, 李慧英, 苏子峰, 龙晓文. 池塘与稻田养殖鲤鱼生物学指数和肌肉营养价值的比较[J]. 中国农学通报, 2022, 38(4): 159-164. |
[2] | 徐翎清, 李佳佳, 常晓, 张云龙, 刘大丽. 土壤氮矿化相关机理的研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(34): 97-101. |
[3] | 樊海平, 薛凌展, 杨晓燕, 张树兴, 钟全福, 林煜. 异育银鲫‘中科3号’和中华圆田螺稻田生态种养效果比较分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(3): 148-153. |
[4] | 石丽红, 孙梅, 唐海明, 文丽, 李超, 程凯凯, 李微艳, 肖小平. 不同施肥模式下稻田土壤氮组分及微生物多样性研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(27): 106-110. |
[5] | 陈金, 王新月, 谢鹏飞, 张庆富, 杨柳, 陈治锋, 裴晓东, 黄杰, 邓永晟, 邓小华. 烟草残茬还田腐解特征及对土壤养分与烟碱的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(14): 65-71. |
[6] | 林秀颜, 江赜伟, 陈曦, 张淑娜, 戴惠东, 杨士红. 稻田土壤微生物数量和酶活性对水碳调控的响应[J]. 中国农学通报, 2021, 37(7): 75-80. |
[7] | 白玛仁增, 德吉央宗, 索朗央金, 拉巴, 张鑫磊, 顿玉多吉, 扎西欧珠. 基于卫星遥感和自动气象站数据反演稻田气温——以安徽省为例[J]. 中国农学通报, 2021, 37(2): 88-95. |
[8] | 王秋红, 宋柏权, 王孝纯, 景若楠, 杨曦娅, 周建朝. 苗期甜菜根系分泌物的分布特征研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(17): 13-18. |
[9] | 康婷, 周春火, 魏宗强, 缪玉琳, 卢志红. 江西省土壤阳离子交换量区域分布特征及其影响因素[J]. 中国农学通报, 2021, 37(14): 66-71. |
[10] | 信彩云, 王瑜, 赵庆雷, 马惠. 稻田肥料减施对小麦秸秆腐解规律的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(13): 8-13. |
[11] | 樊海平, 薛凌展, 杨晓燕, 钟全福, 秦志清, 黄德荣, 张树兴. 投饵与不投饵稻田养殖‘福瑞鲤’经济效益分析[J]. 中国农学通报, 2020, 36(8): 155-159. |
[12] | 褚玥, 段劲生, 董旭, 孙明娜, 童舟, 肖青青, 高同春, 王梅. 丙炔噁草酮在水稻及稻田环境中的残留消解动态[J]. 中国农学通报, 2020, 36(34): 124-128. |
[13] | 樊海平, 薛凌展, 杨晓燕, 钟全福, 黄德荣, 张树兴, 陈斌. 异育银鲫‘中科5号’稻田养殖效果分析[J]. 中国农学通报, 2020, 36(31): 144-147. |
[14] | 徐荣, 朱凌宇, 王守红, 毕建花, 张家宏, 王桂良, 寇祥明, 吴雷明, 韩光明, 唐鹤军. 基于‘罗氏沼虾’养殖尾水灌溉条件下稻田养分利用效能提升技术研究[J]. 中国农学通报, 2020, 36(23): 142-150. |
[15] | 余开, 宋迁红, 赵永锋. 江苏省稻渔综合种养现状与产业化发展思考[J]. 中国农学通报, 2020, 36(23): 161-164. |
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