稻田甲烷排放的研究進展

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1、ｓｕｎｓｈｉｎｅ稻田甲烷排放的研究進展王玲，魏朝富，謝德體西南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，重慶北碚400716摘要：稻田是甲烷的重要排放源之一。文章對稻田甲烷的最新研究進展作了較為詳盡的綜述，包括稻田甲烷排放的機理、規(guī)律；重點分析了影響稻田甲烷排放的因素以及控制稻田甲烷排放的措施。最后指出了今后的研究重點應以現(xiàn)有的田間數(shù)據(jù)為基礎，建立稻田溫室氣體排放的綜合模型，預測稻田溫室氣體排放變化。關鍵詞：稻田；甲烷；排放通量；影響因素；控制措施中圖分類號：X144文獻標識碼：A文章編號：1008-181X（2002）02-0158-05ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ稻田是甲烷的重要排

2、放源之一。1981年Cicerone等首次報道了稻田甲烷排放速度的直接測定結(jié)果。隨后，科學家們分別在意大利、德國、美國、日本、泰國等對稻田甲烷排放的觀測方法、影響因子和全球排放總量進行了大量的研究工作，得出了一些重要結(jié)論。如1992年Watson估算稻田甲烷排放量占甲烷排放總量的4%~35%；IPCC1992年估算全球稻田排放總量為60Tg，占全球排放總量的12%。估算差異之大主要是全球稻田甲烷測定點不多，測定時間連續(xù)性不夠，對不同氣候、不同土壤和不同利用方式下稻田甲烷排放機理和影響因素的研究不夠深入而致。中國水稻面積3300余萬hm2，約占世界稻作面積的22%。自19

3、87年我國正式開始稻田甲烷排放實地測定，陸續(xù)在我國五大稻作產(chǎn)區(qū)作了稻田甲烷排放量的野外觀測，對控制稻田、甲烷排放的因子、甲烷在土壤中產(chǎn)生轉(zhuǎn)化的機理、減排方法以及模式進行了研究[1,2]。最新的研究報道更明確了稻田甲烷的排放規(guī)律，影響稻田甲烷的排放量因素以及甲烷排放量與農(nóng)業(yè)措施的相互關系。本文綜述了稻田排放甲烷研究的最新進展與成果。1稻田甲烷排放的機理稻田土壤甲烷的排放是稻田土壤中甲烷的產(chǎn)生、氧化以及向大氣傳輸這3個過程的綜合結(jié)果。甲烷的形成是產(chǎn)甲烷菌利用土壤中碳水化合物代謝過程中的產(chǎn)物產(chǎn)生的[3]。它發(fā)生于稻田土壤耕作層的還原層（2~20cm）。甲烷相當一部分在穿過氧化

4、區(qū)時被氧化了，主要發(fā)生在根土界面和土水界面這兩個氧氣較富集的區(qū)域，大約只有15%~30%的甲烷通過3種途徑排放如入大氣中[4]。（1）大部分被植株根系等吸收，隨著養(yǎng)分的輸送再經(jīng)作物的通氣組織排放到大氣中；（2）形成含甲烷的氣泡，氣泡上升到水面炸裂而噴射到大氣中；（3）少量甲烷是由于濃度梯度的形成而沿土壤-水和水-氣界面而擴散排出。3種輸出的途徑以第1種為主，其相對重要性因條件的不同而有所差別。2稻田甲烷排放的規(guī)律2.1甲烷排放的日變化規(guī)律甲烷排放通量日變化隨環(huán)境條件而改變。有時遇連續(xù)下雨或陰雨天氣甚至出現(xiàn)排放率極小且無規(guī)律的情況。主要有3種日變化型式[5]，第一種是午后

5、13：00出現(xiàn)最大值，這種變化在我國多數(shù)地區(qū)和國外觀測都出現(xiàn)。第二種日變化型式是全天保持高排放率，中午12：00出現(xiàn)最大值。這種情況出現(xiàn)在稻田甲烷排放高峰期，晝夜溫差小的較高溫天氣。第三種型式是夜間22：00排放量開始升高，午夜達到最大值，且常維持4~5h。這種情況在杭州和湖南的觀測中也時常出現(xiàn)，原因可能與晝夜氣候和水稻品種特性有關。在我國五大典型水稻地區(qū)的觀測結(jié)果[6]顯示出中國稻田甲烷排放的日變化一般存在4種模式即下午單峰，夜間單峰，下午和夜間雙峰，無規(guī)則變化。光強的變化（光合作用）不影響甲烷的排放速度[7]。氣溫或土壤溫度是影響甲烷排放日變化的一個主要因子[8]。

6、氣溫通過影響水稻植株的某些生長代謝過程，間接影響水稻植株對甲烷的輸送和排放[7]。稻田甲烷排放的日變化與土壤灌溉水溫及土壤表層（小于2cm）溫度之間的相關性最好，隨著土壤深度的加深，土壤溫度與甲烷排放通量的相關性越來越差[9~11]。高的甲烷產(chǎn)生和排放還與水稻生長較好和輻射較強相關聯(lián)[12,13]。2.2甲烷排放的季節(jié)變化規(guī)律ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ稻田甲烷排放的季節(jié)變化是氣候、水分管理、施肥、土壤和水稻的生長等因子共同作用的結(jié)果。在北京和南京觀測到的甲烷排放分別在水稻的分蘗期和孕穗期出現(xiàn)峰值，并且在整個水稻生長期甲烷排放量的65%~70%集中在分蘗期和孕穗期[

7、14]。早稻從回青時開始排放甲烷，分蘗后達到最高峰值，幼穗期開始，甲烷排放率急劇下降趨于零。晚稻同樣在回青期就有甲烷排放，分蘗中期達到最高峰，隨后起伏變化，幼穗分化期15d出現(xiàn)第二個峰值。幼穗分化后期隨著排水曬田管理，甲烷排放率趨于零[5]。間歇灌溉顯著影響稻田甲烷排放的季節(jié)規(guī)律[15]。各種施肥處理甲烷排放通量的峰值均出現(xiàn)在水稻分蘗末期。由于這一時期，水稻生長旺盛，微生物活動活躍，水稻根系老化死亡，根系分泌物及所施的有機肥都為甲烷菌的活動提供了碳源，加之適宜的溫度和淹水厭氧條件，是造成高峰的主要原因[16]。當水稻生長期土壤氧化還原電位