超级稻与常规稻CH_4排放特征及其植株特性的比较分析

【摘要】甲烷(CH4)是主要的温室气体,稻田是大气CH4最重要的人为源之一,其中我国稻田面积占全球稻田总面积的36%。水稻植株对稻田CH4的产生、氧化和传输三个过程的影响显著。不同品种根系分泌物和脱落物组成成分和含量均不同,导致品种间稻田土壤产CH4能力不同。水稻植株主要通过根系泌氧来影响CH4的氧化,根系氧化力强的品种稻田CH4排放量低,不同品种因通气组织孔径大小而显著影响根系泌氧能力。稻田土壤中的CH4绝大部分(90%以上)通过水稻植株的通气组织排放到大气中,不同的水稻品种在根系、植株高度、分蘖数和叶片等生理生产特征上的差异可能使甲烷的传输效率迥异。鉴于超级稻的高产潜力和水稻面积难以扩大,大面积推广种植超级稻已经被认为是实现水稻总产持续稳定地提高的关键技术途径。目前关于超级稻的相关研究主要集中在与常规稻生产力及生理生态比较等方面,对CH4排放方面的评价研究较少。因此,了解超级稻与常规稻的CH4排放差异及其影响因素,对协调粮食增产和温室气体减排的意义重大。为此,本研究分别选取我国三大稻区代表性强、推广面积大的超级稻和常规稻品种,进行CH4排放特征和植株生长特性的比较分析,拟为超级稻推广应用和高产低碳稻作模式构建提供重要的理论参考和技术指导。1.不同地区、不同品种类型的CH4排放通量季节变化均呈双峰模式,抽穗期峰值低于分蘖期的峰值,超级稻排放峰值低于常规稻。从全生育期CH4排放总量来看,常规稻镇稻11、丰两优6号、两优038、辽粳9号和辽优5218分别相应地比超级稻宁粳1号、Ⅱ优084、五优308、吉粳88和辽优1052高35.22%(P<0.05)、0.65%、25.68%(P<0.05)、45.44%(P<0.05)和5.87%,超级稻的排放总量低于常规稻,尤其长江下游和东北稻区的常规粳稻品种差异显著。品种间CH4排放差异主要体现在分蘖-抽穗期,此时期植株对CH4排放的影响最大,品种间的生物量、株高和根系等形态特征差异显著。2.根系是不同粳稻品种影响稻田CH4排放的主要因素。长江下游粳型超级稻宁粳1号和常规稻镇稻11的生物学产量、株高、叶面积等形态特征均无明显差异,但宁粳1号的CH4排放显著低于镇稻11,主要原因是根系的差异显著。尤其是在抽穗期,宁粳1号的根干重比镇稻11高44.83%(P<0.05),强大的根系可能是宁粳1号中期CH4排放显著低于镇稻11的主要原因之一。东北粳型超级稻吉粳88分蘖-抽穗期CH4排放极显著低于常规稻辽粳9号,同期根干重比辽粳9号高93.03%(P<0.05),且差异值显著高于株高和叶面积的差异值。本研究表明,生物量高的水稻品种CH4排放降低的主要原因是根系量的显著增加。而强大的根系同时可以增强后期叶片光合物质生产,增强籽粒灌浆,宁粳1号、吉粳88的籽粒产量分别比镇稻11、辽粳9号高35.0%(P<0.05)、67.28%(P<0.05)。因此,维持强大的根系,不仅利于水稻增产,也促进稻田CH4减排。3.维持籼稻植株后期活力不仅利于提高收获指数增加产量,也利于稻田CH4减排。长江下游籼型超级稻Ⅱ优084和常规稻丰两优6号CH4排放总量基本无差异,但丰两优6号籽粒产量、收获指数均极显著高于Ⅱ优084,导致丰两优6号单位籽粒产量的CH4排放量比Ⅱ优084低22.00%(P<0.05)。可见,在同样的产量目标下即使单位面积CH4排放一致,高产品种的稻田CH4排放也会降低。长江中上游籼型超级稻五优308在水稻生长前期和中期CH4排放显著低于常规稻两优038,虽后期CH4排放略高但其占总量的比例较小,五优308CH4排放总量仍低于两优038。而五优308籽粒产量、收获指数极显著高于两优038,其单位籽粒产量的CH4排放量比两优038低28.81%(P<0.05)。因此,维持植株后期根系活力,促进后期物质生产和籽粒灌浆,不仅可以增加产量,也利于降低CH4排放。
【作者】王丽丽；
【导师】张卫建；
【作者基本信息】南京农业大学，作物栽培学与耕作学，2013，硕士
【关键词】超级稻；CH4排放；气候变化；温室气体；作物生产力；

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