稻田甲烷排放的研究进展

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1、ｓｕｎｓｈｉｎｅ稻田甲烷排放的研究进展王玲，魏朝富，谢德体西南农业大学资源环境学院，重庆北碚400716摘要：稻田是甲烷的重要排放源之一。文章对稻田甲烷的最新研究进展作了较为详尽的综述，包括稻田甲烷排放的机理、规律；重点分析了影响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点应以现有的田间数据为基础，建立稻田温室气体排放的综合模型，预测稻田温室气体排放变化。关键词：稻田；甲烷；排放通量；影响因素；控制措施中图分类号：X144文献标识码：A文章编号：1008-181X（2002）02-0158-05ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕ

2、ｎｓｈｉｎｅ稻田是甲烷的重要排放源之一。1981年Cicerone等首次报道了稻田甲烷排放速度的直接测定结果。随后，科学家们分别在意大利、德国、美国、日本、泰国等对稻田甲烷排放的观测方法、影响因子和全球排放总量进行了大量的研究工作，得出了一些重要结论。如1992年Watson估算稻田甲烷排放量占甲烷排放总量的4%~35%；IPCC1992年估算全球稻田排放总量为60Tg，占全球排放总量的12%。估算差异之大主要是全球稻田甲烷测定点不多，测定时间连续性不够，对不同气候、不同土壤和不同利用方式下稻田甲烷排放机理和影响因素的研究不够深入而致。中国

3、水稻面积3300余万hm2，约占世界稻作面积的22%。自1987年我国正式开始稻田甲烷排放实地测定，陆续在我国五大稻作产区作了稻田甲烷排放量的野外观测，对控制稻田、甲烷排放的因子、甲烷在土壤中产生转化的机理、减排方法以及模式进行了研究[1,2]。最新的研究报道更明确了稻田甲烷的排放规律，影响稻田甲烷的排放量因素以及甲烷排放量与农业措施的相互关系。本文综述了稻田排放甲烷研究的最新进展与成果。1稻田甲烷排放的机理稻田土壤甲烷的排放是稻田土壤中甲烷的产生、氧化以及向大气传输这3个过程的综合结果。甲烷的形成是产甲烷菌利用土壤中碳水化合物代谢过程中的

4、产物产生的[3]。它发生于稻田土壤耕作层的还原层（2~20cm）。甲烷相当一部分在穿过氧化区时被氧化了，主要发生在根土界面和土水界面这两个氧气较富集的区域，大约只有15%~30%的甲烷通过3种途径排放如入大气中[4]。（1）大部分被植株根系等吸收，随着养分的输送再经作物的通气组织排放到大气中；（2）形成含甲烷的气泡，气泡上升到水面炸裂而喷射到大气中；（3）少量甲烷是由于浓度梯度的形成而沿土壤-水和水-气界面而扩散排出。3种输出的途径以第1种为主，其相对重要性因条件的不同而有所差别。2稻田甲烷排放的规律2.1甲烷排放的日变化规律甲烷排放通量日

5、变化随环境条件而改变。有时遇连续下雨或阴雨天气甚至出现排放率极小且无规律的情况。主要有3种日变化型式[5]，第一种是午后13：00出现最大值，这种变化在我国多数地区和国外观测都出现。第二种日变化型式是全天保持高排放率，中午12：00出现最大值。这种情况出现在稻田甲烷排放高峰期，昼夜温差小的较高温天气。第三种型式是夜间22：00排放量开始升高，午夜达到最大值，且常维持4~5h。这种情况在杭州和湖南的观测中也时常出现，原因可能与昼夜气候和水稻品种特性有关。在我国五大典型水稻地区的观测结果[6]显示出中国稻田甲烷排放的日变化一般存在4种模式即下午

6、单峰，夜间单峰，下午和夜间双峰，无规则变化。光强的变化（光合作用）不影响甲烷的排放速度[7]。气温或土壤温度是影响甲烷排放日变化的一个主要因子[8]。气温通过影响水稻植株的某些生长代谢过程，间接影响水稻植株对甲烷的输送和排放[7]。稻田甲烷排放的日变化与土壤灌溉水温及土壤表层（小于2cm）温度之间的相关性最好，随着土壤深度的加深，土壤温度与甲烷排放通量的相关性越来越差[9~11]。高的甲烷产生和排放还与水稻生长较好和辐射较强相关联[12,13]。2.2甲烷排放的季节变化规律ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ稻田甲烷排放的季节变化是气候、水分管

7、理、施肥、土壤和水稻的生长等因子共同作用的结果。在北京和南京观测到的甲烷排放分别在水稻的分蘖期和孕穗期出现峰值，并且在整个水稻生长期甲烷排放量的65%~70%集中在分蘖期和孕穗期[14]。早稻从回青时开始排放甲烷，分蘖后达到最高峰值，幼穗期开始，甲烷排放率急剧下降趋于零。晚稻同样在回青期就有甲烷排放，分蘖中期达到最高峰，随后起伏变化，幼穗分化期15d出现第二个峰值。幼穗分化后期随着排水晒田管理，甲烷排放率趋于零[5]。间歇灌溉显著影响稻田甲烷排放的季节规律[15]。各种施肥处理甲烷排放通量的峰值均出现在水稻分蘖末期。由于这一时期，水稻生长旺

8、盛，微生物活动活跃，水稻根系老化死亡，根系分泌物及所施的有机肥都为甲烷菌的活动提供了碳源，加之适宜的温度和淹水厌氧条件，是造成高峰的主要原因[16]。当水稻生长期土壤氧化还原电位